水利水電工程施工導流方案決策研究

□杜 衛(wèi)（江西省水利水電建設有限公司）

1.工程概況

越南南化2級水電站位于越南山蘿省，順州縣，芒盤鄉(xiāng)，投資方為越南安發(fā)水電投資股份公司，屬國家3級水電站，湖面面積為1495m2，蓄水量為4.31×106m3。壩頂高程424m,壩頂長度89.5m,工期為22個月，大壩由左岸非溢流壩、溢流壩、右岸進水閘廠房建筑物等組成。在河流上修建水利水電工程時，為了使水工建筑物能在干地上進行施工，需要用圍堰維護基坑，并將河水引向預定的泄水建筑物往下游宣泄，必須進行施工導流。

2.施工導流的作用和特點

水利水電工程施工均是在大小江河或濱湖濱海地區(qū)進行，其中相當一部分建筑物位于河床中，而修建這些建筑物又必須要創(chuàng)造干地施工的條件。為了解決好這個矛盾，就需要在河床中修筑圍堰圍護基坑，并將河道中各時期的上游來水量按預定的方式導向下游，這就是施工導流。

施工導流首先要修建導流泄水建筑物，然后修筑圍堰進行河道截流，迫使河道水流改由導流泄水建筑物下泄；此后還要進行施工過程中的基坑排水并保證汛期在建的建筑物和基坑安全渡汛；當主體建筑物修建到一定高程后，再對導流泄水建筑物進行封堵。因此，施工導流雖屬臨時工程，但在整個水利水電工程的施工中又是一項至關重要的單位工程，它不僅關系到整個工程施工進度及工程完成時間，而且對施工方法的選擇、施工場地的布置以及工程的造價有很大影響。

為了解決好施工導流問題，在工程的施工組織設計中必須作好施工導流設計。其設計任務：是分析研究當?shù)氐淖匀粭l件、工程特性和其它行業(yè)對水資源的需求來選擇導流方案，劃分導流時段，選定導流標準和導流設計流量；確定導流建筑物的型式、布置、構造和尺寸，擬定導流建筑物的修建、拆除、封堵的施工方法，擬定河道截流、攔洪渡汛和基坑排水的技術措施。通過技術經(jīng)濟比較，選擇一個最經(jīng)濟合理的導流方案。

3.施工導流設計要點

在施工過程中，不同階段可以采用不同的施工導流方法和擋水、泄水建筑物，不同的導流方法組合的順序，稱為導流程序。

3.1 導流時段

按導流程序所劃分的各施工階段的延續(xù)時間，具有實際意義的導流時段，主要是圍堰擋水而保證基坑干地施工的時間，也稱為擋水時段。

當采用分段圍堰法導流，中后期采用臨時底孔泄流來修建混凝土壩時，一般宜分為3個導流時段：第一時段，河水由束窄河床通過，進行第一期基坑內(nèi)的工程施工；第二時段，河水由導流底孔、壩身缺口或兩者結合下泄，進行第二期基坑內(nèi)的工程施工；第三時段，壩體全面升高，可先由導流底孔下泄，底孔封堵之后，河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全攔蓄在水庫中，直到工程完建。

3.2 導流設計流量

過水圍堰：允許基坑淹沒導流方案的技術經(jīng)濟比較，可以在研究工程所在河流水文特征及歷年逐月實測最大流量的基礎上，通過下述程序實現(xiàn)。

3.2.1 根據(jù)河流的水文特征，假定一系列流量值，分別求出泄水建筑物上、下游水位；

3.2.2 根據(jù)這些水位，決定導流建筑物的主要尺寸和工程量，估算導流建筑物費用；

3.2.3 估算由于基坑淹沒一次所引起的直接和間接損失費用；

3.2.4 根據(jù)歷年實測水文資料，統(tǒng)計超過上述假定流量的總次數(shù)，除以統(tǒng)計年數(shù)得年平均超過次數(shù)，亦即年平均淹沒次數(shù);

3.2.5 繪制流量與導流建筑物基坑淹沒損失費用的關系曲線，并將他們疊加，求得流量與導流總費用的關系曲線;

3.2.6 計算施工有效時間，試擬控制性進度計劃，以驗證初選的導流設計流量是否現(xiàn)實可行，以便最終確定一個既經(jīng)濟又可行的擋水期和導流設計流量。

4.施工導流設計標準

選擇導流方案考慮的因素：水文條件；地形條件；工程地質及水文地質條件；水工建筑物的型式及其布置；施工期間河流的綜合利用；施工進度、施工方法及施工場地布置。

在河流上修建水利水電工程時，為了使水工建筑物能在干地上進行施工，需要用圍堰維護基坑，并將河水引向預定的泄水建筑物往下游宣泄，稱為施工導流。施工導流就是對原河流各個時期的流水采取導、截、攔、蓄、泄等施工措施，為建筑物施工創(chuàng)造必要的條件，并盡可能少地影響國民經(jīng)濟各部門對用水的需要。水工建筑物通常是根據(jù)水文變化規(guī)律，采用分期建筑，針對各期的水文特點提出相應的導流措施，各期導流措施的總和就構成了施工導流方案。進行施工導流前必須先確定設計標準，選擇施工導流方案；確定導流建筑物的型式、尺寸和布置方式；以及確定截流方案；制定封孔蓄水計劃并進行封堵設計。

我國規(guī)定導流標準采用頻率法，即根據(jù)河流水文特征及工程的具體條件，合理確定施工時段，按年各施工時段相應頻率的最大洪峰流量進行設計。導流標準的高低直接影響導流建筑物的工程量、造價和工期。在選擇導流標準時，要認真分析河流的水文特征、導流建筑物的使命及其特點、工程各施工階段與導流的矛盾，從實際出發(fā)，區(qū)別對待。

5.導流修建方式

5.1 導流施工步驟

按水利工程的修建過程，導流一般可分為兩個階段：

5.1.1 第一階段為修筑圍堰與泄水建筑物，使水流繞過全部或部分擬建工程而宣泄；分為一次斷流和分期導流兩種。一次斷流是在河床上修筑圍堰將河流一次截斷，利用位于河床之外的泄水建筑物宣泄施工流量。其優(yōu)點在于工作面大，可利用圍堰溝通兩岸交通，創(chuàng)造有利施工條件；但其存在的缺點則為修筑臨時泄水建筑物，推遲了主體工程的開工日期，對原河流的航運也有影響。

5.1.2 第二階段利用永久建筑物擋水，利用壩身內(nèi)預留的臨時性泄水底孔或梳齒來宣泄施工流量，水流通過或繞過建成或即將建成的建筑物宣泄，待完建或壩體上升到一定高程后，用閘門封閉孔口，進行混凝土澆筑將其堵塞。

5.2 圍堰型式的選擇

圍堰的基本型式：土石圍堰能充分利用當?shù)夭牧?，對地基適應性強，施工工藝簡單，應優(yōu)先選用;

不過水土石圍堰，若當?shù)貨]有足夠量的防滲料或覆蓋層較厚，土石圍堰可以用混凝土防滲墻、高噴墻、黏土心墻、土工膜心墻或帷幕灌漿來解決基礎和堰身的防滲問題;

過水土石圍堰（a.混凝土板護面過水土石圍堰；b.加筋過水土石圍堰）：一般受到兩種破壞作用：a.水流沿下游坡面下泄，動能不斷增加，沖刷堰體表面；b.由于過水時水流滲入堆石體所產(chǎn)生的滲透壓力，引起下游坡面連同堰頂一起深層滑動，最后導致潰堰的嚴重后果;

混凝土圍堰（a.拱形混凝土圍堰；b.重力式混凝土圍堰）;

鋼板樁格型圍堰;

選擇圍堰型式時，應滿足基本要求：具有足夠的穩(wěn)定性、防滲性、抗沖性和強度;就地取材，造價便宜，構造簡單，修建、拆除方便;圍堰的布置，應力求使水流平順，不發(fā)生嚴重的局部沖刷;圍堰接頭與岸坡連接處要可靠，避免因集中滲漏等破壞作用而引起圍堰失事;必要時應設置抵抗冰棱、船閥沖擊破壞的設施。

6.施工導流方案設計

6.1 施工導流設計標準選擇

6.1.1 施工導流建筑物級別的選定。本工程根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SDJ338—89），以及本工程的級別和圍堰工程規(guī)模，選定施工導流建筑物為Ⅳ級。

6.1.2 施工導流設計洪水標準的選擇。根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SDJ338—89），以及導流建筑物的級別，選定導流建筑物的洪水標準為：20年一遇（P=5%）。

6.2 施工導流時段選擇

根據(jù)本工程的特征條件采用分段圍堰法導流，中后期用臨時底孔泄流來修建混凝土壩。劃分為3個時段：第1時段，河水由束窄河床通過，進行第1期基坑內(nèi)施工；第2時段，河水由導流底孔下泄，進行第2期基坑內(nèi)施工；第3時段，壩體全面升高，可先由導流底孔下泄河水，底孔封堵以后，則河水由永久泄水建筑物下泄，也可部分或完全攔蓄在水庫中，直到工程完建。

6.3 施工導流設計流量及壩址處河床水位的選擇

根據(jù)導流設計洪水標準和圍堰施工分期，選定施工導流設計流量為Q=235m3/s。根據(jù)壩址水位—流量關系曲線，采用內(nèi)插法得到Q=235m3/s時的水位為86.09m，由于觀測點距壩址有300m遠，考慮到坡降，選擇壩址處水位為86.39m。

6.4 施工導流方案的選擇

根據(jù)樞紐的自然條件及壩體的結構特點與工程的導流施工標準，選擇采用分段圍堰法施工，分為兩段兩期。第1期先圍左岸，包括左岸非溢流壩段和溢流壩段，進行一期基坑內(nèi)施工；第2期圍河床右岸部分，包括右岸非溢流壩段（含廠房壩段），進行2期基坑內(nèi)施工。工程所在地，河流流量小，河床灘地寬，兩岸坡度緩，采用兩段兩期的施工導流方式完全可以滿足要求。

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