水利樞紐工程導(dǎo)截流設(shè)計(jì)

【摘要】結(jié)合我國以往的治洪防洪方面的經(jīng)驗(yàn)來看，我國水利樞紐工程中的導(dǎo)流截流措施都得到很好的發(fā)展和應(yīng)用，并累積了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為提高工程質(zhì)量提供了技術(shù)支持，本文將討論導(dǎo)流、截流技術(shù)在水利樞紐工程中應(yīng)用的技術(shù)和要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】水利施工；導(dǎo)截流；技術(shù)

1、水利樞紐截流導(dǎo)流概述

河道截流有平堵法、立堵法、下閘截流、平立堵法、定向爆破等多種方法，但主要方法為立堵法和平堵法兩種，立堵截流方法是指將截流材料從龍口的一端向另一端或者從兩端向中間拋投進(jìn)占，逐漸束窄龍口寬度，直至全部攔斷的截流方法。平堵截流法則要求預(yù)先要在龍口架設(shè)棧橋亦或是浮橋，沿龍口全線采用自卸型汽車逐層并且盡量均勻的拋填適宜的截流材料，直至戧堤高出水面為止。

一般說來，當(dāng)工程位于峽谷地帶，巖石較為堅(jiān)硬，交通不便利，坡陡峻，缺乏運(yùn)輸設(shè)備，則可采取定向爆破截流；而人工泄水道截流，需要在泄水道里面事先修建閘墩，隨后開始進(jìn)行下閘截流；天然河道，也可設(shè)置截流閘，隨后下閘截流；采用投拋塊料施工法截流是最為常用的一種截流方法，投拋石塊或人工塊體截流，被迫促使河水經(jīng)過導(dǎo)流使得建筑物下泄。

在水中修建建筑物之前，需要先修建屏障，將水按照原來的流入方式導(dǎo)入下游，創(chuàng)造干凈整潔施工環(huán)境。施工導(dǎo)流容易受到外界因素影響， 因此導(dǎo)流方式的選擇，需考慮以下因素：

1）水文條件：過程線特征、河流流量大小、水位變幅、洪水和枯水情況、流冰等直接影響方案選擇；2）地形地質(zhì)條件。河床寬闊，有通航要求，采用分期導(dǎo)流；此外，還應(yīng)該盡量利用永久水工建筑物的泄水建筑物，進(jìn)行施工導(dǎo)流，滿足施工期通航、灌溉給水等需求。

2、技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)

近年來大河大江截流的理論與技術(shù)的進(jìn)步，帶動(dòng)了導(dǎo)截流技術(shù)的發(fā)展：

1）立堵代替平堵， 平堵需要架棧橋或浮橋，耗時(shí)長(zhǎng)，投資大，阻礙通航運(yùn)行。立堵截流，施工簡(jiǎn)單，機(jī)械化作業(yè)，就地取材，安全可靠，準(zhǔn)備工作少，成為常用的截流方法。

2）實(shí)現(xiàn)高水頭截流?，F(xiàn)代吊裝運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展，使得采用更高拋投強(qiáng)度更大塊重可以有效的運(yùn)用于高水頭截流。高落差形式的截流，通常采取的雙戧堤多戧堤截流方式。可以增加拋投強(qiáng)度，盡量少用大料。當(dāng)前的施工機(jī)械容量在不斷的增加，一般石料應(yīng)用廣泛的趨勢(shì)，更有利于減少工作量，節(jié)省投資。

3）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的降低。先前的設(shè)計(jì)一般依據(jù)的是當(dāng)月10%-50%頻率流量來以此作為截流的設(shè)計(jì)流量值。然而更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，這樣的設(shè)計(jì)值往往會(huì)比實(shí)際流量值偏大，因此適當(dāng)降低截流設(shè)計(jì)流量是而且必要的。精確的水文預(yù)報(bào)精度高手段先進(jìn)，可以有效的錯(cuò)過洪峰期截流，調(diào)整施工計(jì)劃。

4）技術(shù)上的提高。截流是水利工程的技術(shù)難點(diǎn)，減輕截流壓力提高截流水平是學(xué)者一直在研究的問題，有效實(shí)施防治堤頭坍塌措施，能夠保證施工安全，減少了坍塌風(fēng)險(xiǎn)。減少流速導(dǎo)致的坍塌，選用材料直徑較小的材料做截流；通過預(yù)先的平拋墊底，減少水深來預(yù)防坍塌，可以有效的減小坍塌的規(guī)模；采用多戧立堵截流，分成多個(gè)不同戧堤，降低水位落差，降低施工難度。不同的龍口采用不同的截流材料，拋投圓柱線體材料截流可阻止堤頭材料流失保護(hù)戧堤坍塌，提高截流拋投強(qiáng)度，有效的做到了材料節(jié)省、制作運(yùn)輸方便的作用。

3、導(dǎo)截流施工流量設(shè)計(jì)、截流時(shí)間及拋石材料選擇

水利項(xiàng)目導(dǎo)截流施工技術(shù)，盡管施工工序簡(jiǎn)單，但是在正式開展導(dǎo)截流施工之前，仍然需要對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制，保障施工順利。

3.1 流量設(shè)計(jì)要點(diǎn)

導(dǎo)截流流量設(shè)計(jì)主要是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，對(duì)施工所需要的導(dǎo)截流流量進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，一般情況下，在設(shè)計(jì)過程中，使用相關(guān)流量標(biāo)準(zhǔn)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地貌地形、溫度濕度氣候條件等因素，綜合考慮導(dǎo)截流流量的數(shù)值，在設(shè)計(jì)中，將當(dāng)?shù)氐乃臍夂驐l件作為參考依據(jù)，結(jié)合實(shí)際需求條件，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的導(dǎo)截流流量。

導(dǎo)截流流量的設(shè)計(jì)方法多樣，在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)實(shí)際需求和工程特點(diǎn)來選擇設(shè)計(jì)方式。比如：在導(dǎo)截流流量設(shè)計(jì)中，運(yùn)用頻率法，這種方法主要根據(jù)工程實(shí)際截留時(shí)間段，對(duì)這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的導(dǎo)截流流量進(jìn)行控制設(shè)計(jì)；實(shí)測(cè)資料分析法，則主要是依據(jù)水文相關(guān)資料，對(duì)其進(jìn)行分析，對(duì)新工程進(jìn)行設(shè)計(jì)，比較適用于水文資料較多的企業(yè)。

3.2 截流時(shí)間

綜上，無論是選擇哪種設(shè)計(jì)方式，在選擇時(shí)需要全方位考慮水利工程的情況。值得注意的是，設(shè)計(jì)時(shí)，必須明確截留時(shí)間，截留時(shí)間的確定應(yīng)該注意以下的原則：

1）、注意觀察水利工程中是否存在泄流條件以及泄流設(shè)備，這是為了保障工程的使用壽命。明確導(dǎo)流泄水操作的建筑物能不能達(dá)到施工要求。

3）、截流完成后設(shè)定一定的空檔期，主要是用作緩沖在汛期到來之前必須將所有的截流工作處理完成。

3）、選擇截流時(shí)間時(shí)，綜合考慮通航要求，選定的截留時(shí)間不能對(duì)通航作業(yè)有較大的影響，在實(shí)際操作過程中應(yīng)該盡量的避開通航時(shí)間。

4）、考慮水利施工地理位置特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臏囟葷穸葪l件、氣候條件、地貌地形特征，不同地區(qū)的最佳截流時(shí)間可能會(huì)存在較大差別。譬如：東北氣溫較低，尤其是冬季，截流時(shí)間就不應(yīng)當(dāng)設(shè)置在流冰期內(nèi)。截流時(shí)間與流冰期重合，會(huì)加大施工難度系數(shù)，增加工作人員的施工作業(yè)量。因此截流時(shí)間的選擇應(yīng)該密切聯(lián)系實(shí)際，合理的進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

3.3 拋石材料選擇

拋石材料會(huì)影響水利樞紐截流效果，對(duì)拋石材料的選擇要仔細(xì)，掌握工程對(duì)拋石材料質(zhì)量的要求，復(fù)查材料的質(zhì)量。遵循拋石材料不應(yīng)當(dāng)給施工帶來負(fù)擔(dān)，起重及運(yùn)輸簡(jiǎn)單方便的原則；

根據(jù)工程的需求考慮損失量、地質(zhì)及水文環(huán)境因素合理科學(xué)的選擇拋石材料。

4、應(yīng)用實(shí)例

某工程水利樞紐位于柳河干流上的松濤峽，系一級(jí)建筑物，由河床混凝土重力壩、溢洪道，右岸土壩和壩后廠房等部分組成。樞紐的主要任務(wù)是發(fā)電，共裝三臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組15萬千瓦，發(fā)電最低水位500米，相應(yīng)庫容19.5億立方米。樞紐的位置右岸適當(dāng)位置布置有排沙放空洞，可滿足封孔蓄水期對(duì)下游100立方米每秒流量的要求。壩內(nèi)河谷兩岸有很多沖溝，左岸主要有壩址下游200米出的滑溝；右岸主要有壩址上游150米處的紅柳溝，下游有劉家溝、金鉤和銀溝等。這些沖溝切割既深且短，均系沿?cái)鄬蛹肮?jié)理裂隙發(fā)育而成，與河谷多成70°--80°的交角。由于這些沖溝的切割，使壩區(qū)地形變得非常復(fù)雜，給施工場(chǎng)地布置造成一定困難。 本區(qū)為大陸性氣候。多年平均溫度9.6℃，月平均最高氣溫22.9℃，最低為—6.5℃；絕對(duì)最高位39.1℃，絕對(duì)最低為—23.1℃，日最小變幅1.3℃。 本地區(qū)雨量稀少，年平均降水量為330.1毫米，最大達(dá)471.9毫米，其中60%--70%集中在7--9月，最大日降雨量為71.8毫米。最長(zhǎng)一次降雨延續(xù)時(shí)間4晝，最大一次降雨量為21毫米。暴雨常在下午或晚間出現(xiàn)。

4.1 導(dǎo)流方案選擇

（1）水溫特性

松濤水利樞紐壩址河段徑流量主要來自于降雨，以及融雪的補(bǔ)給。洪水由暴雨形成，汛期為6約至10月，河谷水位暴漲、暴落。多年各月平均流量，最大流量和最小流量見表2.1表 2.1 壩址多年流量統(tǒng)計(jì)表（單位：m3/s） 20年一遇

（2）導(dǎo)流方案的擬定

在水利水電工程導(dǎo)流方案的選擇時(shí)，要考慮地形、地貌、水文特性、工程主體的形式和布置、施工因素等多方面的因素，其中地形和地貌條件往往是決定導(dǎo)流方案的主要因素。

松濤水利樞紐選定壩址位于峽谷尾部，據(jù)峽谷出口約1.7公里，壩址河床兩岸山坡陡峻，成V字形，河床的寬度較窄，故不宜采用分段圍堰法導(dǎo)流。同時(shí)綜合壩址處的地形和地貌特征，次樞紐也不具備開挖明渠，采取明渠導(dǎo)流的條件。主要是因?yàn)閴沃诽幍膱嚎谔幱诟叱梯^高處（處于520米以上，高出河床10米以上，不適合初期導(dǎo)流）開挖量大，雖然明渠導(dǎo)流費(fèi)用較隧洞導(dǎo)流方案低，單明渠導(dǎo)流準(zhǔn)備期開挖量大，地面施工干擾大，工期風(fēng)險(xiǎn)難以估計(jì)，隱含風(fēng)險(xiǎn)較大。前期導(dǎo)流明渠以及底孔壩段結(jié)構(gòu)混凝土需要按永久建筑物的要求來施工，大型砂石加工及混凝土系統(tǒng)準(zhǔn)備建筑進(jìn)度難以滿足施工要求。在準(zhǔn)備期被完成明渠的施工難度較大，截流工期保證率較低。因此，明渠導(dǎo)流的方案顯然是不合理的。

壩址河谷及兩岸的變質(zhì)巖主要由云母石英片巖和角閃巖組成，石質(zhì)堅(jiān)硬，相當(dāng)于16級(jí)巖石分類中的第X級(jí)巖石，在巖石地質(zhì)條件上具備開挖隧洞的條件。

一般情況下，壩型和河谷的地形往往是導(dǎo)流方案選擇的主要條件之一，此工程河床壩段采用混凝土重力壩。以壩長(zhǎng)與壩高的比值η=L/H，表示河谷形狀系數(shù)。距統(tǒng)計(jì)分析和工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于混凝土壩，η<3適合一次攔斷截流和隧洞導(dǎo)流。經(jīng)計(jì)算松濤水利樞紐壩址所在地河谷狀系數(shù)η=1.63<3，故適宜采用隧洞導(dǎo)流。

雖然隧洞的投資高，但前期項(xiàng)目的施工干擾小，因開挖除渣，混凝土澆筑時(shí)段分散，總體強(qiáng)度不高，截流工期有保證，風(fēng)險(xiǎn)明朗，有利于防范。

綜合考慮比較，初步擬定隧洞導(dǎo)流方式總體上市可行的，且優(yōu)于其他導(dǎo)流方案。

（3）導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

松濤水利樞紐系Ⅰ級(jí)建筑物，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》（Ⅰ），表2.3.1的劃分標(biāo)準(zhǔn)及表2.3.2的洪水標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)永久建筑物的導(dǎo)流建筑物級(jí)別為Ⅲ級(jí)，相應(yīng)的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇，枯水期當(dāng)水圍堰的標(biāo)準(zhǔn)與全年擋水圍堰按同樣標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

（4）導(dǎo)流時(shí)段劃分

全年擋水圍堰設(shè)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

對(duì)于枯水期擋水圍堰方案的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》（Ⅰ）的規(guī)定，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選用枯水期20年一遇的洪水。

當(dāng)選擇采用擋水圍堰時(shí)，須對(duì)枯水期施工時(shí)段進(jìn)行選擇時(shí)段短時(shí)，導(dǎo)流流量小，導(dǎo)流建筑物布置和施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但基坑施工期較短，施工強(qiáng)度大；時(shí)段長(zhǎng)時(shí)，對(duì)施工進(jìn)度有利，單導(dǎo)流建筑物規(guī)模大，造價(jià)高，施工難度大。因此，須對(duì)進(jìn)行導(dǎo)流設(shè)計(jì)和施工有效期的綜合比較，選定也是選擇導(dǎo)流的重要因素之一?？菟跁r(shí)段的劃分見表2.4。

由上表可知，在時(shí)段選擇的分析結(jié)果中，在一個(gè)枯水期內(nèi)完成截流，基坑排水，基坑開挖和圍堰施工是可行的。選擇11月16日--5月10日這段時(shí)期為施工枯水期，不僅截流的難度小，同時(shí)也為前期的施工準(zhǔn)備和隧洞的施工給予足夠多的時(shí)間，因此選擇此枯水時(shí)段在技術(shù)上是可行的，不但經(jīng)濟(jì)合理，而且減少了工期。

5、結(jié)束語

導(dǎo)截流是水利樞紐工程施工的關(guān)鍵部分，影響整個(gè)工程的進(jìn)度和質(zhì)量，關(guān)系到人們的生命安全，因此需要進(jìn)行充分準(zhǔn)備周密計(jì)劃詳盡備案順利施工。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水利施工中的各種技術(shù)已經(jīng)有了很大的提高，導(dǎo)截流技術(shù)廣泛使用會(huì)有效的縮短水利樞紐工程施工時(shí)間，提高工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴會(huì)超，胡昌順，朱紅兵.施工導(dǎo)截流理論與科技進(jìn)展[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2005， 24（4）： 78-83.

[2]夏仲平.水利水電工程導(dǎo)截流技術(shù)[J].水利水電施工，2007 （4）： 129-136.