水利工程全段围堰法导流施工技术的探讨

水利工程全段围堰法导流施工技术的探讨

摘要：施工导流是水利水电枢纽总体设计的重要组成部分，是选定枢纽布置、永久建筑物型式、施工程序和施工总进度的主要因素，在水利工程施工全过程中，导流设计的目的就是要妥善地解决从初期导流到后期导流（包括围堰挡水、坝体临时挡水、封培导流泄水建筑物和水库蓄水）施工全过程中的挡、泄水的技术问题，文章以全段围堰导流模式进行分析，探讨其施工技术和方法。

关键词：水利水电枢纽；全段围堰；明渠导流

一、全段围堰法导流的含义及内容

何谓全段围堰法导流？就是在河流主体工程的上下游分别搭建一道拦河围堰，目的是使上游来的水可以通过预先修筑的临时或永久泄水建筑物（如明渠、隧洞等）泄向下游，从而为施工提供了干地，主体工程建成或接近建成时再封堵临时泄水道。这种方法的优点是工作面大，河床内的建筑物在一次性围堰的围护下建造，如果可以利用水利枢纽中的永久泄水建筑物导流，可大大节约工程投资。全段围堰法按泄水建筑物的类型不同可分为明渠导流、隧洞导流、涵管导流等。

二、明渠导流的方法

（一）明渠夺流的适用条件

如坝址河床较窄，或河床覆盖层很深，分期导流困难，且具备下列条件之一者，可考虑采用明渠导流：（1）河床一岸有较宽的台地、哑口或古河道；（2）导流流量大，地质条件不适于开挖导流隧洞；（3）施工期有通航、排冰、过木要求；（4）总工期紧，不具备洞挖经验和设备。

（二）导流明渠的布置方法

布置导流明渠时，应注意以下问题：

1．尽量利用有利地形，使明渠工程量最小：尽量避免使渠线通过不良地质区段，特别应注意滑坡崩坍体，保证边坡稳定，避免高边坡开挖。在河滩地上开挖的明渠，一般均需设置外侧墙，其作用与纵向围堰相似。外侧墙必须布露在可靠的基础上，并尽量使其能直接在干地上施工。

2．明渠轴线应顺直，以使渠内水流顺畅平稳，应避免采用S型弯道。关于转弯半径，进出口方向，以及与围堰坡脚距离的要求，均与明流隧洞相似，对于

软基上的明渠，渠内水面到基坑水面之间最短距离，应大于两水面高差的2．5~3．0倍，以免发生渗透破坏。

3．导流明渠应尽量与永久明渠相结合：当枢纽中的混凝土建筑物采用岸边式布置时，导流明渠常与电站引水渠和尾水渠相结合。明渠进出口应与上下游水流相衔接，与河道主流的交角以小于30°为宜；为保证水流畅通，明渠转弯半径应大于5倍渠底宽；明渠轴线布置应尽可能缩短明渠长度和避免深挖方。导流明渠布置分在岸坡上和在滩地上两种布置形式。

（三）导流明渠断面设计

1．确定明渠的断面尺寸：明渠断面的尺寸主要由设计导流的流量控制，并受地形地质和允许抗冲流速等因素的影响，在进行断面设计时，要按照不同的明渠断面尺寸与围堰的组合，通过综合分析来确定。

2．合理选择明渠断面形式：一般设计中，都会将明渠断面设计为梯形，渠底为坚硬基岩时，可设计成矩形，有时为满足截流和通航的不同目的，也可设计成复式梯形断面。

3．确定明渠糙率：明渠糙率大小直接影响到明渠的泄水能力，因此，对糙率大小产生直接影响的因素有开挖的方法、衬砌的材料、渠底的平整度等因素，所以在设计时要根据具体情况查阅有关手册确定，而对于大型明渠工程，应通过模型试验选取糙率。

三、隧洞导流的方法

（一）隧洞导流的使用范围

一般山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实，可采用隧洞导流。由于每条隧洞的泄水能力有限，加之隧洞造价比较昂贵，所以燧洞导流常用于流量不太大的情况。按照当前的水平，每条隧洞可宣泄流量一般不超过2000m3/s~2500m3/s，大多数工程采用l～2条导流洞。为了节约导流费用，导流漏通常均与永久隧洞相结合。在山区河流上兴建高水头土石坝枢纽时，多采用永久隧漏。因此，土石坝枢纽采用隧洞导流复为普遍。在山区河流上修建混凝土坝，特别是拱坝枢纽时，也常采用隧洞导流，并常辅以淹没基坑和底孔导流方式。

（二）导流隧洞的布置方法

1．应该将隧洞布置在完整并且新鲜的岩层中，为了防止隧洞沿线可能产生的大规模坍方，应避免洞轴线跟岩层、断层，破碎带平行，洞轴线跟岩石层面之间的夹角最好在45°以上，层面倾角也以不小于45°为宜。

2．利用坝址附近的有利地形，尽量使隧洞线路顺直。当河岸弯曲时，燧洞宜布置在凸岸，不仅可以缩短隧洞长度，而且水力条件较好。

3．对于有压隧洞和低流速无压隧洞，如果必须转弯，则转弯半径应大于5倍洞宽，转折角应不大于60°，在弯道的上、下游，应设置直线段过渡，直线段长度一般也应大于5倍洞宽。对于高流速无压隧洞，为避免在弯段上产生冲击波，或因离心力而产生的水面壅高封顶等不良水力现象，应尽量避免转弯。

4．进出口与河床主流流向的交角不宜太大。否则会造成上游进水条件不良，下游河道会产生有害的折冲水流与涌浪。出口交角宜小于30°，上游进口处的要求可以根据实际情况酌情放宽。

5．当需要采用两条以上的导流隧洞时，可将它们布置在两岸或一岸。一岸双线隧洞间的岩壁厚度，一般不应小于开挖洞径的两倍。

6．隧洞进、出口距上、下游围堰坡脚应有足够的距离，一般要求50m以上；近来，也有小至10m～20m者。距离较小时，应加强对堰坡的防护，对于斜墙铺盖式土石围堰，应更慎重。

（三）导流隧洞断面设计

隧洞断面尺寸的大小取决于设计流量、地质和施工条件，洞径应控制在施工技术和结构安全允许范围内。目前，国内单洞断面尺寸多在200m2以下，单洞泄量不超过2000m3/s～2500m3/s。

隧洞断面形式取决于地质条件、隧洞工作状况（有压或无压）及施工条件。常用断面形式钉圆形、马蹄形、方圆形，如图l所示。圆形多用于高水头处，马蹄形多用于地质条件不良处，方圆形有利于截流和施工。国内外导流隧洞多采用方圆形。

隧洞断面形式（a）圆形；（b）马蹄形；（c）方圆形

图 1

洞身设计中，糙率n值的选择是十分重要的问题，糙率的大小直接影响到断面的大小，而衬砌与否、衬砌的材料和施工质量、开挖的方法和质量则是影响糙率大小的因素。一般混凝土衬砌糙率值为0．014～0．0173不衬砌隧洞的糙率变化较大，光面爆破时为0．025～0．032，一般炮眼爆破时为0．035～0．044。设计时根据具体条件，查阅有关手册，选取设计的糙率值。对重要的导流隧洞工程，应通过水工模型试验验证其糙率的合理性。

四、涵管导流方法

涵管一般是钢筋混凝土结构。当有永久涵管可以利用或修建隧洞有困难时，