試論水庫新建輸水隧洞土圍堰設(shè)計與施工

張川川

摘要：在水庫施工建設(shè)過程中，修建圍堰是必不可少的一道工序。它可以在施工過程中對水土進行控制，不妨礙施工工程的正常進行，是一項非常常見和重要的施工技術(shù)。圍堰有許多種，按照工程項目性質(zhì)與要求的不同，圍堰的設(shè)計也有不同。本文將結(jié)合云南花漁洞水庫輸水隧洞中設(shè)計的土圍堰的工程案例作為主題，試論一下土圍堰的設(shè)計施工理念與實際中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水庫；輸水隧洞；輸水工程；土圍堰；安全；供水

花漁洞水庫在當?shù)貧v史悠久，最早歷史可以追述到戰(zhàn)國時期，是當?shù)氐淖匀凰蕖Ｋ畮焓堑湫偷暮庸刃退畮?，東西總長為42km，最大水深達到40m，水面寬度可達2km，最窄處也有0.7km，可容納水量19.38m?，水資源相當豐富。為了充分利用花漁洞水庫的水資源，今年省內(nèi)決定進行輸水工程，建立一條通往受水城市的輸水隧洞。

一、圍堰

（一）圍堰的作用

為了建造永久性的水利設(shè)施，在輸水隧洞都需要實施土圍堰工程。圍堰是一種臨時性的圍護結(jié)構(gòu)，主要目的是為了防止水和土的進入導(dǎo)致修建工程的不暢，便于在圍堰內(nèi)排水、開挖基坑和修筑建筑物。圍堰在水利設(shè)施竣工后，就會被拆除。圍堰的填土一般呈梯形，上端寬度不如底端寬度寬。下端比上端多出的兩側(cè)部分就叫坡腳，圍堰內(nèi)側(cè)就叫內(nèi)坡腳，外側(cè)叫外坡腳。土圍堰的內(nèi)坡腳與基坑邊緣的距離，就是底端內(nèi)側(cè)多出來的長度。土圍堰不但用于輸水工程中，也常用于橋梁工程中。在橋梁的基礎(chǔ)建設(shè)施工中，橋梁墩和臺基礎(chǔ)會位于地表水位以下，我們可以在這里修筑土圍堰。在水比較深的地方，由于水的流速過大，所以可以采用木板樁或者鋼板樁圍堰，達到防水、圍水和支持基坑坑壁的作用。

（二）圍堰的分類

圍堰可以按照材料分類。一般最為常見的就是土石圍堰，土石圍堰多用于水庫的建設(shè)中，施工方可以就地取材，利用當?shù)氐耐潦牧线M行土石圍堰的建造；砼圍堰一般用于水電站的修建中；在橋梁工程中，我們常常要利用鋼板樁格型圍堰。除此之外，還有木籠圍堰和草土圍堰等等。按照水流方向和圍堰的相對位置，還可以將圍堰分為橫向圍堰和縱向圍堰。在分期導(dǎo)流施工中，我們需要用到橫向圍堰，它可以對上下游呈90°垂直角度將河流攔斷，方便施工；而平行于水流方向的圍堰就是縱向圍堰。

二、分析花漁洞水庫的圍堰方案

花漁洞水庫提供了當?shù)?萬余人平時的生活用水，如果能建造輸水隧洞調(diào)動水源，將可以提供給附近城市居民充足的用水。為了在施工期間保證施工順利進行，又要保證正常供水，所以工程決定采用土圍堰，在當?shù)厝〔慕ㄔ旖Y(jié)構(gòu)簡單的土圍堰，便于施工，可以節(jié)省資源和施工時間。花漁洞圍堰平面布置按導(dǎo)流方案，主題工程和輪廓對圍堰提出了確定的要求。此次的基坑坡址距主體工程輪廓為25m，這樣方便布置排水設(shè)施、交通運輸和對方材料以及模板。平面布置為扇形，底部長10m，頂部30m，高12.1m，底寬30.25m，口寬3.0m。此次圍堰的外形尺寸根據(jù)隧洞進口的尺寸、出渣的運輸通道、坡度的長度來確定。

（一） 土圍堰的設(shè)計

1 圍堰要首先確定建造位置，這很重要。土圍堰的平面要按照河水導(dǎo)流、主體工程的輪廓，以及對圍堰提出的要求來確定。由于輸水隧洞坡度很小，且水庫閘門的附近就有電站。所以圍堰的位置應(yīng)該考慮到電站的位置以及引水施工的安全。

2 土圍堰的高程也很重要，圍堰頂高程的具體計算方法是用正常水位高度、波浪爬高以及圍堰安全超高的總和可以得到圍堰的頂高?；O洞水庫中正常水位為2000m，波浪爬高為0.2m，圍堰的安全超高取0.7m的話，那么圍堰的堰頂高程就是2000.9m。圍堰的內(nèi)坡比是1：1.75，外坡比是1：1.0，厚度是1.6m的雙層結(jié)構(gòu)，總共4層，將會一次壓實。扎口是8號鐵絲聯(lián)結(jié)，其中下游坡是雙層的防護網(wǎng)。

（二）土圍堰的計算

在運行期間，土圍堰所受的外力，除了圍堰內(nèi)的水位差所產(chǎn)生的外力之外，還有圍堰本身自重產(chǎn)生的抗滑力。土圍堰的抗滑、抗傾等結(jié)構(gòu)計算結(jié)果必須滿足力的方向與水位差產(chǎn)生的合力的方向相反的要求。所以我們采用了瑞典圓弧法對邊坡進行了穩(wěn)定計算。其中下上游抗滑、抗傾安全系數(shù)為1.29、1，28。數(shù)值均大于允許的1.25，滲透計算后，我們發(fā)現(xiàn)單寬流量q=0.045m?/天，而總滲透量是0.9m?/天。

在圍堰本體與岸坡的連接方面，在連接處開挖了倒梯形的截水槽，基本參數(shù)為底寬1.0m，深度為1.0m，口寬是2.1m。在結(jié)合處制造了傾斜面并挖接水槽，是為了避免結(jié)合面的坡度不夠而產(chǎn)生沉降或者更為嚴重的堰體裂縫。所以我們再次開挖截水槽，此次的截水槽同為倒梯形，而基本參數(shù)和上一個截水槽完全一致。所以說為了防止?jié)B水，堰體與岸坡連接的要求應(yīng)該注意幾點，首先就是岸坡應(yīng)該大致平順，不應(yīng)該形成臺階狀、反坡。岸坡的變坡角應(yīng)該小于20°。而為了岸坡施工期的穩(wěn)定，所以土質(zhì)岸坡不應(yīng)該太陡，基本保持在和堰體1：1.5的比例。

在堰體的沉降計算方面，按照以下公式進行計算。

其中S為壩基的總沉降量，n是土層分層數(shù)，本次圍堰取24層；eio為第i層的起始孔隙比，eit為第i層相應(yīng)于竣工時的應(yīng)力作用下的孔隙比，hi為第i層的涂層厚度。計算得出的結(jié)果為堰體的沉降量在17.0cm。又因為堰體預(yù)留沉降量為量大堰高的1%，約12m，所以堰體的預(yù)留沉降超高最終是12m。

（圍堰的基礎(chǔ)處理 ，根據(jù)地質(zhì)情況提出處理方案，圍堰的堰體的防滲及基礎(chǔ)的防滲是圍堰成功與否的關(guān)鍵）

堰高確定必要的計算過程，圍堰堰體及基礎(chǔ)的穩(wěn)定計算，包括穩(wěn)定計算和抗?jié)B計算

堰體確定的依據(jù)，圍堰的堰頂寬，及前后的坡比等，起碼要附帶圍堰的典型斷面圖，希望內(nèi)容再豐富一點 現(xiàn)在這篇論文感覺技術(shù)性較低 太空泛

三、花漁洞水庫工程效果

花漁洞水庫的輸水隧洞施工利用了土圍堰技術(shù)。土圍堰對于水庫水流的攔截相當有效，再加以編織袋土的護坡設(shè)計，土體的總量最終達到了6030.88立方米，這基本達到了預(yù)期所設(shè)想的施工蓄水效果。在施工過程中，保持了土圍堰體的穩(wěn)定性和堅固性。其中堰高降低了9.12cm，護坡編織袋降低了8.33cm。很好的保持了水流的滲透度。

在拆除土圍堰的工作中，完美的完成了爆破工作。爆破所形成的缺口十分理想，基本達到了預(yù)先設(shè)計的標準要求。在圍堰爆破拆除的半小時內(nèi)，隧洞進口附近水位由最初的2200m降至2198.5m。其次隧洞的輸泥比例也達到了標準要求。通過了爆破之后的水力沖刷，70%以上的土體被高壓水力帶走，沖刷效果十分明顯和理想。而且隧洞內(nèi)墻壁完好，設(shè)備也沒有受到損壞，總體上來說，此次圍堰的過程基本做到了完美。

總結(jié)：

通過此次花漁洞水庫的輸水隧洞土圍堰施工工作，說明了土圍堰施工作業(yè)對于主體工程整個過程的重要性。在做好土圍堰施工的前提下，才能保證整個輸水隧洞送水作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性，而在工程結(jié)束時的土圍堰拆除工作也十分重要，在不破壞輸水隧洞設(shè)施的情況下完成爆破和水力沖刷，才能確保之后輸水隧洞長期運行的穩(wěn)定性。所以土圍堰作為一項臨時性工程，雖然它的生命周期很短，但是卻肩負著整個水庫輸水工程中無可替代的作用，合理的設(shè)計土圍堰方案，才能提高主體工程的施工效率，節(jié)省成本。

參考文獻：

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