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水利水电工程中的导流

  施工导流

  施工导流是指,在修筑时为了使水工建筑物能保持在干地上施工,用围堰来维护基坑,并将水流引向预定的泄水建筑物泄向下游,称为施工导流。施工导流方法分为全段围堰法和分段围堰法。

 

 

 

  导流作用

  在水域(大多数指活水河道)内修建水利工程的过程中,为创造干地施工条件,前期用围堰围护基坑,将河道水流通过预定方式绕过施工场地导向下游的工程措施。施工导流是水利工程施工,特别是修建闸坝工程所特有的一项十分重要的工程措施。导流方案的选定,关系到整个工程施工的工期、质量、造价和安全渡汛,事先要做出周密的设计。

 

 

  设计内容

  主要包括:
  1、掌握并分析河流的水文特性和工程地点的气象、地形、地质等基本资料;
  2、选定导流时段、设计标准、导流流量、导流方式及导流建筑物类型;
  3、拟定导流建筑物的修建顺序、拆除围堰及封堵导流建筑物的施工方法;
  4、制定拦洪渡汛和基坑排水措施;
  5、确定施工期通航、过水、供水等综合利用措施。施工导流措施受多方面因素的制约,一个完整的方案,需要通过技术经济比较,必要时要做模型实验,反复论证,然后定案。


  导流方式

  1、按河床位置分为:河床外导流、河床内导流两类。
  河床外导流:用围堰一次拦断整个河床,让河水通过河床外的导流泄水建筑物导向下游;
  河床内导流:用围堰先后分段围护部分河床,河水通过被束窄的另一部分河床导走,即分期导流。


  2、按泄水建筑物类型分为:明渠导流、隧洞导流,以及涵洞、坝体底孔、梳齿和缺口过流、涵管导流等导流方式。
  涵洞导流一般用于中小型水闸、土石坝等工程。
  底孔导流用于混凝土坝施工,水流全部或部分通过坝体内设置的临时或永久泄水孔导向下游。
  梳齿导流则是在混凝土坝施工时预留梳齿状缺口过水,随坝体升高,分级轮换封堵缺口。
  涵管导流是一种利用涵管进行导流的施工方法,适用于导流量较小的河流或只用来担负枯水期的的导流。一般在修筑土坝、堆石坝等工程中采用。由于涵管过多对坝身不利,且使大坝施工受到干扰,故此坝下埋管不宜过多,单管尺寸不宜过大,涵管在干地施工,易布置在河滩上,滩地高程在枯水位以上。


  导流方式的选择,一般须考虑:
  ①水文条件。河流流量大小、过程线特征、洪水和枯水情况、水位变幅、流冰等均直接影响方案选择。如水位变幅大的河流,有时宜采用过水围堰,围堰挡水高度及导流泄水建筑物只考虑枯水期流量。
  ②地形条件。如河床宽阔,施工期有通航要求,可采用分期导流;如河道较窄,宜根据地形地质条件采用明渠或隧洞导流。
  ③有条件时,要尽量利用永久水工建筑物的泄水建筑物,结合进行施工导流。如导流洞可与泄洪洞结合,围堰可与土石坝坝体结合。
  ④满足施工期间的通航、过木、给水、灌溉等综合利用要求。

 

 

  设计标准

 

  根据工程施工进度及各个时期的泄水条件,施工导流可分为三个阶段:①初期导流,即围堰挡水阶段,从河床截流开始到坝体修建到围堰高程以上的时段。②中期导流,即坝体挡水阶段。此时导流泄水建筑物尚未封堵,汛期由坝体挡水。随着坝体升高,库容加大,防洪能力也逐步增大。③后期导流,即从导流泄水建筑物封堵到大坝全面修到设计高程的时段,永久泄水建筑物已投入运行。


  施工导流设计中,要选定导流时段,即在挡水围堰工作延续时间内,是枯水期挡水还是全年挡水。应根据河流水文特性、主体工程施工特点及进度,合理划分与选择导流时段。导流设计应采用导流时段内设计频率的最大流量和洪量。小型工程应争取在一个枯水期建成,以简化导流设施;大中型工程一般难以在一个枯水期建成,可考虑全年导流,导流设计流量则以全年一定频率的洪水流量为准。当地材料坝坝体一般不允许过水,当坝体施工难以在汛期达到拦洪高程时,要按全年导流标准考虑围堰高程和导流建筑物规模。混凝土坝通常允许过水,可按全年导流标准考虑,也可按枯水期导流考虑。当采用分月设计频率的流量安排施工进度时,对河流水文特性需有充分论证,慎重对待。


  导流设计标准即是对导流设计中所采用的设计流量频率的规定。对不同的导流阶段和不同的建筑物,规定的频率也不相同。总的要求是;初期导流阶段的洪水标准可低一些,中期和后期导流阶段的洪水标准逐步提高。当要求工程提前发挥作用(如提前发电)时,相应的导流阶段的防洪标准应高一些。对混凝土、浆砌石建筑,洪水标准低一些,对土石坝则要求的洪水标准较高。另一方面,导流设计标准也随永久建筑物的级别不同而有所不同。

 

 

 

 

  全段围堰法

 

  定义

  全段围堰法,又称一次拦断法或河床外导流。主河道被全段围堰一次拦断,水流被导向旁侧的泄水建筑物。


  适用
  多用于河床狭窄,基坑工作面不大,水深流急、覆盖层较厚难于修建纵向围堰,难于实现分期导流的工程。


  类型
  隧洞导流:适用于两岸陡峻、山岩坚硬、风化层薄、河谷狭窄的山区河流或有永久性隧洞可供利用。
  明渠导流:明渠导流适用于岸坡平缓或有宽阔滩地的平原河道。在山区河道上如河槽形状明显不对称。
  涵管导流:涵管导流多用于中小型土石坝工程,导流流量不超过1000/s。
  渡槽导流:渡槽导流一般适用于小型工程的枯水期导流,导流流量不超过20~30/s,个别达100/s。

 

 

  分段围堰

 

  定义
  分段围堰法,又称分期围堰法 或河床内导流,分期就是将河床围成若干个干地施工基坑,分段进行施工。分期就是从时间上将导流过程划分成阶段。分期是就时间而言,分段是就空间而言。工程实践中,两段两期导流采用最多。


  适用:
  河床较宽,流量大,工程工期较长的情况,易满足通航、过木、排冰等要求。


  类型
  ①束窄河床导流
  ②底孔导流
  ③缺口导流
  ④梳齿导流
  ⑤厂房导流


  导流设计
  在分析与施工导流相联系的主客观条件的基础上,划分导流时段,选定导流标准和导流设计流量,设计导流、截流方案,确定导流建筑物型式、构造、尺寸及布置,拟定导流建筑物修建、拆除、封堵的顺序及施工方法,制定拦洪度汛和基坑排水方案、施工期河道综合利用措施,以及拟定施工控制性进度计划等。


  导流时段
  又称挡水时段,是指水利工程施工整个过程中,依靠围堰挡水进行导流的延续时间。河流按水文特性分为枯水期、中水期及洪水期。有X小型水利工程的围堰,只需挡一个枯水期流量,所以围堰低,工程量较小;大中型水利枢纽工程通常难以在一个枯水期修筑到拦洪高程,特别是土石坝不允许坝面溢流,导流时段就要按全年考虑。围堰要挡洪水期流量,所以围堰较高,工程量也较大。混凝土坝可以坝体溢流,洪水时允许淹没基坑,可以采用过水围堰。选定导流时段要仔细研究河道的水文特性,根据主体工程的特点和施工进度的要求,进行技术经济比较。一般不宜把导流时段划分过细,分月设计频率的流量,只作为安排施工进度计划时的参考,不宜作为导流设计的依据。


  导流标准
  确定导流设计流量所依据的洪水标准。导流设计流量是选择导流方案、确定导流建筑物规模的主要依据。施工过程中河道流量经常变化,为使设计的导流流量尽可能符合施工期的实际流量,各国根据河流特性,建筑物特点,建设经验和安全、经济等因素,制定选择导流标准。不同国家的导流标准,有的相差很大。不少国家从经济与安全方面统一考虑,制定不同重要性导流建筑物应承担不同的风险度(即某一非期望事件所发生的概率),供确定导流设计流量时参考。


  导流方案的选择
  一个完整的导流方案受多方面因素的制约,要进行技术经济比较,反复论证后确定。这些因素主要有:


  ①水文条件。河流流量大小,流量过程线特征,水位变化幅度,洪水及枯水延续时问长短,冬季流冰及冰冻情况等,均是直接影响导流方案选择的重要因素。例如,水位变幅很大的河流,有时需采用过水围堰,允许基坑短期淹没导流,冬季有流冰的河流,需充分考虑流冰宣泄问题。


  ②地形条件。施工地区的河床及两岸地形,对导流方案有重大影响。例如,河道宽阔、施工期有通航要求,宜选用分期导流;河床狭窄、岸壁陡峻、河谷较深,宜选用隧洞导流。


  ③工程地质及水文地质条件。选择施工导流方案时,对隧洞或明渠导流的经济合理性,河床的可能束窄程度,围堰的构造及修建方法,以及基坑排水的措施等,都要考虑工程地质和水文地质的条件。例如,深厚覆盖层、透水性大的河床,要妥善解决围堰地基的抗冲、防渗等问题,在满足通航条件下,岩基河床分期导流时的束窄度允许大一些。


  ④水利枢纽布置及建筑物型式。施工导流需与枢纽布置结合考虑,并充分利用建筑物构造的特点。例如,泄洪、发电、放空孔等与临时导流孔洞的结合,围堰与度汛的结合。就坝体结构形式,混凝土坝采用分期导流的可能性较大。


  ⑤河流综合利用。施工期间,为满足通航、过木、给水、排水、灌溉等要求,使施工导流问题复杂化。例如,分期导流时,被束窄的河道要满足通航的流速、坡降(纵坡、横坡、局部坡降)、流态和水流衔接等的要求,有时还需设置临时船闸;当封孔蓄水时,要注意下游通航水位以及灌溉、给水、水电站等正常用水的需要;为了渔业生产,要考虑过鱼设施等。


  ⑥施工进度、施工方法及场地布置。选择导流方案时,要全面考虑社会影响、施工设备及建筑材料供应和施工经验等因素,在保证安全的前提下,力求简化施工导流工程,降低费用,缩短工期。重要的施工导流工程,要进行必要的模型试验或计算机模拟计算,并作充分的比较论证。


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