淺談水利導流工程施工方案的選擇

張世強，楊自剛

（云南省滇中引水工程有限公司，云南大理671600）

提 要：簡單介紹了施工導流工程的意義、導流建筑物級別、導流建筑物標準及導流方案的選擇原則，并根據(jù)項目特點及現(xiàn)場實際情況最終各工點的導流方案，為以后類似工程施工方案的選擇提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 工程概況

滇中引水工程由石鼓水源工程和輸水工程組成。石鼓水源工程為無壩取水，采用提水泵站取金沙江水，設(shè)計抽水流量135m3/s，輸水工程總長約664.236km，劃分為大理Ⅰ段、大理Ⅱ段、楚雄段、昆明段、玉溪段及紅河段6段。

滇中引水工程大理I段施工6標及海東分（退）水洞位于大理州境內(nèi)，施工6標起止樁號DLⅠ91+206～DLⅠ112+429，全長21.223km，主要工程數(shù)量包括隧洞5座、支洞2座、退水洞2座、暗涵1座、倒虹吸1座、渡槽1座。

2 施工導流工程的意義

為了保證水流能順利從源頭暢通流到工程末端，水利線路工程建筑物標高均比鐵路、公路等建筑物標高低，由于這種特殊性，需要施工導游工程，將水利工程中外露工作面附近的水流通過導流建筑物導向指定的安全流水位置，以解決汛期洪水排泄問題，并為施工的工作面提供安全的施工環(huán)境，保證人員、機械設(shè)備施工安全。

導流工程在水利工程中占有重要位置，是隧洞、渡槽、暗涵、倒虹吸等水利工程施工前要先期完成的一項重要工作，因此在施工過程中一定要重視這項工作。

3 導流建筑物級別

3.1 沿線交叉建筑物導流建筑物級別

滇中引水工程大理I段輸水建筑物為1級建筑物，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004）與《調(diào)水工程設(shè)計導則》（SL430-2008）的相關(guān)規(guī)定，按保護對象級別，導流建筑物級別為4級。

本工程采用土石圍堰，按規(guī)范規(guī)定4級土石圍堰設(shè)計洪水標準可在重現(xiàn)期10～20年一遇洪水內(nèi)選擇。綜合考慮各方面因素確定本工程導流標準采用區(qū)間下限10年一遇洪水標準。

3.2 支洞口（主洞口）導流建筑物級別

根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004），施工支洞口（主洞口）進口平臺防洪標準按場內(nèi)主要臨時交通道路防洪標準考慮（防洪標準與施工廠區(qū)防洪標準一致），在5～20年重現(xiàn)期范圍內(nèi)酌情采用。根據(jù)規(guī)范確定支洞口（主洞口）導流建筑物按4級建筑物考慮，防洪標準均取上限20年一遇洪水。

4 導流建筑物標準

4.1 設(shè)計流量的選定

沿線交叉建筑物分期洪水以及全年洪水設(shè)計流量以設(shè)計單位提供的數(shù)據(jù)為準進行施工設(shè)計。

4.2 渡槽導流標準

老馬槽渡槽為暗涵式渡槽，由槽身和槽身底部排洪涵洞組成，一期選用12～5月為施工導流時段，二期選用全年為施工導流時段。

4.3 暗涵導流標準

下河壩暗涵由暗涵主體結(jié)構(gòu)和上部排洪渠組成，因暗涵以及上部排洪渠規(guī)模不大，采用一次斷流12～5月為施工導流時段。

4.4 退水建筑物導流標準

（1）下河壩退水建筑物由退水洞、退水洞出口消力池以及消力池出口渠道段組成。采用圍堰一次攔斷支溝涵管導流，導流時段為12～5月。

（2）玉石廠退水建筑物由退水洞、退水閘以及出口消力池段組成。退水洞以及退水閘無需導流，出口消力池段采用圍堰一次攔斷支溝涵管導流，導流時段為12～5月。

5 導流方案

5.1 方案選擇原則

方案選擇原則：在方案比選上，結(jié)合本項目及現(xiàn)場實際情況，采用經(jīng)濟合理、安全可靠的方案，比如場地比較開闊、流量相對較大的交叉建筑物施工導流優(yōu)先采用明渠分期導流。比如在山體相對較高，場地狹窄的退水建筑物以及支洞口，優(yōu)先采用圍堰一次攔斷+涵管導流的方案。

5.2 導流方案

本標段導流主要分隧洞洞口導流、暗涵導流、渡槽導流、倒虹吸導流和退水洞導流。

5.2.1 隧洞工程導流

（1）支洞口導流。

①導流建筑物主要有擋水平臺（兼顧隧洞施工進口道路和施工場地）以及泄水建筑物，導流排水采用填筑施工擋水平臺+涵管進行導流。

②上果園隧洞1#施工支洞進口導流。上果園1#施工支洞進口平臺泄水按20年一遇來流量設(shè)計，設(shè)計洪峰流量50.9m3/s，計算上游擋水水位2000.30m，考慮安全超高，進口平臺高程取2002.0m。

進水口采用八字型喇叭口混凝土擋水墻，管身段設(shè)3排混凝土預制泄流涵管，內(nèi)徑均為2m。為保證較好的流態(tài)，涵管進口底部高程1998.0m，出口底部高程1995.5m，進口設(shè)5m明渠段，3排涵管長度分別為90m、82m、76m，合計248m，排水涵管軸線間距為3.1m，坡降分別為3.89%、4.27%、4.61%，均全程放坡。涵管布置位置需挖除表面覆蓋層，覆蓋層開挖邊坡1∶1.25，巖石邊坡開挖1∶0.75，涵管進口右側(cè)邊坡噴混凝土支護，為減少開挖量，盡量貼坡布置，涵管基礎(chǔ)落于巖石，涵管底部設(shè)混凝土墊層。

泄流涵管采用圓形斷面，其泄流能力由下式計算：

式中：μ——流量系數(shù)；

ω——涵管出口斷面面積；

T0——上游水面與涵管出口底板高程差；

T——上游行近流速水頭v2/2g之和，一般可認為T0=T；

hp——涵管出口斷面水流的平均單位勢能，hp=0.5α+p/γ；

α——出口斷面洞高；

p/γ——出口斷面平均單位壓能。

式中流量系數(shù)μ，可由下式計算：

式中：ζ——某一局部能量損失系數(shù)，與之相應的流速所在的斷面為ωi；

li——涵管某一段的長度。

進水口采用八字型喇叭口，局部水頭損失系數(shù)取0.15，出口局部水頭損失系數(shù)取0.1，管身轉(zhuǎn)彎處損失均取為0.09，在下泄流量為50.9m3/s時，計算上游水深2.30m，上游水位2000.30m。

泄水涵管出口設(shè)寬10.1m，水平長度為20.0m的拋石防沖區(qū)，拋石護底厚度2m，防沖區(qū)兩側(cè)邊坡采用15cm厚掛網(wǎng)噴C20混凝土支護。

導流涵管縱斷面布置圖、進水口擋墻及八字墻布置圖如圖1～圖3所示。

③老馬槽隧洞1#施工支洞為1.87%的上坡支洞，不存在施工導流問題。

（2）下河壩隧洞出口與玉石廠隧洞進口間導流方案。下河壩隧洞出口與玉石廠隧洞進口之間施工場地狹窄，且有酸水菁沖溝通過，必須先對沖溝進行導流才能進行隧洞施工。

沖溝靠近玉石廠隧洞進口并橫穿施工場地，水位標高為1990.8m，隧底標高為1983.48m，較隧底高7m，隧洞需進行拉槽施工。因此，玉石廠隧洞進口需要進行導流改渠。導流方案為將沖溝改彎取直，避開玉石廠隧洞進口，直接進入下游地段。

具體導流方案如下：

①先將靠玉石廠隧洞口的沖溝改移至下河壩隧洞出口側(cè)，進行河溝改移開挖，開挖高度為4m一級邊坡，坡率為1∶1；施工2m寬的平臺。最下面一級邊坡坡率為1∶0.5，并設(shè)置C20砼導流渠。

②導流渠底寬3m、高2m；導流渠自下游往上游開挖，開挖坡度3%，開挖時底部需平順，無錯臺。開挖完成后先鋪設(shè)一層防水土工膜后，在其上澆筑混凝土導流渠，底板厚度30cm、側(cè)墻厚度30cm，見圖4。

③導流渠澆筑完成后，開通上游缺口。

④溝渠改移完成后，將便道拉槽修至玉石廠隧洞進口，開挖至比玉石廠隧洞進口底板低20cm，開挖坡率為1∶1，便于玉石廠隧洞進口進洞。由于玉石廠隧洞進口隧底標高低于改移的溝渠水位線，可能存在滲水，在拉槽的基坑內(nèi)設(shè)集水井進行抽排水。

⑤最后，邊坡掛綠網(wǎng)并撒播草籽進行防護。

5.2.2 暗涵工程導流

（1）下河壩暗涵進口樁號DLⅠ099+208.51m，全長63.75m，由暗涵主體結(jié)構(gòu)和上部排洪明渠組成。因暗涵以及上部排洪渠規(guī)模不大，采用一次斷流，12～5月為施工導流時段。

圖1 上果園隧洞1#施工支洞洞口導流施工縱斷面布置圖

圖2 八字墻明渠斷面圖

圖3 涵管埋設(shè)斷面圖（單位：m）

（2）考慮到永久建筑物規(guī)模不大，一個枯水期可完成主體工程施工，在酸水箐上游采用土石圍堰一次攔斷河床+涵管進行導流。導流涵管進口高程為1992.0m，出口高程1988.0m，采用C25預制混凝土涵管，涵管內(nèi)徑1.0m，涵管總長186m。導流涵管采用先開挖再鋪設(shè)最后再回填的施工程序，回填厚度為覆蓋涵管上部1.0m，鋪設(shè)過程中開挖寬度為1.8m。暗涵處溝谷坡降較大，因此只用布置上游圍堰。上游圍堰頂高程1995.0m，圍堰最大高度約4.5m，圍堰軸線長53.0m，圍堰頂寬4.0m，圍堰填筑迎水坡和背水坡坡比均為1∶2.0。圍堰堰型采用土石圍堰。根據(jù)地形地貌及上下游溝谷走向分析，從便于水流順暢分流與歸槽，下河壩暗涵導流涵管均布置在河床左側(cè)。導流采用倒虹吸式從暗涵底部通過。

（3）基坑排水按揚程不同分成初期排水與經(jīng)常性排水兩部分。

①基坑初期內(nèi)主要是基坑積水（包括圍堰防滲體后基坑積水面以下，開挖降水水面線以上的堰體及覆蓋層積水）、滲水及施工期降水。基坑初期排水應控制積水下降速度，以觀察基坑滲水情況，并防止堰坡及岸坡發(fā)生滑坡及滲透破壞。

②基坑經(jīng)常性排水主要是排除施工期基坑滲水、降水和混凝土施工養(yǎng)護用水等棄水。經(jīng)常性排水站由于運行時間較長，應充分利用地形，可分設(shè)于基坑上下游地勢低洼處，使管道布置最短，避免與基坑開挖、出渣運輸產(chǎn)生施工干撓?；优潘艿啦贾脩M可能不受基坑施工交通影響。

③根據(jù)選定的施工時段，基坑配備水泵3臺，其中2臺為工作泵，1臺備用，排水設(shè)計能力120m3/h。

圖4 導流渠斷面圖（單位：m）

5.2.3 渡槽工程導流

（1）老馬槽渡槽為暗涵式渡槽，由槽身和槽身底部排洪涵洞組成，一期選用12～5月為施工導流時段，二期選用全年為施工導流時段。

（2）老馬槽渡槽進口樁號DLⅠ108+170.66m，渡槽長度為154m，渡槽接老馬槽隧洞出口和長育村隧洞進口，渡槽右岸下部為排洪涵洞，上部為渡槽槽身結(jié)構(gòu)。老馬槽暗涵渡槽枯水期流量相對較小，采用一期涵管導流，二期槽身下部排洪涵洞導流。一期填筑上游土石圍堰，根據(jù)地形無需填筑下游圍堰，利用一期導流涵管泄流，施工右岸渡槽以及下部排洪涵洞；二期利用右岸渡槽下部排洪涵洞泄流，施工渡槽左岸結(jié)構(gòu)。

（3）一期導流。導流涵管進口高程為1978.0m，出口高程1972.0m，底坡i=0.028，采用C25預制混凝土涵管，涵管內(nèi)徑0.6m，涵管總長214m。導流涵管采用先開挖再鋪設(shè)最后再回填的施工程序，回填厚度為覆蓋涵管上部1.2m，鋪設(shè)過程中開挖寬度為1.0m。

渡槽處溝谷坡降較大，因此只用布置上游圍堰。上游圍堰頂高程1980.5m，圍堰最大高度約4.0m，圍堰軸線長70.0m，圍堰頂寬4.0m，圍堰填筑迎水坡和背水坡坡比均為1∶3.0。圍堰采用粘土填筑。

（4）二期導流。二期利用渡槽右岸下部4孔5.5m×4.1m排洪涵洞泄流。

5.2.4 倒虹吸工程導流

本分段玉石廠倒虹吸進口與玉石廠隧洞出口、出口與老馬槽隧洞進口直接相連，不存在施工導流問題。

5.2.5 退水建筑物導流

（1）下河壩退水建筑物施工導流。

①下河壩退水洞進口樁號為DLⅠ99+167，退水建筑物位于下河壩隧洞出口，由退水涵洞、退水洞閘室、退水洞出口消力池以及消力池出口渠道段組成。其中退水洞洞身高程較高無需施工導流，退水洞出口消力池以及消力池出口明渠位于下支溝正中央，需要采取施工導流措施?？紤]山體較高，溝谷狹窄，采用開挖明渠工程量較大，采用圍堰一次攔斷支溝+涵管進行導流，導流涵管沿沖溝右岸坡腳布置。導流時段為12～5月。

②導流涵管進口高程為1988.0m，出口高程1983.5m，底坡i=0.024，采用C25預制混凝土涵管，涵管內(nèi)徑1.0m，涵管總長187m。導流涵管采用先開挖再鋪設(shè)最后再回填的施工程序，回填厚度為覆蓋涵管上部1.0m，鋪設(shè)過程中開挖寬度為1.8m。退水建筑物出口溝谷坡降較大，因此只用布置上游圍堰。上游圍堰頂高程1991m，圍堰最大高度約4.5m，圍堰軸線長47.0m，圍堰頂寬4.0m，圍堰填筑迎水坡和背水坡坡比均為1∶2.0。圍堰堰型采用土石圍堰。

（2）玉石廠退水建筑物施工導流。

①玉石廠退水洞進口樁號為DLⅠ104+001m，位于玉石廠隧洞出口，由退水洞、退水洞閘室、退水洞出口消力池以及消力池出口渠道段組成。其中退水洞洞身高程較高無需施工導流，退水洞出口消力池以及消力池出口明渠位于下支溝處，需要采取施工導流措施?？紤]山體較高，溝谷狹窄，采用開挖明渠工程量較大，采用圍堰一次攔斷支溝+涵管進行導流，導流涵管沿沖溝右岸坡腳布置。導流時段為12～5月。

②導流涵管進口高程為1972.0m，出口高程1962.0m，底坡i=0.11，采用C25預制混凝土涵管，涵管內(nèi)徑0.8m，涵管總長92m。導流涵管采用先開挖再鋪設(shè)最后再回填的施工程序，回填厚度為覆蓋涵管上部1.0m，鋪設(shè)過程中開挖寬度為1.6m。退水建筑物出口溝谷坡降較大，因此只用布置上游圍堰。上游圍堰頂高程1974.5m，圍堰最大高度約5.0m，圍堰軸線長14.0m，圍堰頂寬4.0m，圍堰填筑迎水坡和背水坡坡比均為1∶2.0。圍堰堰型采用土石圍堰。

（3）基坑排水按揚程不同分成初期排水與經(jīng)常性排水兩部分。

①基坑初期內(nèi)主要是基坑積水（包括圍堰防滲體后基坑積水面以下，開挖降水水面線以上的堰體及覆蓋層積水）、滲水及施工期降水。基坑初期排水應控制積水下降速度，以觀察基坑滲水情況，并防止堰坡及岸坡發(fā)生滑坡及滲透破壞。

②基坑經(jīng)常性排水主要是排除施工期基坑滲水、降水和混凝土施工養(yǎng)護用水等棄水。經(jīng)常性排水站由于運行時間較長，應充分利用地形，可分設(shè)于基坑上下游地勢低洼處，使管道布置最短，避免與基坑開挖、出渣運輸產(chǎn)生施工干撓。基坑排水管道布置應盡可能不受基坑施工交通影響。

③根據(jù)選定的施工時段，下河壩退水建筑物、玉石廠退水建筑物基坑配備6SA-8B型水泵3臺，其中2臺為工作泵，1臺備用，排水設(shè)計能力120m3/h。

6 結(jié)論及建議

（1）在水利導流工程施工方案的選擇過程中，要綜合考慮現(xiàn)場實際地形及周邊環(huán)境情況、施工工藝及施工安全性、排水量要求，選擇經(jīng)濟合理的施工方案。

（2）由于本項目為云南省滇中引水工程大理Ⅰ段至楚雄段引入社會資本建設(shè)的項目，在費用總包干的前提下應以經(jīng)濟指標為優(yōu)先進行考慮，盡量節(jié)約施工成本。

（3）進行導流方案設(shè)計時，須根據(jù)設(shè)計單位提供的排水量進行計算，以此確定圓管涵的直徑。

（4）在場地狹窄的地方，比如玉石廠隧洞進口，導流方案還必須結(jié)合洞口場地布置綜合考慮并進行選擇。