水利水电工程师导流工程施工手册.ppt

,-,第一篇 导流工程 ,第一章,施工导流规划,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,建筑物形式“施工程序和施工总进度的重要因素#设计中应充分掌握基本资料!,全面分析各种因素!优化导流方案!使工程尽早发挥作用# 施工导流贯穿工程施工全过程!导流设计要妥善解决从初期导流到后期导流 $包括围堰挡水“坝体临时挡水“封堵导流泄水建筑物和水库蓄水%施工全过程中的 挡“泄水问题#各期导流特点和相互关系宜进行系统分析!全面规划!统筹安排!运用 风险分析的方法!处理洪水与施工的矛盾!务求导流方案经济合理!安全可靠# 施工导流设计包括导流标准选择!导流方式选择及导流布置“导流泄水建筑 物设计“围堰设计“截流设计“基坑排水“下闸蓄水措施及施工期通航“过木“排冰 与供水#,第一节,施 工 导 流 标 准,一 “导流建筑物级别 $&%导流建筑物系指枢纽工程施工期所使用的临时性挡水和泄水建筑物#根 据其保护对象“失事后果“使用年限和工程规模等因素划分为()级!具体按 表 &*&确定# $+%当导流建筑物根据表 &*&指标分属不同级别时!应以其中最高级别为 准#但列为级导流建筑物时!至少应有两项指标符合要求# $,%规模巨大且在国民经济中占有特殊地位的水利水电工程!其导流建筑物 的级别和设计洪水标准!经充分论证后报上级批准#,?,0,水利水电施工工程师手册 表 !“! 导流建筑物级别划分,级别,保护对象,失事后果,使用年限 #年$,堰高#%$ 库容#亿 %&$,围堰工程规模,淹没重要城镇)工 矿企业)交,有特殊要求的,通干线或推迟工程总工期及,(级永久建筑物,第 一 台 #批 $机 组 发 电*造 成,+&,+,-,+./-,重大灾害和损失 淹没一般城镇)工 矿企业)或,()1级永久建筑物,影响工程总工期及第一台 #批$机 组发电而造成较大经,./,2&,.,2,-,-/.2./-,济损失 淹 没 基 坑*但 对 总 工 期 及 第,3,)0 级永久建筑物,一台 #批 $机 组发电影响不,4./,4.,4-/.,大*经济损失较小 注5.6导流建筑物包括挡水和泄水建筑物*两者级别相同7 86表中所列四项指标均按施工阶段划分7 $同一导流建筑物各部位所起作用不同时*级别应根据其作用划分7 #$一个枯水期将主体工程抢出水面的导流建筑物*其级别仍按表 .“.确 定*导流设计流量应按该枯水时段内与级别相适应的重现期标准选用7,#=$利用围堰挡水发电时*围堰级别可提高一级*但必须经过技术经济论证7,#$当导流建筑物与永久建筑物结合时*结合部分结构设计应采用永久建筑 物级别标准*但导流设计级别与洪水标准仍按表 .“.及表 .“8规定执行7,7,第一篇 导流工程 88888888888888888888888888888888888888888888888888888888 表 !“# 导流建筑物洪水标准划分 导流建筑物级别,导流建筑物类型,$,%,&,洪水重现期年(,土石 混凝土,)*+,* ,*+-*,*+-* -*+),-*+) )+.,-*(当%+&级导流建筑物地基地质条件非常复杂/或工程具有特殊要求 必须采用新型结构/或失事后淹没重要厂矿0城镇时/结构设计级别可以提高一 级/但设计洪水标准不相应提高1 -(确定导流建筑物级别的因素复杂/当按表 -“-和上述各条规定确定的 级 别 不 合 理 时/可 根 据 工 程 具 体 条 件 和 施 工 导 流 阶 段 的 不 同 要 求/经 过 充 分 论 证/予以提高或降低1 二 0洪水标准 -(导流建筑物设计洪水标准1根据建筑物的类型和级别在表 -“,规定标 准内选择/并结合风险度综合分析/使所选择标准经济合理/对失事后果严重的 工程/要考虑对超标准洪水的应急措施1 ,(导流建筑物洪水标准1在下述情况下可用表 -“,中的上限值1 2河流水文实测资料系列较短小于 ,*年(/或工程处于暴雨中心区1 3采用新形围堰结构型式1 4处于关键施工阶段/失事后可能导致严重后果1 5工程规模0投资和技术难度用上限值与用下限值相关不大1 .(枢纽所在河段上游建有水库时/导流建筑物采用的洪水标准1按上游梯 级水库的影响及调蓄作用考虑/本工程截流期间还可通过上游水库调度降低出 库流量1 6(围堰施工期各月填筑标准1围堰修筑期各月的堆筑最低高程以拦挡下月 可能发生的最大设计流量为准1选用各月最大设计流量的重现期标准/可用围堰 正常运用时的标准/经过论证也可适当降低1,3,水利水电施工工程师手册 44444444444444444444444444444444444444444444444444444444 三 !过水围堰导流标准 “#$过水围堰的挡水标准%应结合水文特点!施工工期!挡水时段%经技术经 济比较后%在重现期 &()年范围内选定*当水文序列较长“不小于 &)年$时%也 可按实测流量资料分析选用* “($过水围堰级别%按表 #+#确定的各项指标系以过水围堰挡水期情况作 为衡量依据* “&$围堰过水时的设计洪水标准%根据过水围堰的级别和表 #+(选定*当水 文系列较长“不小于 &)年$时%也可按实测典型年资料分析选用*通过水力学计算 或水工模型试验%找出围堰过水时控制稳定的流量作为设计依据* 四 !截流设计标准 “#$截流时段应根据河流水文特征!气候条件!围堰施工以及通航%过木等因 素综合分析选定*一般宜安排在汛后枯水时段%严寒地区尽量避开河道流冰及封 冻期* “($截流标准一般可采用截流时段重现期 ,#)年的月或旬平均流量%也可 结合河流水文特性及截流施工特点用其他方法分析确定* 五 !坝体施工期临时渡汛洪水标准 当坝体筑高到不需围堰保护时%其临时渡汛洪水标准应根据坝型及坝前拦 洪库容按表 #+&规定执行* 表 -+. 坝体施工期临时渡汛洪水标准 拦洪库容“亿 /&$,坝,型,0#1),#1)1#,2)1#,洪水重现期“年$,土石 混凝土,0#) 0,),#),) ,)(),)() ()#),9,+,+,0,设计 1,2,“7 全年,6%,校核 %,2,第一篇 导流工程 : 六 !导流标准统计 我国一些已建和在建的水利水电工程所采用的导流标准见表 “#$及表 “# %&其中绝大多数工程所采用的导流标准是恰当的保证了大坝等主体工程的正 常施工但也有极少数工程因导流标准偏低在施工过程中遭受了损失或拖延 了施工工期&有的工程虽遭遇了超设计标准洪水由于事前早有防范措施或围堰 结构型式得当却能化险为夷或损失轻微& 表 (#) 我国已建和在建工程导流标准统计,序 工程 号 名称,永 久 坝型 建筑物 级别,导流 方式,围堰型式,堰高,导流设计标准 重现期 流量 *年+ *,-./,实际最 大流量 *,-./,建成 时间 *年份+,一期低水土石围堰,“- 12*%月份+,3242,%52,#,混凝土 “丹江口 宽缝 重力坝,分期导流,一期高水土石围堰 二期土石围堰,1“ 12*全年+ -$%22 设计 “22 $6222 $17%全年 校核 122 %1222,%662 #,“5%3 #,一期竹笼戗石围堰,“4,12*全年+,“3$22,“2322,#,1富春江,混凝土 重力坝,8,分期导流 二期堆石竹笼围堰 三期木笼戗石围堰,“% 12*枯水期+ “2“42 “2*枯水期+ 3%2,# #,“542 #,-刘家峡,混凝土 重力坝,0,隧洞导流 混凝土拱形围堰,$5,“2*全年+,$622,%-%2,“544,$ 龚嘴,混凝土 重力坝,0,明渠导流 木板心墙堆石围堰,-% 全年,设计 12 54%2 校核 %2 “2422,%432,“546,一期低水草土围堰,“2*估水期+,1“-2,#,#,%青铜峡,混凝土 重力坝,8,分期导流,一期高水草土围堰 57% 12*全年+ 二期草土!土石 混合围堰,%$%2 %$%2 4122,$122 %5$2,# #,4,“,“,(,水利水电施工工程师手册 55555555555555555555555555555555555555555555555555555555 续表,序 工程 号 名称,永 久 坝型 建筑物 级别,导流 方式,围堰型式,堰高,导流设计标准 重现期 流量 !年“ !#$%&,实际最 大流量 !#$%&,建成 时间 !年份“, 碧口,黏土 心墙坝,(,隧洞导流 围堰与坝体结合,)*年实测 最大,$+,)$),-,.八盘峡,混凝土 闸坝,/,分期导流 !分四期“,一般土石围堰,全年,设计 +,经刘家峡 水库调节 校核 0, 后 00,$1,)2.+,混凝土,1 白山,重力,(,明渠导流,土石围堰,+1 ),!枯水期“,+2),-,)2.,拱坝,2葛洲坝,混凝土 闸坝,分期导流 二期上游堆石围堰,设计 ), 1, *+ 全年 全核 +, .), 保坝 )+0 1,.+,)21,),铜街子,混凝土 重力坝,(,明渠导流,一期土石围堰,).,+,!全年“,2+,-,)212,),铜街子,混凝土 重力坝,(,明渠导流,二期土石围堰,+2 全年,设计 +, 2+, 校核 0, ),$,-,)212,) 漫湾,混凝土 重力坝,(,隧洞导流,土石围堰,*3$ +,!全年“,20,-,)21.,混凝土 )+龙羊峡 重力 拱坝,(,隧洞导流,混凝土心墙 堆石围堰,0$ 全年,设计 +, 校核 0,*), *.+,00.,)212,设计 +, +1*,)$ 水口,混凝土 重力坝,(,明渠导流,二期土石围堰 三期上游横向碾压 混凝土围堰,*30全年 校核 0, $+, 保堰 ), $0, ),!全年“ *1 +0+,),.0, $)$,)212 -,)* 二滩,混凝土 双曲 拱坝,(,隧洞导流,土石围堰,0 全年,$, )$0, 保堰 0, )*,1).,)22*,4,“,“,第一篇 导流工程 55555555555555555555555555555555555555555555555555555555 续表,序 工程 号 名称,永 久 坝型 建筑物 级别,导流 方式,围堰型式,堰高,导流设计标准 重现期 流量 !年“ !#$%&,实际最 大流量 !#$%&,建成 时间 !年份“,上*下横向为土,石围堰一期纵向,+,+,!全年“,-$(,.,(万家寨,混凝土 重力坝,),分期导流,为碾压混凝土围堰 上*下横向为土石,11(,围堰二期纵向为 +(/0 +,!全年“ 碾压混凝土围堰,-$(,.,一期土石围堰,2+,+,!全年“,3+$,.,.,二期上游横 向土石围堰,-+/( ,!全年“,-$3,.,11-,0 三峡,混凝土 重力坝,特,明渠导流,三期上游横向碾 压混凝土高围堰 三期上游低水横向 土石围堰,+, 3+$, +2全年 ,!保坝“ -$3, 2月实测最大 30,. .,待建 待建,0-/(,二*三期下游 横向土石围堰,!二期“ $0/(,+,!全年“ 3+$,.,1-,!三期“,3小浪底,土斜墙 堆石坝,特,隧洞导流,均质土围堰,设计 , 3$2, (1 全年 校核 (, +230, 保坝 , +002,.,1-,“,!,水利水电施工工程师手册,#,!,!,第一篇 导流工程,“,&,水利水电施工工程师手册 (,第二节,施工导流方式及布置,在河道上修建水利水电工程时!施工期间往往会与社会各行业对水资源的,技术控制和综合利用的要求发生矛盾!如防汛“灌溉“供水“发电“航运“渔业等#,因此!必须在整个施工过程中!对河道的水流进行控制!也就是将河道上游的来 水量按预定的施工技术措施进行控制!解决工程施工和水流蓄泄间的矛盾!创造 干地施工的条件!避免水流对水工建筑物的施工造成不利影响!把河道上游的来 水量全部或部分地导向下游或拦蓄起来!并保证水资源的综合利用不受影响或 尽可能地少受影响# 一 “施工导流的作用和特点 水利水电工程施工均是在大小江河或滨湖滨海地区进行!其中相当一部分 建筑物位于河床中!而修建这些建筑物又必须要创造干地施工的条件#为了解决 好这个矛盾!就需要在河床中修筑围堰围护基坑!并将河道中各时期的上游来水 量按预定的方式导向下游!这就是施工导流# 施工导流首先要修建导流泄水建筑物!然后修筑围堰进行河道截流!迫使河 道水流改由导流泄水建筑物下泄$此后还要进行施工过程中的基坑排水并保证 汛期在建的建筑物和基坑安全渡汛$当主体建筑物修建到一定高程后!再对导流 泄水建筑物进行封堵#因此!施工导流虽属临时工程!但在整个水利水电工程的 施工中又是一项至关重要的单位工程!它不仅关系到整个工程施工进度及工程完 成时间!而且对施工方法的选择“施工场地的布置以及工程的造价有很大影响#例 如%当某项水利工程在施工时采用的施工导流标准过低“而上游实际来水量大于 设计所采用的施工导流流量时!这将导致围堰工程失事!基坑被淹!尤其是在工程 渡汛时!将直接影响到工程施工的成败和下游人民生命财产的安全$反之!施工导 流标准选择过高!将会增加导流泄水建筑物及围堰工程的修筑工程量!使工程的 造价增加而造成浪费# 为了解决好施工导流问题!在工程的施工组织设计中必须作好施工导流设 计#其设计任务是%分析研究当地的自然条件“工程特性和其他行业对水资源的,(,8,第一篇 导流工程 99999999999999999999999999999999999999999999999999999999 需求来选择导流方案!划分导流时段!选定导流标准和导流设计流量!确定导流 建筑物的型式“布置“构造和尺寸!拟定导流建筑物的修建“拆除“封堵的施工方 法!拟定河道截流“拦洪渡汛和基坑排水的技术措施!通过技术经济比较!选择一 个最经济合理的导流方案# 二 “已建导流方式,我国目前已建混凝土坝和土石坝工程所用导充方式统计见表$%&“表$%#,表 (%) 混凝土坝工程导流方式统计,序 工程 号 名称,坝,型,位,置,装机容量 坝顶长 坝高 河谷形状系数 导流 *+,- *.- *.- *坝顶长/坝高- 方式,建设时间 *年份-,涵洞,$狮子滩,斜墙堆石坝,四川龙溪河,01,$2$0,34,$563,导流,$530,*永久-,4 梅山 7佛子岭 0上犹江,连拱坝 连拱坝 空腹重力坝,安微史河 安微淠河 江西上犹江,02 7$ &2,303 1164 3$2 365 $37 &63,&6$5 &61& 464,隧洞 导流 分期 导流 隧洞 导流,$530 $533 $533,3三门峡,重力坝,河南黄河,022,$7,$2&,&64,分期 导流,$533,&磨子潭 双支墩大头坝,安微东淠河,$&,77$,14,0620,分期 导流,$53&,响洪甸,重力拱坝,安微西淠河,02,7&$ 163,06$7,隧洞 导流,$53&,1流溪河,拱坝,广东流溪河,04,401,1,76$1,隧洞 导流,$53&,5新安江,宽缝重力坝,浙江新安江,&463 0&360 $23,060,分期 导流,$53,5,4,水利水电施工工程师手册 66666666666666666666666666666666666666666666666666666666 续表,序 工程 号 名称,坝,型,位,置,装机容量 坝顶长 坝高 河谷形状系数 导流 !“#$ !%$ !%$ !坝顶长&坝高$ 方式,建设时间 !年份$,(新丰江,大头坝,广东新丰江,)*)+,-(,(,-+*,明渠 导流,*,*,明渠1,柘,溪,大头坝,湖南资水,-.+,/)0,(-,/+-,隧洞,*,*,导流,)富春江,重力坝,浙江富春江,)*.+, ,-+- -.+.,+0,分期 导流,*0(,/刘家峡 -盐锅峡 ,八盘峡 0丹江口,重力坝 重力坝 重力坝 重力坝,甘肃黄河 甘肃黄河 甘肃黄河 湖北汉江,), /,) 2( *(,)(- /) /*0 -,-. , -( *.,+/* ,+2- *+* +.0,隧洞 导流 分期 导流 分期 导流 分期 导流,*0, 3 3 *0-,.青铜峡,重力坝,宁夏黄河,).),0*. -)+.,0+),分期 导流,3,2龚,嘴,重力坝,四川大渡河,.,(,-. 2,+,+)/,明渠 导流,*0.,*欧阳海,双曲拱坝,湖南春陵水,/0,)-/,2,-+*,隧洞 导流,*02,)(石,门,拱坝,陕西褒河,-(+,)0(,22,)+*,隧洞 导流,3,)枫树坝,空腹重力坝,广东东江,(,-2,*,-+-,分期 导流,*.(,)石,泉,空腹重力坝,陕西汉江,/,/,-,0,+-.,分期 导流,*.(,)/乌江渡,拱形重力坝,贵州乌江,0/(,/,(,0,)+),隧洞 导流,*.,)-风,滩,空腹拱坝,河南酉水,-(,-22 )+,-+/-,分期 导流,*.),),黄龙滩,重力坝,湖北堵河,(,/.,(.,/+-.,明渠 导流,*./,)0大,化 混凝土溢流坝,广西红水河,-(,3,.2+,3,分期 导流,*.,).潘家口,宽缝重力坝,河北滦河,/0(,(-( (.+,*+-,分期 导流,*.0,5,4,第一篇 导流工程 66666666666666666666666666666666666666666666666666666666 续表,序 工程 号 名称,坝,型,位,置,装机容量 坝顶长 坝高 河谷形状系数 导流 !“#$ !%$ !%$ !坝顶长&坝高$ 方式,建设时间 !年份$,(白,山,重力拱坝,第二松花江,)*+,-,.*)/0.*,/.*1,)0-,0龙羊峡,重力拱坝,青海黄河,)(+,10,)-(,.,隧洞 导流,)0-0,1+东,江,拱坝,湖南耒水东江,*+,/1(,)*-,.-0,隧洞 导流,)0(+,1)葛洲坝,闸坝2重力坝,湖北长江,-)*,*,) *1.(,/.),分期 导流,)0(+,1湖南镇,梯形支墩坝,浙江乌溪江,)-+,/*,)0,1.1,分期 导流,3,11紧水滩,双曲拱坝,浙江瓯江,1+,1*.1 )+,1.*,隧洞 导流,)0(1,1/安,康,重力坝,陕西汉水,(+,/0/,)(,/.),明渠 导流,)0(1,1*沙溪口 1,宝珠寺,重力坝 重力坝,福建闽江西溪 四川白龙江,1+ ,/+,-., /+ */./( )1,)*.,0 1.0-,分期 导流 明渠 导流,)0(* )0(*,1-铜街子,重力坝,四川大渡河,+,)+0,(,)1.11,明渠 导流,)0(,1(岩 10漫,滩 湾,重力坝 重力坝,广西红水河 云南澜沧江,)+ )*+,* /)(,)+ )1,/.- 1.),明渠 导流 隧洞 导流,)0(- )0(-,/+隔河岩,重力拱坝,湖北清江,)+,*/,)*),/.11,隧洞 导流,)0(-,/)东,风,双曲拱坝,贵州乌江鸭池河,*)+,*/.1/ ),).*-,隧洞 导流,)0(0,/水,口,重力坝,福建闽江,)/+,-(1,)+),-.(1,明渠 导流,)0(0,/1五强溪,重力坝,湖南沅水,)+,-)0.- (-.*,(.1(,分期 导流,)0(0,/万,安,重力坝,江西赣江,*+,-/,(,0.0),分期 导流,3,/* 普定 碾压混凝土拱坝,贵州三岔河,-*,)-),-*,.1-,隧洞 导流,3,4,6,水利水电施工工程师手册 77777777777777777777777777777777777777777777777777777777 续表,序 工程 号 名称,坝,型,位,置,装机容量 坝顶长 坝高 河谷形状系数 导流 !“#$ !%$ !%$ !坝顶长&坝高$ 方式,建设时间 !年份$,(李家峡,双曲拱坝,青海黄河,)* +,-. +(/,),(0,隧洞 导流,+),0二 1江,滩 垭,双曲拱坝 碾压混凝 土重力坝,四川雅砻江 湖南澧水支流,-* -*,00/ -(,)* +-+,-,)- ),(),隧洞 导流 隧洞 导流,+- +,.万家寨 /*凌津滩,重力坝 闸坝重力坝,山西2内蒙黄河 湖南沅水,+*1* )0*,-1 3,.* -+,1( 3,分期 导流 分期 导流,+/ 3,/+大,峡,重力坝,甘肃黄河,-*,)/*,(+,+,明渠 导流,3,/)大朝山,碾压混凝 土重力坝,云南澜沧江,+-/*,3,+,3,隧洞 导流,+0,/- 三峡,重力坝,湖北长江,+1)*,)-/ +1-,+-,-/,明渠 导流,+0,表 435 土石坝工程导流方式统计,序 号,工程 名称,位,置,装机容量 !“#$,坝,型,坝顶长 坝高 !%$ !%$,导流 方式,建设时间 !年份$,+,大伙房,辽宁,-),土坝,+-(,0 1,隧洞导流,3,),官厅,河北,-*,土坝,3,/*,隧洞导流,3,- ,松涛 毛家村,海南 云南以礼河,)* +(,土坝 黏土心墙土坝,0/ (0,1*,+ 隧洞导流 1),/ 隧洞导流,3 +.(,/ (,密云白 河枢纽 升钟,北京 四川西河,1) ,土坝 心墙土石坝,+*1 /*,( 0.,涵洞导流 隧洞导流,3 3,0,岳,城,河北,+0,土坝,-/0* /+,/,明渠2涵 洞导流,3,1,柘林,江西修水,+1*,心墙土石坝,0/*,0*,涵洞导流,+.(/,.,碧,口,甘肃白龙江,-*,心墙土石坝,).0, +*+,1 隧洞导流,+.0+,+*,六都寨,3,3,心墙土石坝,0*,0*,隧洞导流,3,6,5,! $,第一篇 导流工程 77777777777777777777777777777777777777777777777777777777 续表,序 号,工程 名称,位,置,装机容量 !“#$,坝,型,坝顶长 坝高 !%$ !%$,导流 方式,建设时间 !年份$,&,石头河,陕西,心墙土石坝,()*,&+ 隧洞导流,&,-&,&. &1,鲁布革 关门山,云南/贵州 黄泥河 辽宁,)* &2.,土坝 面板堆石坝,.&0 &*12- 隧洞导流 &-12) ()2( 隧洞导流,&,-( &,-,&+,成,屏,浙江,-,面板堆石坝,.&020 0+2) 隧洞导流,&,-,&(,西北口,湖北,&),土石坝,.,(,隧洞导流,&,*,&),龙,溪,浙江,&),面板堆石坝,&+&,(-2, 隧洞导流,&,*,&0,株树桥,湖南,.+,面板堆石坝,.+(,0-,隧洞导流,&,*,&- 天生桥一级,广西/贵州 南盘江,&.*,面板堆石坝,&1+,&0- 隧洞导流,&,+,&, .*,东 莲,津 花,江西 黑龙江,)* (*,面板堆石坝 面板堆石坝,1 ,*.,-2( 隧洞导流 0&2- 隧洞层流,&,( &,(,.& 天荒坪下库,浙江,&-*,面板堆石坝,.(*,),隧洞导流,&,), .1,小山 小浪底,吉林 河南黄河,&)* &-*,面板堆石坝 斜心墙堆石坝,1*. &1&0,-(21 隧洞导流 &(+ 隧洞导流,&,0 &,0,.+,珊,溪,浙江,.*,面板堆石坝,+-,&1* 隧洞导流,&,-,.(,白,溪,浙江,.*,面板堆石坝,+&) &.+2+ 隧洞导流,&,-,三 /施工导流基本方法 施工导流的基本方法可分为全段围堰法导流和分段围堰法导流两类3 一 分段围堰法导流 分段围堰法导流4也称分期围堰法或河床内导流3但是4习惯上则多称其为 分期导流3图 &就是一种常见的分期导流布置注意图3该图晃示了分期导流 的基本程序3 所谓分段4就是将河床围成若干个干地基坑4分段进行施工3所谓分期4就是 从时间上将导流过程划分成若干阶段 3分 段是就空间而言的 4分 期是就时间而,!,8,(,),%,%,水利水电施工工程师手册,99999999999999999999999999999999999999999999999999999999,图 !“! 分期导流布置示意图,#$%一期导流#束窄河床导流%&#%二期导流#底孔与缺口导流%,一期围堰&*)束窄河床&+)二期围堰&,)底孔&-)坝体缺品&.)坝轴线,言的/导流分期数和围堰分段数并不一定相同#图 (“*%/段数分得越多0施工越复 杂&期数分得越多0工期拖延越长/因此0工程实践中0两段两期导流采用得最多/,图 !“1 导流分期与围堰分段示意图,#$%两期一段围堰&#%两期两段围堰两期三段围堰& 3%三期三段围堰之一%三期三段围堰之二三期四段围堰,在流量很大的平原河道或河谷较宽的山区河流上修建混凝土坝枢纽时0宜,采用分期导流/这种导流方式较易满足通航6过木6排冰等要求/,根据不同时期泄水道的特点0分期导流方式中又包括束窄河床导流和通过,已建或在建的永久建筑物导流/,(7束窄河床导流,束窄河床导流通常用于分期导流的前期阶段0特别是一期导流/其泄水道是 被围堰束窄后的河床/当河床覆盖层是深厚的细土粒层时0则束窄河床不可避免,/,.,第一篇 导流工程 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000 地 会产生一定的冲刷!对于非通航河道“只要这种冲刷不危及围堰和河岸的安 全“一般都是许可的! #$通过已完建或未完建的永久建筑物导流 这种泄水道多用于分期导流的后期阶段! %&通过已完建的永久建筑物导流!修建低水头闸坝枢纽时“一期基坑中通 常均布置有永久性泄水建筑物“可供二期导流泄水之用! 葛洲坝工程一期基坑中布置有泄水闸和冲沙闸“二期导流时“泄水闸供正常 导流泄水之用!遇到特大洪水时“冲沙闸也参与二期导流! %#底孔导流!利用设置在混凝土坝体中的永久底孔或临时底孔作为泄水 道“是二期导流经常采用的方法!采用一次拦断法修建混凝土坝枢纽时“其后期 导流也常利用底孔! %(缺口导流!当导流底孔的泄水能力不够“致使围堰高度过大时“可在混凝 土坝体上预留缺口“作为洪水期的临时泄水通道“如图 &)&%*所示!坝体的非 缺口部分“在洪水期尚可继续施工!通常“缺口均与底孔或其它泄水建筑物联合 工作“不能作为一种单独的导流方法!否则“缺口处的坝体将无法继续升高! %+梳齿孔导流!这种方法因其泄水道断面形状类似于梳齿而得名“如图&) (所示!与底孔或缺口导流相比“其主要区别在于完建阶段的施工方法不同!因 为梳齿孔是主要泄水道“在完建阶段“只能使梳齿孔按一定顺序轮流过水“并轮 流在闸门掩护下浇筑孔口间的混凝土!梳齿导流法可用于低水头闸坝枢纽! %,厂房导流!厂房导流适用于平原河道上的低水头河床式径流电站“例如 我国的七里泷-西津电站!个别高-中水头坝后式厂房和隧洞引水式电站厂房“也 有通过厂房导流的“例如尼日利亚的凯基电站和埃及的阿斯旺电站! 分期导流法中还有一种特殊情况“习惯上称其为滩地法施工!这种导流方法 与枢纽布置有密切关系!国外早期的水利工程建设中“有些平原河流的通航要求,很高“施工期通航不允许受阻“但河床又极易受到冲刷!因此“工程施工过程中“,河床基本上不允许受到束窄“或者只允许受到轻微束窄!在具有宽阔滩地的平原 可流上“枢纽布置设计时就将泄水建筑物布置在滩地上!枯水期河道水位比滩地 低“一期施工先围滩地“一般无需修建围堰“或者只需修建很低的围堰!滩地法施,工的一期导流泄水道是未被束窄的河床%枯水期“或略加束窄的河床%洪水期!,二期施工时的泄水道是滩地上已完建或未完建的混凝土建筑物!因此“滩地法可,6,5,$ &,&,水利水电施工工程师手册,77777777777777777777777777777777777777777777777777777777,图 !“# 梳齿孔导流示意图,$%&修建阶段第一期$(&修建阶段第二期$)完建阶段,*+围堰,+闸墩-+梳齿孔.+坝体/+闸门,视为分期导流的特例0,在 山 区 河 道 上 修 建 混 凝 土 坝 或 堆 石 坝 时1无 论 是 一 次 拦 断1或 者 是 分 期 导 流1只要基坑内正在施工的坝体允许过水1则可利用过水围堰淹没基坑宣泄部分 流量0淹没基坑导流只能作为一种辅助导流方式1其作用类似于缺口导流1不可 能当作独立的导流方式使用0,由于实际工程很少采用某种单一的导流方式1一般都是采用几种导流方法 的组合1所以1对于导流方式的命名与分类1还存在一些不同的看法0在国内外导 流工程实践中1明渠导流与分期导流往往较难区分0底孔也可用于一次拦断法的 后 期导流1但是1在分期导流中采用底孔的情况更加普遍1而且更具代表性0因 此1多数人均将底孔导流划入分期导流方式之中0,二 全段围堰法导流,全 段围堰法导流是指在河床外距主体工程轴线$如大坝2水闸等&上下游一 定的距离各修筑一道拦河堰体1使河道中的水流经河床外修建的临时泄水道或 永久泄水建筑物下泄1待主体工程建成或接近建成时1再将临时泄水道封堵或将 永久泄水建筑物的闸门关闭0,全段围堰法导流一般适用于枯水期流量不大1河道狭窄的中小河流1按其导,流泄水建筑物的类型可分为3明渠导流2隧洞导流2涵管导流等0,*4明渠导流,=,%,+,9,9,第一篇 导流工程 明渠导流是在河岸或河滩上开挖渠道!在基坑的上下游修建横向围堰!河道 的水流经渠道下泄!如图 “#$所示%这种施工导流方法一般适用于岸坡平缓或 有 一岸具有较宽的台地&垭口或古河道的地形时采用%如工程修建在河流弯道 上!截弯取直开挖明渠往往更为经济% 图 #( 明渠导流 “)水工建筑物轴线*+)上游围堰*,)下游围堰*$)导流明渠 布 置 导 流 明 渠!一 定 要 保 证 明 渠 中 的 水 流 顺 畅&泄 水 安 全&施 工 方 便&渠 线 短%为此!明渠进出口处的水流与原河道主流的交角宜小于,-.为保证明渠中水 流顺畅!明渠的弯道半径不宜小于 ,/0倍的渠底宽度%渠道的进出口与上下游 围堰间的距离不宜小于 0-1!以防止明渠进出口处的水流冲刷围堰的堰脚%为了 延长渗径!减少明渠中的水流渗入基坑!明渠与基坑之间要有足够的距离%导流 明渠最好是单岸布置!以利于工程施工% 导流明渠的断面形式一般多采用梯形断面!在岩石完整&渠道不深时!宜采 用矩形断面%渠道的过水能力取决于过水断面面积的大小和渠道的粗糙程度%为 了提高渠道的过水能力!导流明渠可进行混凝土衬砌!以减少糙率和提高抗冲刷 能力%渠道的过水断面面积可按下式计算,23,4 567,8“#“9,式中,2) 明渠过水断面面积81 9* 4) 导流设计流量81 :;* 567) 渠道中的允许流速81 :;% +隧洞导流 隧洞导流是在河岸边开挖隧洞!在基坑的上下游修筑围堰!施工期间河道的,6,6,水利水电施工工程师手册 77777777777777777777777777777777777777777777777777777777 水流由隧洞下泄!如图 “#$所示%这种导流方法适用于河谷狭窄&两岸地形陡 峻&地质条件良好&分期导流和明渠导流均难以采用的山区河流!特别是在深山 狭谷修建各类挡水建筑物!更是常用的导流方式%但是!由于隧洞的泄水能力有 限!汛期往往不能满足泄洪的要求!而在汛期施工渡汛时常需另外采取其他泄洪 渡汛措施!如采用过水围堰允许淹没基坑!或采用隧洞与其他导流泄水建筑物联 合泄洪渡污% 图 #( 隧洞导流示意图 )*+隧洞导流,)-+隧洞导流并配合底孔宣泄污期洪水 “.上游围堰,/.下游围堰,0.导流隧洞,1.底孔,$.坝轴线,2.溢流坝段,3.水电站厂房 隧洞是一种工程造价较高&工期长且施工过程又较为复杂的建筑物!往往会 影响施工总进度!应该提前完工保证导流时投入使用%在施工设计时!应尽可能 将施工导流洞与永久性水工隧洞结合!如将施工导流洞与灌溉&发电相结合%在,结合确有困难时!才考虑设置专用的导流隧洞!在导流任务完成后!便进行封堵%,导流隧洞的洞线选择!应充分考虑地形&地质&枢纽布置&水流条件等!即要 减少工程量&节省工程费用!又要方便施工便于管理%地质条件是洞线选择中首 要考虑的!一般隧洞应布置在岩石坚固没有断层或断层较少!且裂隙不发育以及,地下水不多的山体内%为使隧洞围岩的结构稳定!隧洞的埋置深度通常不小于 0,倍的洞宽或洞径%为提高隧洞的泄水能力!应注意改善沿内的水流条件,隧洞的,进出口用引渠与上下游河床水流衔接!引渠轴线与河道主流的交角宜小于 045,隧洞宜直线布置!必须设置弯道时!其转弯半径应大于 $倍的洞径或洞宽!弯道 前后设置的直线段的长度应大于 “4倍的洞径或洞宽%隧洞引渠的进出口距上下,:,9,第一篇 导流工程 ; 游围堰坡脚应有足够的距离!一般要求在 “#$ 以上!防止水流冲刷围堰的坡脚%,隧洞断面型式主要取决于地质条件及洞内水流流态%常用的断面有方圆形!,有时也采用圆形或马蹄形%方圆形断面放工方便!且底部矩形部分过水面积大!,和圆形断面相比!可在同一高程&同一洞径的条件下增大过水面积!减小截流落 差!有利于截流施工%但在地质条件差或地下水位高的情况下!方圆形断面衬砌 的边墙及底板将承受较大的应力!这时宜采用圆形或马蹄形断面%一般临时导流 隧洞可以根据地质条件全部衬砌&部分衬砌或不衬砌%当洞内流速高于#$()以 内!可作锚喷支护%对于地质条件较好&流速不大的隧洞可不作衬砌!但应在开挖 时采用光面爆破技术来减少糙率!提高隧洞的泄水能力*表 +,-.% /0涵管导流 涵管导流一般在修筑土坝&堆石坝等工程中采用%由于涵管的泄水能力较,小!因此一般用于导流流量较小的河流上或只用来担负枯水期的导流!如图+,1,所示% 图 2,3 涵管导流示意图 *4.平面图5*6.上游立视图 +7上游围堰57下游围堰5/7涵管587坝体,“,!,水利水电施工工程师手册,#,“,!,第一篇 导流工程,#,“,!,水利水电施工工程师手册,#,0,/,*,“,第一篇 导流工程 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111 导流涵管通常布置在靠河岸边的河床台地或岩基上!进水口底板高程常设 在枯水期最低的水位以上!这样可以不修围堰或只需修建一个小的子堰便可修 建涵管!待涵管建成后!再在河床处坝轴线的上下游修筑围堰!截断河水使上游 来水经涵管下泄“ 导流涵管一般采用的是门洞形断面或矩形断面型式“当河岸为岩基时!可在 岩基中开挖一条矩形沟槽!必要时加以衬砌!然后封上钢筋混凝土盖板!形成涵 管“当河岸为台地时!可在台地上开挖出梯形沟槽!然后在沟槽内修建钢筋混凝 土涵管“为了防止涵管外壁和坝内防渗体之间发生渗流!必须严格控制涵管外壁 处坝体防渗土料的分层压#夯$实质量!同时要在涵管的外壁每隔一定的距离设 置一道截水环!截水环与涵管连成一体同时浇筑!其作用是为了延长渗透水流的 路径!降低渗流的水力坡降!减小渗流的破坏作用“此外!涵管本身的温度缝或沉 陷缝中的止水也需认真处理“,一 %导流隧洞布设 &平面布置,第三节,导流水力计算,隧洞的平面布置!主要指隧洞路线选择“影响隧洞布置的因素很多!选线时!,应特别注意地质条件和水力条件!一般可参照以下原则布置“ #&$应将隧洞布置在完整%坚硬的岩石中!为了防止隧洞沿线可能产生的大 规模塌方!应避免洞轴线与岩层%断层%破碎带平行!洞轴线与岩石层面的交角最 好在 ()以上“ #+$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!隧洞宜 布置在凸岸!不仅可以缩短隧洞长度!而且水力条件较好“国内外许多工程均采 用这种布置“但是也有个别工程的隧洞位于凹岸!使隧洞进口方向与天然水流方 向一致“ #,$对于高流速无压隧洞!应尽量避免转弯“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 )倍洞宽!转折角应不大于 -.* 在弯道的上%下游!,c,b,!,: 9 7 9,水利水电施工工程师手册 dddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd 应设置直线段过渡!直线段长度一般也应大于 “倍洞宽# $%&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()上游进口处的 要求可酌情放宽# $“&当需要采用两条以上的导流隧洞时!可将它们布置在一岸或两岸#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# $*&隧洞进出口距上+下游围堰坡脚应有足够的距离!一般要求 “(, 以上# -.进出口高程与断面型式 隧洞应有足够的埋深!与永久建筑物之间有足够的距离!以避免受到基坑渗 水和爆破开挖的影响#进洞处顶部岩层厚度通常在 /0倍洞径之间#进洞位置 也可通过经济比较确定# 进出口底部高程应考虑洞内流态+截流+放木等要求#一般出口底部高程与 河底齐平或略高!有利于洞内排水和防止淤积影响#对于有压隧洞!底坡在/10 1者居多!这样有利于施工和排水#无压隧洞的底坡!主要取决于水力计算# 高土石坝施工时!因受到闸门最大作用水头的限制!可采用多层导流洞#例 如!前苏联的努列克坝!高达 /2,!布置有三层导流洞# 隧洞的断面型式主要取决于地质条件和设计流态!洞身断面常用门洞形$也 称方圆形&!有时也用圆形或马蹄形# .导流洞与永久洞的结合 由于导流洞的造价较高!通常总是尽可能与各种永久隧洞相结合#在国内外 一百多个结合实例中!导流洞改建为泄洪洞者占半数以上#其次还有改建为发电 引水洞+尾水洞和放空排沙洞等#,导流洞改建为永久泄洪洞!多采用斜井结合方式!俗称3龙抬头4式如图/52,所示#这种方式虽被广泛采用!但发生气蚀破坏的事例也不少#特别是早期兴建 的 工程!如鲍尔德$6789;9 ?a&坝泄洪洞+刘家峡 右岸泄洪洞等#气蚀破坏一般发生在反弧段与水平段连接处附近# 二 +导流隧洞水力计算 /.隧洞水流流态及其判别方法 隧 洞水力学计算!首先需判别水流流态!不同的流态!其水力计算方法也不,e,d,式中,第一篇 导流工程 ffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff 图 !“# 导流洞与永久泄洪洞相结合 $%导流隧洞&%泄洪洞&(%混凝土堵头 同)隧洞的水流流态有三种*即有压流+无压流+半有压流)根据上游水头与洞径 之比*其判别方法如下, -$.当 上 游 水 位 一 定*下 游 水 位 较 高*水 面 已 淹 没 出 口 洞 顶 时*全 洞 为 有 压 流) -.下游水位较低*隧洞出口为自由出流时*判别式如下, /012$3为无压流& /014$35为有压流& $354/014$3半有压流或半有压与有压交替发生的不稳定流) /% 从隧洞进口断面底部算起的上游水头*6& 1% 洞径-圆形.或洞高-矩形.*6) 上述判别条件仅供初步判别时参考使用*重要的工程应通过试验验证) 7有压流水力计算,-$.过水能力计算)有压流可分为自由出流和淹没出流)其判别可简化为,下游水位低于出口高程为自由出流&高于出口高程为淹没出流)其计算式分别如 下),自由出流,89:;?-/“=.,-$“.,式中,:% 流量系数-式 $“(.&,;% 隧洞出口过水断面面积*6& /% 上游水头*6& =% 隧洞出口断面水流平均势能*6) 令 =91*9a35ba3c5*若出口水流直接入大气*则 9a35&若出口是水 平扩散段*则 9a3c5&若出口是斜坡扩散段*则 9a35ba3c5) 当隧洞直径沿程不变*流量系数为,p,o,#,$,式中,6,a ,2,n,水利水电施工工程师手册 qqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq,!“,#,/#012,( + ,$%& ) * -. %&33 从进口到出口局部损失系数之和4可查有关水力计算手册或根 据模型试验确定5,)33 系数4)“,# #78 . 5,.33 水力半径495 +33 隧洞总长49:,淹没出流;,/#0-2,式中,33 上下游水位差495,!33 有压隧洞淹没出流的流量系数/其值与自由出流相同2: /2压坡线/即测压管水头线2计算:工程实践中4常需计算有压隧洞中压强 沿程变化情况4特别是最大最小值及其出现位置:为此4需绘制总水头线和测压 管水头线4总水头线是指各断面总水头值/?“$7$bc7(2的连线5测压管 水 头线/即压坡线2是指各断面测压管水头/$7a的连线:对断面不变的洞 段4总水头线和压坡线均为直线4所以只需计算出断面变化处/如进出口d转弯及 断面突变处2的总水头和测压管水头4然后以直线相连4即得全洞总水头线和压 坡线: 设出口断面底板高程为基准面4绘制总水头线和压力坡线:如果压力坡线低 于隧洞顶部4则区段出现负压4需修改设计4以消除负压: 1e无压水力计算,/#2短洞与长洞:视洞长对过水能力影响与否4将无压隧洞分为长洞与短洞:,其判别方法如下; f 当底坡为缓坡时4+g/hi#2j 时为长洞4+k/hi#2j 时 为 短 洞4其 中 +为隧洞长4/925j 为上游水头4/92: l当底坡为陡