導(dǎo)流施工技術(shù)在水利工程施工中的運(yùn)用要點(diǎn)分析

賈緒錦

（中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，西寧 810000）

1 工程概況

某水利工程屬于黃河流域內(nèi)的水利三期工程，水利工程總面積為1 025 m2，蓄水量約為3.98×106m3，壩頂高程約為389 m，壩頂長(zhǎng)91.2 m。該水利工程中的大壩由進(jìn)水閘廠房、溢流壩等構(gòu)筑物組成，工程內(nèi)所有建筑物抗?jié)B等級(jí)為S6，主要施工材料為C25混凝土。為有效使用該區(qū)域內(nèi)的水工建筑物，設(shè)計(jì)人員嘗試通過(guò)導(dǎo)流施工技術(shù)將河水引向特定位置。目前，該水利工程已如期竣工，導(dǎo)流效果明顯，圍堰施工質(zhì)量符合水利工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2 導(dǎo)流施工技術(shù)相關(guān)概述

在我國(guó)水利工程建設(shè)中，施工作業(yè)多集中在河道上，所以，為保證水利工程施工的安全性，需要采用導(dǎo)流施工技術(shù)，將隧洞、引渠、圍堰設(shè)置在特定位置，幫助施工區(qū)域擋水、泄水，從而避免水利工程施工現(xiàn)場(chǎng)水流滲漏問(wèn)題，改善水利工程施工環(huán)境。水利工程中導(dǎo)流施工的主要內(nèi)容包括布設(shè)水電樞紐工程、選擇壩址、編制導(dǎo)流施工方案等內(nèi)容[1]。

1）水利工程導(dǎo)流施工設(shè)計(jì)前期，還應(yīng)結(jié)合大壩位置分析水利工程周圍的地質(zhì)條件、地形環(huán)境、工程量、工期要求、水能指標(biāo)，然后科學(xué)選擇壩址，為導(dǎo)流施工打好基礎(chǔ)。

2）確定導(dǎo)流、大壩位置后依據(jù)其施工要求，布設(shè)水電樞紐工程，規(guī)劃導(dǎo)流過(guò)程中施工場(chǎng)地、圍堰的平面布置。

3）基于水利工程導(dǎo)流施工技術(shù)，選擇導(dǎo)流方式，制訂詳細(xì)、可參考、可執(zhí)行的施工計(jì)劃。

3 水利工程導(dǎo)流施工技術(shù)綜合條件分析

水利工程所處的環(huán)境較為復(fù)雜，所以，在導(dǎo)流施工中需全面分析施工條件，合理選用導(dǎo)流施工工藝。

1）重視水利工程地形特征的測(cè)量與分析。設(shè)計(jì)人員、施工人員應(yīng)結(jié)合水利工程周圍的地形，分析不同地形特征下導(dǎo)流效果最大化的施工方式，科學(xué)選擇導(dǎo)流方法。比如，對(duì)于地勢(shì)平坦的平原區(qū)域，明渠導(dǎo)流、分期導(dǎo)流的適用性更強(qiáng)，但對(duì)于部分位于山區(qū)的水利工程，導(dǎo)流方式可選擇隧洞導(dǎo)流。

2）水利工程建設(shè)范圍內(nèi)的水文條件同樣會(huì)影響導(dǎo)流施工，所以，在設(shè)計(jì)水利工程導(dǎo)流方案時(shí)，還應(yīng)提前計(jì)算該區(qū)域的水流量、測(cè)量水流速度、水體含沙量，然后根據(jù)實(shí)際的水文條件制訂導(dǎo)流施工方案。例如，降雨量大、河床窄的地區(qū)，河水流量增加后河水會(huì)涌入水利工程的基坑內(nèi)，若水體含沙量較大，會(huì)改變水利工程的基坑高度，因此，導(dǎo)流施工時(shí)還應(yīng)結(jié)合水文條件，科學(xué)地將圍堰、隧洞等構(gòu)筑物布設(shè)在特定位置，弱化環(huán)境因素對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生的影響，保障水利工程施工期間的導(dǎo)流效果。

4 導(dǎo)流施工技術(shù)在水利工程施工中的運(yùn)用要點(diǎn)

4.1 導(dǎo)流施工方案設(shè)計(jì)

修建水利工程時(shí)，導(dǎo)流施工方案設(shè)計(jì)主要包括兩部分內(nèi)容：

1）利用泄水建筑物、圍堰分流水體，具體的導(dǎo)流方法是利用河床上的圍堰及其他泄水建筑物將河流截?cái)啵鸬椒至鞯淖饔?。這種導(dǎo)流模式的主要優(yōu)勢(shì)是大面積的圍堰可保證河床兩岸的基礎(chǔ)通行，為水利工程施工建設(shè)提供良好的條件，但實(shí)際修建時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)，從而影響水利工程主體工程的施工進(jìn)度。此外，水利導(dǎo)流施工可應(yīng)用永久性建筑物進(jìn)行擋水設(shè)計(jì)，比如，在大壩身增設(shè)泄水孔排泄水流量，大壩修建完畢、高程上升后將泄水孔封堵。

2）圍堰設(shè)計(jì)。圍堰是水利工程導(dǎo)流施工的關(guān)鍵流程，在設(shè)計(jì)導(dǎo)流施工方案時(shí)，還應(yīng)提前篩選圍堰的基本形式?，F(xiàn)階段，水利工程導(dǎo)流中土石圍堰、混凝土、鋼板樁格型圍堰較為常見(jiàn)。其中，土石圍堰可詳細(xì)劃分為不過(guò)水土石圍堰和過(guò)水土石圍堰。土石圍堰一般是利用水利工程施工場(chǎng)地內(nèi)的現(xiàn)有材料鋪筑圍堰，但是對(duì)于防滲料較少的區(qū)域，修建圍堰時(shí)可借助混凝土、黏土、土工膜作為防滲墻?；炷羾邉t包括重力式、拱形兩種混凝土圍堰。鋼板樁格型圍堰則是將鋼板樁作為混凝土圍堰的主材料。需要注意的是，水利工程導(dǎo)流施工的圍堰應(yīng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、抗沖性、防滲漏性能，并且能夠滿足水利工程施工時(shí)導(dǎo)流的基本要求，使水體平順?lè)至?，不?huì)對(duì)水利工程地基、其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

4.2 全段圍堰施工技術(shù)

全段圍堰法，即結(jié)合河床、河道上水利工程建筑物的施工范圍，全方位地建設(shè)圍堰，借此對(duì)河道內(nèi)的水體進(jìn)行導(dǎo)流，避免水流在水利工程施工中積聚影響施工作業(yè)。相較于其他導(dǎo)流施工技術(shù)，全段圍堰法適用于地勢(shì)平坦、作業(yè)面小、河床較窄的施工環(huán)境中。明渠導(dǎo)流是全段圍堰施工技術(shù)的主要導(dǎo)流工藝，即用渠道引流的方式緩解水利工程施工中的河道水壓。具體來(lái)說(shuō)，全段圍堰施工技術(shù)體系中，明渠導(dǎo)流是在河岸上開(kāi)挖導(dǎo)流渠道，然后將圍堰布設(shè)在河道下游，使水流經(jīng)明渠、河道下游后下泄。為突出水利導(dǎo)流施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，明渠導(dǎo)流時(shí)應(yīng)做好以下工作：

1）分析水利工程的排水能力和地質(zhì)條件，水流量大、排水能力差的水利工程往往不適用明渠導(dǎo)流。開(kāi)挖渠道時(shí)，施工人員應(yīng)提前確定渠道的進(jìn)口、出口、導(dǎo)流軸線、渠道高程等施工參數(shù)，同時(shí)注意控制河道水流、明渠進(jìn)口及出口之間的夾角。

2）設(shè)計(jì)導(dǎo)流線路時(shí)，應(yīng)選擇寬度較大的區(qū)域沿線設(shè)置導(dǎo)流線路。在此過(guò)程中，明渠布設(shè)應(yīng)堅(jiān)持安全泄水、水流順暢的基本原則，所以，明渠轉(zhuǎn)彎時(shí)的半徑應(yīng)為明渠底部寬度的5倍。

3）明渠進(jìn)出口應(yīng)與河道上游、下游的圍堰保持50～100 m的距離，避免進(jìn)出口區(qū)域的水體對(duì)圍堰產(chǎn)生沖擊作用。

4）明渠導(dǎo)流往往應(yīng)單側(cè)布置，且水利工程基坑水面、明渠水面的最短距離應(yīng)不低于二者的高差，完成明渠導(dǎo)流設(shè)計(jì)工作后，施工人員可基于明渠導(dǎo)流工藝要求，有序地修建明渠，具體施工流程如圖1所示。

圖1 水利工程明渠導(dǎo)流施工流程圖

4.3 分段圍堰施工技術(shù)

分段圍堰施工技術(shù)，即在水利工程建設(shè)中，在河床施工范圍內(nèi)圍設(shè)多個(gè)基坑，多階段地進(jìn)行導(dǎo)流施工。針對(duì)水流量大、河床寬、工程量大的水利工程，此種導(dǎo)流圍堰方式可滿足水利工程施工中對(duì)河道通航的基本要求，具體的導(dǎo)流施工方式包括梳齒導(dǎo)流、底孔導(dǎo)流、束窄河床導(dǎo)流等。分段圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)是按照水利工程建設(shè)中的導(dǎo)流要求提前完成泄水建筑的建設(shè)工作，預(yù)備好導(dǎo)流的底孔、缺口，實(shí)際導(dǎo)流施工設(shè)計(jì)中避免影響河流的徑流路線[2]。

除此之外，基于分段圍堰施工技術(shù)，相關(guān)人員在具體的導(dǎo)流施工中還應(yīng)提前計(jì)算各區(qū)域的最大流速。比如，采用“束窄河床”工藝時(shí)，圍堰轉(zhuǎn)角區(qū)域的水流速會(huì)快速增加，從而對(duì)圍堰底部產(chǎn)生沖刷。所以，還應(yīng)提前研究分段圍堰時(shí)各施工點(diǎn)的最大流速V1，計(jì)算公式為：

式中，V0為河床上游的水流的行進(jìn)流速；hv0為行近流速水頭；Z0為計(jì)入行近流速的水頭差；ai為沿縱向圍堰不同部位時(shí)產(chǎn)生的壓力差。

4.4 隧洞導(dǎo)流施工技術(shù)

隧洞導(dǎo)流施工技術(shù)適用于地勢(shì)較為特殊的水利工程，對(duì)于周圍地形陡峭、山區(qū)河流分布復(fù)雜的水利工程，隧洞導(dǎo)流可滿足水利工程施工時(shí)水體導(dǎo)流的基本要求。在具體應(yīng)用隧洞導(dǎo)流施工技術(shù)時(shí)，還應(yīng)重視以下內(nèi)容：

1）布置導(dǎo)流隧洞時(shí)，隧洞進(jìn)出口應(yīng)與水利工程施工時(shí)河道的水流平順銜接，河道主流與隧洞的夾角約為30°，且隧洞進(jìn)出口與上下游圍堰的距離不得小于50 m。

2）開(kāi)挖導(dǎo)流隧洞時(shí)，應(yīng)該注意區(qū)域的地質(zhì)條件、圍巖特征，針對(duì)性地優(yōu)化導(dǎo)流洞開(kāi)挖施工方案。比如，某水利水電工程，導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)時(shí)的出口、動(dòng)身大小約為22 m×18 m，進(jìn)出口漸變段最大面積為25 m×16 m，但周圍的巖石多為砂巖，圍巖結(jié)構(gòu)破碎情況嚴(yán)重。因此，在開(kāi)挖導(dǎo)流洞時(shí)，還應(yīng)提前進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，增強(qiáng)導(dǎo)流洞開(kāi)挖時(shí)圍巖的穩(wěn)定性[3]。

3）水利工程隧洞導(dǎo)流技術(shù)實(shí)踐中，管棚法可進(jìn)一步提升隧洞開(kāi)挖的安全性，保障水利工程導(dǎo)流施工的可靠性。為此，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)隧洞管棚法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，及時(shí)完善導(dǎo)流隧洞開(kāi)挖時(shí)的管棚支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，規(guī)范水利工程施工階段的導(dǎo)流施工流程，見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)流隧洞開(kāi)挖及管棚支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

4.5 圍堰施工技術(shù)要點(diǎn)

水利工程建設(shè)中，圍堰的施工質(zhì)量會(huì)影響導(dǎo)流效果，所以，在應(yīng)用導(dǎo)流施工技術(shù)時(shí)還應(yīng)明確圍堰施工的技術(shù)要點(diǎn)：

1）正式施工前應(yīng)與水利部門聯(lián)系，提前將水利工程施工區(qū)域內(nèi)的水排干，然后及時(shí)清淤、排水并開(kāi)挖水利工程基坑，確定圍堰的實(shí)際位置。通常情況下，水利工程導(dǎo)流時(shí)，圍堰位置應(yīng)根據(jù)水利工程施工情況決定，施工過(guò)程中河道出水點(diǎn)、泵站主體分布點(diǎn)均會(huì)影響圍堰實(shí)際位置。確定圍堰位置后，應(yīng)及時(shí)標(biāo)識(shí)該位置，同時(shí)依據(jù)水利工程中的主體結(jié)構(gòu)，明確圍堰坡腳的施工點(diǎn)，通常情況下，圍堰坡腳位置與主體結(jié)構(gòu)的距離約為20 m。

2）正式施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)上游圍堰、下游圍堰的施工設(shè)計(jì)方案，逐一修建圍堰。上游圍堰施工時(shí)可直接用施工范圍內(nèi)的土進(jìn)行填筑，填筑土壤到達(dá)指定位置后用推土機(jī)推平，整平、壓實(shí)后再修正圍堰，圍堰各層填筑厚度不得超過(guò)30 cm。上游圍堰修筑完畢后，抽排河道水，重復(fù)以上施工流程，砌筑下游的圍堰。圍堰施工完畢后，正式進(jìn)行導(dǎo)流，輔助水利工程的施工作業(yè)，有效控制水利工程施工階段的水體沖擊力。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，導(dǎo)流施工技術(shù)是水利工程建設(shè)的基礎(chǔ)工藝，影響著水利工程的整體建設(shè)質(zhì)量。但不同地質(zhì)條件、水文條件下的水利工程的導(dǎo)流施工設(shè)計(jì)會(huì)有明顯的差異性，相關(guān)人員應(yīng)科學(xué)選擇導(dǎo)流方式。同時(shí)，應(yīng)用導(dǎo)流施工技術(shù)時(shí)，應(yīng)抓住明渠導(dǎo)流、隧洞導(dǎo)流、圍堰導(dǎo)流等施工活動(dòng)的技術(shù)要點(diǎn)，發(fā)揮水利工程導(dǎo)流施工的根本優(yōu)勢(shì)，提升我國(guó)水利工程的建設(shè)水平，保障水利工程整體施工質(zhì)量。