胡曉鳳
(安徽省安慶市岳西縣應(yīng)急管理局,安徽 安慶 246600)
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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]。
4.3.1 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)
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。