淺述水利水電工程中施工導流和圍堰技術的運用

李文濤

廣州市白云區(qū)水務設施維護管理所 廣東 廣州 510000

1 導流及圍堰

1.1 導流

1.1.1 施工導流

導流技術對水利水電工程施工全過程均能夠產(chǎn)生極大的影響，因此在技術使用時需要根據(jù)施工項目地區(qū)的實際情況確定技術的具體方案。在施工的前、中、后期，導流技術應用的要求各不相同。在工程施工前，通過導流能夠有效引導影響壩體所有水流至下游，保障施工能夠順利進行；在工程施工過程中，通過運用導流技術能夠有效提升工程水庫蓄水量，此外在汛期施工中通過對注水深度的控制提升防洪活水工程能力，提高水資源的利用率；在工程施工后期，以防洪的需求為基礎進行相應的導流設計，在保障水利水電工程安全的前提下發(fā)揮水電設施的功能效用。

1.1.2 導流施工類型

在導流施工中，主要的形式包括明渠導流以及隧洞導流兩種。

對于施工環(huán)境較為平坦，且施工范圍較為寬闊的區(qū)域可以使用明渠導流的技術，該技術一般主要運用于平原地區(qū)。明渠導流技術使用時，其布渠的基本方式為：于主體工程基坑中下游的區(qū)域進行圍堰施工，以引導水流的路徑，促進流水在安全預定的位置下泄。該種導流技術的主要優(yōu)勢在于其施工的工程量以及成本均較低，且導流過程中能夠滿足流域通行的需要。技術使用時需要注意轉彎部分的半徑應達到渠底最低處五倍以上。

明渠導流一般主要用于施工環(huán)境較好的地區(qū)，而針對施工水道水流量較小，水道較為復雜，水道底部狹窄陡峭的環(huán)境，則一般需要使用隧洞導流的技術。與明渠技術相比，隧洞的技術能夠滿足復雜施工環(huán)境的要求，然而使用該技術相對引流的排水量較小，因此在泄洪表現(xiàn)方面相對存在一定問題。隧洞的主要優(yōu)勢在于對施工環(huán)境的適應性較好，同時施工進行時能夠保證施工的質量，因此其施工效率較高。在使用隧洞導流技術時，與明渠技術相比需要提前確定導流軸線，在進行彎道部分施工時，同樣需要根據(jù)彎道的情況確定施工計劃。

1.2 圍堰

1.2.1 圍堰技術

圍堰作為水利水電工程中閘壩水閘部分施工常用的一種輔助技術，是一種臨時性的施工，根據(jù)施工的目的分為多種不同的類型。需要明確的是，水利水電工程當中圍堰屬于普遍性采用的技術，在工程設計階段，圍堰的使用以及圍堰能否滿足施工的需求是檢驗設計可行性的重要標準之一。圍堰技術使用最重要的作用為保障施工區(qū)域的施工條件，水利水電工程當中，采用圍堰技術的主要目的為縮減施工的準備時間，同時降低施工材料運輸?shù)某杀荆嵘赖呐艥承Ч?。由于圍堰完成后，在水流沖擊影響下其主體部分的截面將不斷減少，圍堰的效果隨之降低，因此使用圍堰技術時維持圍堰的效果是影響技術使用效果的重點。

1.2.2 圍堰技術類型

圍堰技術主要包括全段式以及分段式兩種重要的類型。

全段式的圍堰主要通過建筑進行，技術使用過程中需要對施工區(qū)域進行整體性的截流，通過導流技術的使用使得水流按照設計方案得到有效的固定。全段式的圍堰在施工進行時，一次施工即能夠完成圍堰，施工該技術對施工環(huán)境的要求較高，施工環(huán)境滿足全段式圍堰的情況下，該種技術應當成為第一選擇的技術類型。一般情況下，水流流速較快的區(qū)域內，以及主體工程的基坑相對較小的水利工程項目采用全段式的圍堰能夠實現(xiàn)更為有效的施工效果。

分段式的圍堰技術則一般需要與導流技術配合使用，所謂分段式的圍堰即需要通過多次圍堰的配合實現(xiàn)施工的目標。分段式的技術使用時，無法通過一次施工完成實現(xiàn)圍堰的目標，而需要根據(jù)施工區(qū)域的環(huán)境情況進行多次的施工。在水利水電工程所在區(qū)域的河床、壩體本身或者周圍環(huán)境的建筑存在特殊條件的情況下，需要采用分段式圍堰的技術。分段式技術的最大優(yōu)勢為使用中對施工的建設壓力相對較小，然而與全段式技術相比，分段式技術不僅對設計要求更高，對施工人員的技術水平要求同樣較高[1]。

2 導流與圍堰的技術發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來，在我國水利水電工程施工中導流以及圍堰的技術已經(jīng)得到了更為普遍的使用，導流以及圍堰的施工對提升水利水電工程施工的效率形成了顯著的促進作用。例如在某大型水電項目建設中，通過導流以及圍堰技術的應用避免了水流對建筑物外觀造成影響。雖然導流以及圍堰技術在水利水電工程中作用顯著，然而目前導流以及圍堰技術與水利整體工程的設計以及施工的融合性依然存在一定問題，將導流以及圍堰技術真正融入水利水電工程的設計以及施工中，避免導流以及圍堰對水利水電工程其他施工環(huán)節(jié)造成影響，已經(jīng)成為技術運用未來需要重點關注的部分。

3 導流以及圍堰的技術選擇和使用

3.1 技術選擇標準

選擇導流的技術時，需要參照如下標準：

（1）參考施工區(qū)域的水位，包括豐水期以及枯水期水位變化，水位變化較大時可以采用過水圍堰；

（2）參考地形影響，水道通航要求較高時可以選用分段導流，河道狹窄情況下可以根據(jù)施工區(qū)域的實際情況選擇使用明渠導流或者隧洞導流；

（3）針對不同施工階段需要采用不同的導流技術，前期導流技術重點在于對水流的引導以及控制，中期重點在于提升壩體活水能力，后期則需要對泄水建筑物進行選擇和控制。

選擇圍堰的技術時，需要參照如下標準：

（1）水位小于2m且水流較緩的流域可以采用土石圍堰，使用土石圍堰技術時，一般采用不過水圍堰，構成圍堰的材料以本區(qū)域的材料為首選，且施工過程中需要注重防滲的處理，避免滲水或者溢流情況的出現(xiàn)；

（2）水深3.5m左右的水域，通過使用機械設備，根據(jù)草土的疊加下沉作用能夠采用草土圍堰；

（3）大型施工項目中一般采用鋼板樁圍堰，鋼板樁圍堰能夠根據(jù)工程的設計進行大幅調整，具備較高的靈活性；

（4）打樁難度較高且水流流速較大的環(huán)境一般采用木籠圍堰。

3.2 導流以及圍堰的施工

導流以及圍堰施工過程中，主要流程為放線——定圍——導流測試——清淤。

劃線施工的主要目的為確定導流圍堰的施工范圍，因此在施工過程中，劃線部分是保證施工順利進行的基礎。劃線施工的重要在于確保劃線的精準性，因此進行劃線時需要由專業(yè)測量人員在進行現(xiàn)場深入勘察的前提下進行。由于施工水域的水位以及水位變化的情況對導流圍堰技術類型的確定產(chǎn)生較大的影響，因此測量人員需要對豐水期以及枯水期的水位進行完整的記錄，在導流路線的確定方面，則需要根據(jù)施工水域下游的生產(chǎn)以及生活需求情況確定。

在進行導流圍堰施工過程中，由于施工需要在水道部分進行，因此這類區(qū)域大都存在土質較為松軟的情況，其從土質類型而言，由于沖刷以及降水的影響，存在大量的淤泥以及砂石類型土壤。由于上述類型土壤不適于進行建設施工，建筑的圍堰存在穩(wěn)定性較低的問題，因此實際施工中針對圍堰需要進行固定作業(yè)，如使用木樁等提高圍堰的穩(wěn)固性。水利工程的施工，圍堰對施工安全的影響較大，因此施工過程中需要嚴格保障圍堰的穩(wěn)固性，施工區(qū)域土壤水分含量較大或者淤泥深度較深的情況下，圍堰加固的要求需要進一步提升。

圍堰施工進行時，由于施工的總工程量較大，因此需要使用大型設備完成施工。根據(jù)上文對不同圍堰類型的說明，除土石以及草木等主要針對水位較低的小型工程類型的技術，其他能夠運用于大型工程的技術，普遍需要運用機械設備進行施工。圍堰完成后，需要進行導流的測試，即通過導流的形式判斷圍堰的防水效果。進行導流時，需要首先采用少量水進行測試，確定不存在明顯滲漏時才能夠進行正式測試。

導流圍堰施工完成后，需要對施工區(qū)域主要為施工的水道進行清淤作業(yè)，確保導流的水道能夠滿足預計的通航要求，且水道的底部環(huán)境符合安全通航的要求。進行清淤作業(yè)時，一般主要采用機械清淤的形式，使用專用的清淤船等進行清淤，另外針對水道當中使用機械清淤無法完全清除的部分，則應當使用人工清淤的形式進行輔助。清淤作業(yè)過程中需要對圍堰進行實時的觀察，避免圍堰部分出現(xiàn)滲漏的情況，且清淤中一旦發(fā)生任何預計外的情況，均應當及時上報處理。

4 不同技術類型的基本施工方案

4.1 導流施工

采用分段式導流，一般主要配合全段式圍堰技術使用，該種技術一般運用于大型項目當中，即圍堰對象的建筑群較大，且施工環(huán)境相對而言較好，能夠進行導流的流速較低的水道較多。該種情況下，施工進行時需要首先根據(jù)建筑群的實際情況，確定圍堰施工的范圍，以及相應的圍堰施工技術，在此基礎上確定可行的導流路徑，以降低對圍堰影響為基礎進行分段式的導流。進行分段導流時，如圍堰主要位于水道的左側區(qū)域，則導流過程中應當首要選擇引導水流沿水道右側緩流區(qū)域流動。

全段式導流的主要目的為用于排水，進行全段導流時需要整體截斷被導流水道，主要運用于排水總量較大且蓄水深度較高的工程當中。水利水電工程項目施工過程中，需要根據(jù)施工區(qū)域兩側不同的深度進行攔截，如明渠的地下河則一般采用導流的形式。導流的施工方案由于施工環(huán)境以及對應的水利項目施工設計不同，因此存在較大的差別，需要注意的是，導流作為一種技術，其本身的施工并非水利水電工程中重點部分，導流技術的施工主要的目的為保障水利項目正常施工，因此導流不應對其他施工環(huán)節(jié)造成影響。

4.2 圍堰施工

目前我國水利水電工程圍堰施工中使用較為普遍的技術類型為水圍堰，其能夠充分利用周圍的天然材料。水圍堰與土石壩的施工方法相似，主要采用環(huán)境中天然存在的土石材料，通過材料堆積的形式構建圍堰。水圍堰技術的優(yōu)勢首先在于其施工材料為施工環(huán)境存在的天然材料，獲取難度極低，且水圍堰的技術相對簡單，施工的技術難度較低，因此在成本要求方面同樣較低。由于水圍堰技術施工使用材料中包含大量的砂石成分，因此使用水圍堰的情況下頂部不能過水，防洪施工中不適于采用水圍堰的技術。

為降低材料對圍堰的影響，近些年來新型材料的圍堰得到了快速的發(fā)展以及普及性的使用。在實際施工過程中，使用較為普遍的材料為混凝土。作為建筑施工領域中使用較多、技術極為成熟的材料，新型混凝土不僅在強度方面表現(xiàn)優(yōu)秀，同時具備較高的防水性能，能夠滿足水下使用的一般性需求。以混凝土作為主材料進行圍堰施工時，一般選擇與鋼材結合使用，用以提升圍堰的強度，保證圍堰能夠滿足施工的基本要求。

目前大型工程進行圍堰施工中，普遍采用的鋼板樁圍堰，在施工方面與傳統(tǒng)圍堰存在一定差別。鋼板樁一般使用鋼管組成弧形的網(wǎng)、鋼板彎曲成為弧形的樁，該種技術的基本施工流程為：模板定位——模板開孔——模板安裝——其余模板定位開孔——材料填充。施工過程中，上游以及下游部分的圍堰，在坡距控制上，其施工產(chǎn)生的主基坑的縱向坡距與主圍堰區(qū)域建筑物的距離需要控制在30m以上。

5 導流圍堰施工質量改善措施

5.1 提高前期勘測的精度

導流以及圍堰技術的選擇，與施工區(qū)域的自然條件以及工程的設計要求均存在緊密的聯(lián)系。其中施工環(huán)境對技術的影響更為明顯，因此在環(huán)境勘測存在不足的情況下可能導致技術無法滿足施工要求或者施工設計與實際存在偏差。因此為提高導流以及圍堰施工的質量，不僅需要由專業(yè)勘測技術人員進行施工區(qū)域包括水文、氣候、地質尤其水道底部地質情況的全面勘測，同樣根據(jù)不同季節(jié)不同降水時期的情況，需要進行綜合的記錄。

5.2 提升施工團隊的施工技術水平

從施工類型而言，圍堰的施工可以歸入土木類型的施工，由于水利水電工程總體施工量極大，其中土木施工的總量在工程總量當中占據(jù)極大的比例。因此在實際施工過程中，一般圍堰的施工經(jīng)常由承擔土木類型施工的團隊進行。由于相對工程主體而言，圍堰技術施工作業(yè)雖然在技術需求總量方面要求相對較低，然而在施工時間等方面無法與工程主體施工等同。對部分施工團隊而言，其對圍堰的特殊性要求存在一定不清楚的情況，因此為有效提高導流圍堰施工的質量，需要加強對圍堰施工的技術培訓，提高其知識水平以及技術水平。

5.3 強化施工安全的意識

導流以及圍堰的施工目的是保障水利水電工程施工的安全以及順利。而導流及圍堰的施工本身同樣存在一定的安全風險。如進行導流時，即便選擇于水流較緩的區(qū)域進行引導，然而在導流情況下由于流域的面積縮小，水流的流速將因此提升。另外，導流圍堰施工完成后的清淤作業(yè)，在清淤不徹底的情況下可能導致航道危險性提升，影響通航以及材料的運輸。

5.4 充分利用大數(shù)據(jù)以及無線傳感等新型技術

無線傳感技術對勘測精度的提升、勘測效率的提高能夠起到有效的促進作用，同樣能夠在實施監(jiān)測的情況下提高勘測結果的可靠性。另外導流以及圍堰作業(yè)過程中，使用無線傳感的技術不僅能夠對水道的實時環(huán)境進行監(jiān)測，針對圍堰的防水情況以及穩(wěn)定情況等同樣能夠進行針對性監(jiān)測。另外在大數(shù)據(jù)技術的支持下，工程施工方及設計方不僅能夠根據(jù)既往數(shù)據(jù)確定設計、施工組織方案，同時能夠利用數(shù)據(jù)平臺完成實時的溝通，提高施工的效率。

5.5 全面可行應急方案的制定

導流以及圍堰施工中，可能出現(xiàn)的突發(fā)情況較多，在此類施工進行時應急方案不應僅作為施工必要的組成方案存在，而需要具備可行性以及指導性。如針對導流路徑失去控制的情況、圍堰大規(guī)模滲水甚至出現(xiàn)垮塌等危險情況，需要根據(jù)可能性制定緊急處理方案，方案應能夠直接用于執(zhí)行。

6 結語

水利水電工程在促進我國經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定以及環(huán)境改善等方面均能夠發(fā)揮極為重要的作用，由于施工總量較大且施工環(huán)境較為復雜，因此水利工程在安全保障方面需求更高。導流以及圍堰，能夠有效提高水利水電工程施工的安全性及便利程度，為此類傳統(tǒng)工程安全高效施工提供條件，同時進一步促進水利水電工程建設技術的發(fā)展。