水电工程中截流方式浅谈

1、    水电工程中截流方式浅谈    梁礼绘摘 要：目前国内进入水电工程建设高峰，相关施工、设计、监理等单位正逐步进入国际市场，开展相关水电工程导流、截流、施工组织等分析研究，采取合理与科学的截流施工方法，为国际工程截流的工期进度、质量等提供经验及技术支撑。关键词：截流方式 水力指标 立堵法：tm62 ：a ：1672-3791（2014）12（c）-0033-03水利水电工程常用戗堤法进行河道截流，即在流水中抛填石渣、块石、石笼、预制混凝土块等截流料物构筑戗堤截断河道水流，同时迫使河水改道从已建分流建筑物下泄。截流方式可归纳为戗堤法截流和无戗堤法截流两

2、种。戗堤法主要有立堵法和平堵法，还有衍生出来的平立堵混合截流法等其他方法。无戗堤法截流主要有建闸截流、定向爆破、浮运结构截流等。截流方式的选择往往取决于截流难度水力指标或截流施工机械设备，该文主要论述截流难度及立堵截流法。1 截流难度水力指标截流水力学计算包括截流过程中各阶段上游水位，口门流量、落差、流速等水力参数及抛投材料稳定计算等。截流水力学试验性很强，截流水力学计算公式中计算系数值甚至计算表达式大多是通过模型试验得出的，有些还通过原型观测验证。由于截流过程中复杂的动态变化的水力条件，理论和计算皆难以准确表达和定量，截流水力学计算具有相当程度的局限性和近似性。所以大、中型截流工程一般应通过

3、水工模型试验验证并对复杂技术问题进行试验研究。大型截流工程在截流实施过程中尚应进行原型观测，其目的主要是对动态变化和水流边界条件和水力要素进行实时监测，根据变化了的水情和水流边界条件，拟定对策措施，指导施工顺利开展。截流水力学计算包括截流施工过程中各阶段上游水位，口门泄流量、落差、流速、水深、最大单宽流量等水力参数。1.1 截流难度的定义迄今为止，国内外鲜有资料精确定义截流难度，一般文献资料中多有对“截流困难段”的提及，其判别方式往往是通过考量龙口最大落差、最大流速或最大单宽等进行综合判定，由于这种多参数的综合判定难以找到临界值（或者难以确定哪个参数是控制因素），从而导致在截流设计或者截流施工

4、中对困难段的选取随意性较大，继而造成困难段抛投材料浪费，且实际截流施工过程中以上参数并不能直观表现，不利指导现场施工。截流难度的实质是截流抛投材料的稳定性问题。即假定将同一标准特性块体抛入a龙口，其迅速稳定（或流失量较少），而将其抛入b龙口，其不能稳定（或大量流失），那么a龙口的截流难度显然小于b龙口。截流抛投材料的稳定主要涉及如下两个问题。（1）标准特性截流块体及其抛投时刻如何选取？（2）该块体的稳定性具体判别数值是多少，其对应的难易程度是什么？1.2 截流难度判别指标为便于统一判别标准，并利于实际截流施工操作，应对判别指标相关的边界条件进行统一。1.2.1 标准块体及抛投时刻（1）抛投标准

5、块体时刻。统计资料表明，立堵截流最困难阶段是即将出现三角形断面的时刻。如果将抛投条件定义为形成三角形龙口的时刻，虽然比较容易判断并便于操作，但是可能错过最困难的截流时刻，理应在最困难时刻出现之前获知截流难度。初步设想将抛投时刻选择为：龙口宽度为4h的时刻（h为戗堤高度），具体取值有待进一步研究探讨。抛投标准块体时刻如图1所示。（2）标准块体。标准块体的选用应具有通用性和利于操作，并便于稳定计算分析以便获得判断指标。为方便计算暂定标准块体为边长为1m的混凝土立方体。1.2.2 稳定性判别指标将抛投材料沉入河底（或截流堆石体）后，经过移动某一距离（这个距离不长，在截流抛石体设计断面以内，有时这个距

6、离甚至趋近于零）而后稳定下来，并且不再起动，则称这个抛投材料是稳定的。根据以上定义，则判别稳定与否的最终标准为抛石冲距。根据一些试验及理论分析，抛石冲距可按以下公式计算：。式中：抛石冲距，；所抛块石的水力粗度，；沿水深方向的垂线平均流速，；龙口水深，。根据上式可知，冲距是、及的函数，而水力粗度为常量（当块径确定后，即采用标准抛投块体），而、在流量及龙口宽度确定后亦可求得，则最终可求解抛石冲距。抛石冲距可按下式求解：。式中：（按边长1m混凝土立方体计算）（忽略行近流速）由上两式可得：取m=0.32，则有：。由上式可见，抛石冲距是龙口水深的函数。根据对抛投块体稳定性的定义可知，当时（假定戗堤坡比为

7、1：1.5）则抛投块体将留置于截流戗堤内，那么认为该抛投材料稳定，反之该抛投材料不稳定，即：。综上可得：（1）若采用抛投材料稳定性对截流难度进行定义，则龙口水深是衡量截流难度的标准。（2）在抛投标准时刻（龙口顶宽4h时）对龙口水深进行计算，若，则认为标准抛投材料（边长为1m的混凝土立方体）是稳定的，反之不稳定。2 立堵截流类型及其适用条件立堵截流是指利用自卸汽车配合推土机等机械设备，由河床一岸向另一岸，或由两岸向河床中间抛投各种物料形成戗堤，逐步进占束窄过水口门，直至合龙截断水流。由于抛投进占系在戗堤顶面的干地上进行，有利于采取适宜的抛投技术。但龙口单宽流量随龙口缩窄而增大，流速也相应增高，直

8、至最后接近合龙时方急剧下降，故水力学条件较之平堵截流为差。另外，由于端部进占工作面积相对较小，故抛投施工强度受到限制。endprint立堵截流是我国水利水电工程截流的传统方法，鉴于目前大容量装载、运输机械在国内大型水利水电工地的普遍使用，抛投施工强度及块体粒径大小已不是制约因素，立堵截流应予优先采用。20世纪80年代以来，国内外水利水电工程截流已趋向于采用立堵法或立堵法为主的截流方法。根据进占方向、戗堤数量及戗堤顶宽等分类方法，立堵截流又可细分为数类，具体分类见图2。2.1 单向进占立堵截流顾名思义，单向进占立堵截流是指利用截流机械设备，由河床一岸向另一岸抛投各种物料形成戗堤，逐步进占束窄过水

9、口门，直至合龙截断水流，见图3。2.2 双向进占立堵截流双向进占立堵截流是指利用截流机械设备，由河床两岸向河中抛投各种物料形成戗堤，逐步进占束窄过水口门，直至合龙截断水流，见图4。2.3 单戗堤立堵截流单戗堤立堵截流是立堵截流方式的一种，截流时只布置一个戗堤，该戗堤一般布置在上游围堰内，见图5。2.4 双戗堤立堵截流在立堵截流中，当截流流量、落差都很大的条件下，可选择双戗堤甚至多戗堤立堵。截流时布置两个戗堤，两个戗堤一般分别布置在上、下游围堰内，个别工程也有将戗堤布置在基坑范围内，见图6。2.5 多戗堤立堵截流由于截流难度太大，从而布置多个截流戗堤，以期每个戗堤分的那一定落差，从而降低截流难度

10、，见图7。2.6 普通戗堤立堵截流本段所述普通戗堤指戗堤顶宽，并且相对宽戗堤而言。戗堤顶宽主要根据截流进占施工强度的需要及施工车辆等要求，经分析确定。参照国内外立堵截流经验，堤头有2个卸料点同时供10t级自卸汽车抛投，顶宽一般为1015m；堤头有3个卸料点同时供自卸汽车（配合使用推土机）抛投，顶宽一般为1520m；当用30t级以上自卸汽车时，为2025m。依此类推，抛投强度越大，堤顶宽度越大。2.7 宽戗堤立堵截流常规立堵截流的戗堤顶宽一般不超过2025m，因此从传统习惯上看，戗堤顶宽达30m以上者，可以称为宽戗堤。从水力学观点看，戗堤加宽后，增加了龙口的水流沿程磨阻损失，可以降低龙口水流流速

11、；从施工上看，戗堤顶宽加大后可以提高截流抛投强度，并有利于抑制抛投截流材料的流失。宽戗堤的宽度效应也并非愈大越好，而是在a/h（戗堤顶宽/龙口水头）略大于23后，宽度效应反映已趋明显，继续增宽，宽度效应并未成比例增大。一般当a/h小于23到a/h略大于23范围内，宽度效应反映最明显。这时龙口内一般都能形成淹没流，可以充分发挥宽戗堤截流的优越性。3 结语目前国际工程项目越来越多，而相应的水文等设计基础资料匮乏，如老挝南欧江梯级工程，河水陡涨陡落，2013年枯期遭遇100年一遇洪水，汛期遭遇10年一遇洪水，截流时需引起足够的重视和警惕，避免发生施工事故。该文浅谈了各种截流方式，对国内外水电站工程具有一定的借鉴作用。参考文献1 sl623-201