施工导流设计

第2章施工导流设计

2.1 导流方式方案的选择

2.1.1 导流方式的选择

分段围堰法。亦称为分期围堰法，即用围堰将水工建筑物分段、分期维护起来进行施工的方法。所谓分段，就是在空间上将永久建筑物分为若干段进行施工；所谓分期，就是在时间上将导流分为若干时期。分段围堰法一般适用于河床宽、流量大、工期较长的工程，尤其适用于通航河流和冰凌严重的河流。

全段围堰法。即在河床主体工程的上下游各建一道围堰，使水流经河床以外的临时或永久泄水道下泄。主体工程建成或接近建成时，再将临时泄水道封堵。

此工程的河流属于山区河流，河宽较窄，并且在施工期没有通航要求。故选择一次拦断，即全段围堰法。

2.1.2 导流方案的选择

2.1.2.1 过水围堰

即基坑允许过水，其挡水工作情况下的设计标准，一般以枯水期不过水为原则。并且在这个施工时段内，必须完成基坑开挖、处理等事项，还应浇筑一定厚度的混凝土层以保护基础。

如采用此方案，则围堰工程量较小，导流建筑物的费用也较小。但是淹没损失较大。其中包括：基坑排水及清淤费用；围堰及其他建筑物、道路、线路的修理费用；施工机械撤离和返回基坑所需费用；劳动力和机械的窝工损失等；有效施工期缩短而造成的劳动力、机械设备、生产企业规模、临时房屋等多方面费用的增加；以及可能产生的延期投产损失等。因此，根据技术经济比较之后，认为采用过水围不比高水围堰有明显的优势。另外，因本河流为多砂河流，其泥沙问题还需专门研究。

2.1.2.2 不过水围堰

分为挡枯水期洪水和挡全年洪水。

①挡枯水期洪水不过水围堰，即基坑内的主体建筑物可以在一个枯水期内抢修至拦洪高程以上，围堰仅在枯水期内运用。故高度可降低，经济效益显著。

表2.1 不同施工期各种频率的最大流量（m3／s）

首先粗略估计施工进度和工期为：上游围堰填筑时间：30天；下游围堰填筑时间：15天；基坑排水时间：5天（排水速度：0.5—1.5m/d）；基坑开挖时间：3个月（按4m/m计算，同时上下游围堰加高培厚以及部分地基处理）；后续全面地基：3天。

综上所述，在混凝土浇筑之前用去施工时间为4个月。初选时段10.16～6.15，则将坝体浇筑至拦洪高程以上的时间为三个多月，此时间过于紧迫。所以，为保证施工质量和安全，该方案不可取。

②挡全年洪水不过水围堰，能保证整个基坑全年干地施工。

如果采用此方案，则需要增加导流建筑物费用。但是它没有淹没损失费用。围堰全年挡水，保证主体建筑物全年干地施工，有效工期长，可连续施工，施工进度干扰小。

经多方面的比较考虑，决定采用挡全年洪水不过水围堰。

2.2 导流标准的选用

2.2.1 导流建筑物级别的选用

参考导流建筑物级别的划分（SL203-2004）所列各项指标确定。

（1）保护对象为Ⅰ级永久建筑物，对应级别为4级。

（2）失事造成较大经济损失，对应级别为4级。

（3）使用年限估计为2.5年，在1.5～3年之间，对应级别为4级。

（4）围堰工程规模为堰高估计为40m，对应级别为4级，库容大于1.0×108m3，对应级别为3级。

综合考虑各因素，确定导流建筑物的级别为4级。

2.2.2 洪水标准

参考导流建筑物洪水标准划分（SL203-2004）所列各项指标确定。

导流建筑物的级别为4级，围堰为土石围堰，查得对应的洪水重现期为20～10年，鉴于导流建筑物级别划分中属于本级别上限值，选定重现期为20年。

设计洪水流量由该处或附近洪水频率曲线获得。对于重现期为20年，其洪水频率为5%，查得对应的最大流量为5130m3/s，即为设计洪水流量。

2.3 初步确定导流方案

2.3.1 泄流建筑物的选择

此工程坝址处主河道为一“V”形深槽，设计流量为=5130/s。如果采用明渠导流，取渠底与河槽底齐平，则渠深需100m左右，还需开挖两岸边坡，则明渠开挖量巨大，不足取。如采用涵管导流，因涵管过多对坝身结构不利，其尺寸也不宜过大，且泄流量也小，不足取。该处坝址区两岸变质岩主要由云母石英片岩和角闪片岩构成，石质坚硬，极限抗压强度900—1200kg/。普氏系数f=8，从地质条件来看，采用隧洞导流方案最佳。

隧洞的断面型式主要取决于地质条件及设计流态。在本枢纽工程中，地质条件较好，无大的裂隙发育，地下水亦不发育，数量很少。另外，本设计中，隧洞工作条件复杂，围堰为不过水围堰，隧洞的流态变化复杂，运行时间长。故采用城门洞形隧洞比较合适。从国内外的运行实践来看，城门洞形也是较好的。

导流方式选择双洞导流，这样隧洞的尺寸不至于过大，洞型为城门洞型，顶拱圆心角为120°。因为考虑到上游围堰的布置，隧洞若布置在右岸，其进水口不好布置，且洞长将更长，导流洞的布置选择双洞都布置在左岸。

2.3.2 挡水建筑物（围堰）型式选择

由设计原始资料可知：坝址上下游均有砂石材料，而且开采运输方便，质量一般皆符合要求。虽然砂质土未找到理想产地，必要时可用两岸黄土代替。故围堰采用心墙式土石围堰最为合适。

其断面尺寸确定，考虑到堰高超过20～30m，堰顶宽度取为6m。围堰坡度一级坡取为1:2.5，据顶部20m高处设马道，宽2.5m，二级坡坡度取为1:2.5。

2.3.3 尺寸初步确定

初步估算时不考虑上游围堰库容调洪能力，水流全部通过隧洞导流。

通过水力计算，初拟三个方案：

方案一：11m×14m导流洞 + Hu=46.9m高围堰；

方案二：12m×14m导流洞 + Hu=42.5m高围堰；

方案三：12m×15m导流洞 + Hu=39.0m高围堰。

对三种组合，计算各方案上游围堰填筑量和隧洞开挖量，计算其总工程量：其中估算时可认为隧洞开挖量1方相当于围堰填筑量4方。

表2.2 工程量统计表

在施工过程中，戗堤进占采用隧洞开挖材料。合龙闭气之后，上下游围堰的加高培厚也可采用隧洞开挖料和基坑开挖料。

由表2.2的计算分析可得：方案一的总工程量最小，但是开挖量和填方量相差较大；方案一和方案二的工程量相差不大，并且方案二的开挖量与填方量相差小，且围堰高度低，隧洞开挖断面在当前技术可以达到的范围之内。通过综合分析，选择方案二最为合适。

则隧洞的尺寸定为12m×14m。导流洞进口底板高程取枯水位以下

5m，则高

程为H1=413m。纵坡取2‰，则出口处底板高程H2=413-600×2‰=411.8m。

2.4 具体确定导流方案

2.4.1 导流洞泄流能力计算

对于有压流，为简化计算，假定两条隧洞泄流能力相同。

通过水力计算得有压流上游水位与泄流量的关系见表2.3。

对于明流，为简化计算，也假定两条隧洞泄流能力相同。

通过水力计算得明流上游水位与泄流量关系见表2.4。

表2.3 有压流上游水位与泄流量关系表