導(dǎo)流施工技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用淺析

胡曉鳳

（安徽省安慶市岳西縣應(yīng)急管理局，安徽 安慶 246600）

0 引言

水利工程是關(guān)乎人民日常生活與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要工程，工程質(zhì)量的好壞對周邊生態(tài)環(huán)境及水利工程實(shí)施效果有著不可忽視的影響。大多數(shù)施工單位出于對施工質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的考慮，會借助導(dǎo)流施工技術(shù)將水流整體引至河水下游。水利工程中的導(dǎo)流施工技術(shù)是以實(shí)際施工現(xiàn)場情況為依據(jù)，結(jié)合下游水位與導(dǎo)流截流的落差系數(shù)，對導(dǎo)流施工過程進(jìn)行有效控制，在降低施工成本支出的同時(shí)，為施工方帶來效益。本文在介紹導(dǎo)流施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程就其應(yīng)用方法進(jìn)行剖析。

1 導(dǎo)流施工技術(shù)概述

水利工程施工場所多集中在河道，往往采用導(dǎo)流施工技術(shù)確保水利工程施工的安全性。在導(dǎo)流施工過程中，要對施工區(qū)域內(nèi)的河道地質(zhì)、水流走向等基本信息進(jìn)行勘查和了解，按照大壩位置對水利工程周圍的地形環(huán)境、水能指標(biāo)以及工期要求等進(jìn)行綜合分析，結(jié)合收集的基本信息，制定出詳細(xì)的導(dǎo)流施工方案[1]。確定導(dǎo)流位置后，根據(jù)整體施工要求，對施工場地進(jìn)行平面鋪設(shè)，通過引渠、圍堰等方式對施工區(qū)域進(jìn)行泄水與擋水，防止施工過程中出現(xiàn)漏水或滲水等問題，在改善水利施工環(huán)境的同時(shí)，確保水利工程的后續(xù)工作得以順利開展。

2 導(dǎo)流技術(shù)選擇與施工方案制定

導(dǎo)流施工技術(shù)作為水利工程施工的重要輔助措施，其方案的制定關(guān)系到水利工程整個(gè)工期質(zhì)量、安全度汛等事宜，要全面分析導(dǎo)流技術(shù)應(yīng)用的綜合條件，避免因考慮不周影響工程后續(xù)導(dǎo)流效果。

2.1 重視水利工程選址的地形測量與分析

依據(jù)水利工程周邊地形的實(shí)際情況，從中找出導(dǎo)流效果最佳的施工方式與導(dǎo)流方法。明渠導(dǎo)流技術(shù)適用于地勢較為平坦的平原地區(qū)，而隧洞導(dǎo)流則適用于地勢險(xiǎn)要的山區(qū)水利工程。因此，施工人員在采用導(dǎo)流施工技術(shù)時(shí)，要對水利工程的整體施工區(qū)域進(jìn)行測量，精準(zhǔn)分析該地區(qū)的地形特征，合理選擇合適的導(dǎo)流技術(shù)。

2.2 根據(jù)實(shí)際水文條件制定導(dǎo)流施工方案

在水利工程建設(shè)中，水文條件也是導(dǎo)流施工技術(shù)必須考慮的綜合條件之一。尤其在設(shè)置導(dǎo)流施工方案時(shí)，施工人員要提前測量該區(qū)域的水流速度、含沙量等，同時(shí)計(jì)算施工區(qū)域的水流量，按照當(dāng)?shù)厮膶?shí)際情況制定導(dǎo)流實(shí)施方案。河床窄、雨水與含沙量大的地區(qū)，一旦河水量上漲，超出預(yù)期的河水就會順勢涌入水利工程的基坑內(nèi)，因河水中沉淀的沙粒量較大，導(dǎo)致水利工程建筑中的基坑高度也不斷提升?；诖朔N情況，施工人員要根據(jù)當(dāng)?shù)厮臈l件，對圍堰、隧洞等構(gòu)筑物進(jìn)行科學(xué)布設(shè)，通過合理選定位置，能夠降低自然環(huán)境因素對水利工程施工影響。

3 影響導(dǎo)流施工的主要因素

3.1 水力不確定因素

在水利工程施工過程中，水力不確定性因素主要是指河道水流流態(tài)存在一定的差異性，其滲透形態(tài)一旦發(fā)生轉(zhuǎn)變就會引發(fā)導(dǎo)流建筑物產(chǎn)生不確定性危險(xiǎn)因素。通常水力學(xué)采用的參考數(shù)值均來源于實(shí)體工程測算建立的模型，該模型只要輸入?yún)⒖紨?shù)值，就能通過模擬實(shí)驗(yàn)獲得水利數(shù)據(jù)。然而，在實(shí)際導(dǎo)流施工過程中，天然河床中的水流流速、粗糙系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，都需要借助施工人員主觀經(jīng)驗(yàn)予以選取，且這種主觀性的選取方式存在極大的不確定性，導(dǎo)致模擬導(dǎo)流量與實(shí)際導(dǎo)流差異較大。此外，導(dǎo)流建筑物在施工過程中，也會因?yàn)槿藶橐蛩嘏c機(jī)械因素的影響，使得設(shè)計(jì)尺寸與實(shí)際尺寸受二者影響偏差較大，影響導(dǎo)流量的實(shí)際數(shù)值。

3.2 水文不確定因素

由于水流阻擋與導(dǎo)引流下泄難易度不同，施工人員能否按照導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)與施工方案有效阻擋或?qū)б?，成為?yīng)用導(dǎo)流施工技術(shù)的主要風(fēng)險(xiǎn)。究其原因，導(dǎo)流施工區(qū)域內(nèi)的氣候、地形等諸多外因條件存在一定不確定性，這些不確定因素的存在又延伸出三個(gè)不確定因素，即洪水總量、洪峰流量、洪水過程線。若施工過程中遭遇暴雨天氣，水文不確定性因素中的某一因素超過預(yù)期設(shè)計(jì)，就會阻礙后續(xù)水利工程施工的有序進(jìn)行[2]。當(dāng)前，頻率分析法是導(dǎo)流技術(shù)中經(jīng)常采用的計(jì)算方法，能夠計(jì)算出洪峰流量在導(dǎo)流施工區(qū)域出現(xiàn)的概率值。但該概率值中的最大值不能當(dāng)做導(dǎo)流施工的首選參照值，而是將某個(gè)階段的重現(xiàn)值當(dāng)做參照標(biāo)準(zhǔn)，致使導(dǎo)流實(shí)際建設(shè)往往大于標(biāo)準(zhǔn)洪水設(shè)計(jì)，一旦導(dǎo)流建筑物超出重現(xiàn)期內(nèi)洪水值設(shè)計(jì)，造成導(dǎo)流建筑物失效。

4 導(dǎo)流施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

4.1 工程概述

某水利工程屬于黃河流域，總面積為1153m2，蓄水量約為4.12×106m3，壩頂高程約397m，壩頂長為95m，水利工程大壩建筑物均采用C25 混凝土。為了保證黃河流域內(nèi)的水利工程整體施工質(zhì)量，該項(xiàng)目采用導(dǎo)流施工技術(shù)對水利工程區(qū)域內(nèi)的河水進(jìn)行引向定位。

4.2 導(dǎo)流施工方案設(shè)計(jì)

為了圍堰施工質(zhì)量符合水利工程標(biāo)準(zhǔn)，施工人員在設(shè)計(jì)導(dǎo)流施工方案時(shí)，從圍堰分流水體和圍堰兩個(gè)方面入手。

（1）圍堰分流水體是借助河床上的圍堰將河流截?cái)嗟姆绞竭M(jìn)行河水分流。該方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是通過增加圍堰面積，確保河床兩岸能夠保證常態(tài)化出行，為后期水利工程建設(shè)做好基礎(chǔ)保障。但該種施工技術(shù)耗費(fèi)時(shí)間較長，不利于推進(jìn)整體水利工程施工進(jìn)度，且這種永久性建筑物設(shè)計(jì)若后期增設(shè)泄水孔，加大水利工程泄水量，壩頂高程也會隨著上升，將會使原有泄水孔遭到封堵。

（2）圍堰作為水利工程施工中的重要環(huán)節(jié)，要求施工人員在設(shè)計(jì)導(dǎo)流施工方案初期，需提前篩選出圍堰的基本形式，如土石圍堰、鋼板樁格圍堰、混凝土圍堰等。無論施工單位采用哪種圍堰方法，都需確保圍堰的穩(wěn)定性、抗沖性與防滲漏性，在保證水體平順分流的基礎(chǔ)上，不影響水利工程的其他結(jié)構(gòu)[3-5]。

4.3 導(dǎo)流施工技術(shù)對比分析

4.3.1 分段性圍堰導(dǎo)流施工技術(shù)

分段性圍堰導(dǎo)流技術(shù)是在河床施工范圍內(nèi)設(shè)置多個(gè)基坑（如圖1 所示），采用分段施工的方式進(jìn)行河水導(dǎo)流[6]。由于該項(xiàng)水利工程屬于黃河流域，工程量大、河床寬、水流湍急，分段性圍堰導(dǎo)流施工技術(shù)的應(yīng)用，能夠滿足河道通航的基本要求，施工人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇底孔導(dǎo)流、梳齒導(dǎo)流等方式，按照水利工程建設(shè)導(dǎo)流要求，提前部署好泄水建筑工作，并對圍堰導(dǎo)流的底口與缺口位置進(jìn)行提前預(yù)留，避免因施工建設(shè)影響該流域的流經(jīng)路線。為此，施工人員在應(yīng)用分段性導(dǎo)流圍堰技術(shù)時(shí)，要提前計(jì)算好各區(qū)域分段圍堰施工點(diǎn)的最大流速。

圖1 分段式圍堰導(dǎo)流施工示意圖

4.3.2 全段性圍堰導(dǎo)流施工技術(shù)

全段性圍堰導(dǎo)流施工技術(shù)應(yīng)用于圍堰全方位施工建設(shè)，施工人員需以河道中的建筑物與河床本身作為整體施工范圍，通過水體導(dǎo)流減少水流對水利工程的施工影響。與其他導(dǎo)流施工技術(shù)相比，全段性圍堰導(dǎo)流施工技術(shù)常常應(yīng)用于岸坡平緩、流量較大的平原河道。其中該技術(shù)中的明渠導(dǎo)流工藝主要以渠道引流的方式對河道中的水壓進(jìn)行緩解。施工流程：首先在河岸挖掘?qū)Я髑?，然后在河道下游設(shè)置圍堰，這樣上游水流流經(jīng)明渠后，在下游河道進(jìn)行下泄（如圖2 所示）。此外，為了發(fā)揮明渠導(dǎo)流施工技術(shù)在水利工程中的優(yōu)勢，施工人員應(yīng)綜合分析該工程的地質(zhì)條件與排水能力，明確渠道進(jìn)出口、軸線、外導(dǎo)墻等數(shù)值參數(shù)，控制好河道水流與進(jìn)出口之間的夾角，確保進(jìn)水角度、彎道與主流交角小于30°，R（軸線）>3B（水面寬）或R（軸線）>5B（渠底寬），且河道進(jìn)出口與上下游圍堰保持50～100m 的距離，避免明渠進(jìn)出口的水體對圍堰產(chǎn)生慣性沖擊[7]。

圖2 全段性圍堰導(dǎo)流施工技術(shù)

4.3.3 隧洞導(dǎo)流施工技術(shù)

隧洞導(dǎo)流施工技術(shù)主要適用于地形較為陡峭、山區(qū)河流分布復(fù)雜的特殊水利工程。該技術(shù)在應(yīng)用過程中需對導(dǎo)流隧洞進(jìn)行布置，做好河道水流與隧洞進(jìn)出口銜接工作，確保二者銜接夾角為30°左右，且上下游圍堰與隧洞進(jìn)出口之間的距離不得＜50m。在挖掘?qū)Я魉矶磿r(shí)，需根據(jù)圍巖特征及地質(zhì)條件設(shè)計(jì)優(yōu)化導(dǎo)流挖掘施工方案，同時(shí)做好支護(hù)作業(yè)，防止圍巖結(jié)構(gòu)在施工過程中出現(xiàn)破碎情況，加強(qiáng)隧洞圍巖的穩(wěn)定性[8]。此外，管棚法應(yīng)用在隧洞導(dǎo)流技術(shù)實(shí)踐中，能夠提升隧洞挖掘工作的安全性，施工人員應(yīng)充分發(fā)揮管棚技術(shù)法的優(yōu)勢，完善管棚支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)（見表1 所示），使水利工程中導(dǎo)流施工流程得以規(guī)范。

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

5 結(jié)束語

綜上所述，在水利工程施工中，導(dǎo)流施工技術(shù)對水利工程整體建設(shè)質(zhì)量有著極為重要的影響，需要綜合考慮各方面的實(shí)際情況，科學(xué)合理地制定最佳導(dǎo)流施工方案。進(jìn)行方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重點(diǎn)分析影響導(dǎo)流施工的主要因素，掌握分段性圍堰導(dǎo)流施工技術(shù)、全段性圍堰導(dǎo)流施工技術(shù)、隧洞導(dǎo)流施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，在滿足水利工程施工要求的同時(shí)，充分發(fā)揮各導(dǎo)流施工技術(shù)的優(yōu)勢，保障水利工程的整體施工質(zhì)量。