淺談水利水電施工導流及圍堰工程設計

鄧龍洲

（遼寧省水資源管理集團有限責任公司，遼寧 沈陽 117200）

隨著我國社會經濟的快速發展，水利水電工程項目建設的數量也在不斷增多，不僅能夠改善人民群眾的生活品質，而且也能夠提高水資源的宏觀調控。現有的水利水電施工項目已經無法滿足人們的實際使用需求，必須加大對于新建水利工程的綜合運用。施工導流是當前水利水電工程建設過程中的重要環節，但由于施工技術及施工條件的限制，經常會受到洪澇災害等方面影響，對水利工程運行安全產生不利影響，合理的對施工導流及圍堰工程進行設計已成為保障水利項目可持續發展的重要前提條件。

1 施工導流與圍堰概述

1.1 施工導流

施工導流主要分為三個部分，首先要擬定施工導流具體措施，在保障圍堰施工質量之后，要使得水流能順利導流，此階段要確認河床基本位置。其次要進行施工導流操作，要對汛期河水深度及大壩基本高度對注水量的影響進行判定，此過程可提升水利工程施工項目的防洪能力。最后結合施工導流活水進行設計，將水壩各項操作完成，在此過程中要對設計高度進行核算控制[1]。

1.2 施工圍堰

在水利工程項目施工建設過程中，需合理應用施工技術。將砂料等通過自卸車運輸到圍堰要填筑施工的場地中，然后應用挖掘機與推土機聯合鋪設施工，在鋪設過程中要對鋪設材料壓實度及厚度進行控制與管理。完成施工之后，要進行抽水與排水，對施工進度進行控制。封堵施工操作結束之后，要對邊坡進行處理，圍堰施工結束之后將縱向圍堰與終端進行連接，然后進行檢查與處理，確保施工穩定進行。

2 施工導流與圍堰常見形式

2.1 施工導流

2.1.1 全段圍堰法施工導流

全段導流是結合圍堰采取一次性截斷河床。在水利工程項目施工建設過程中，可以在上下游位置各設置一道圍堰，能滿足水流路徑基本變化要求。此類方式能對水流路徑進行控制。項目實際施工建設過程中要對河流區域基本水文特點以及地質情況進行分析，對不同方案進行對比，選取最佳的工程導流方法[2]。

2.1.2 分段圍堰法施工導流

分段圍堰法大多發生在河床較寬或流量較大的工程中。要想保障此類施工技術措施應用價值全面發揮，要對施工項目進行合理劃分，對施工特點以及施工具體情況進行分析，保障各項工作能有效落實。這樣才能促使水利工程施工滿足質量要求，在河床圍堰建設中，要想提升截斷河流的基本效果，可以在自然狀態下對河水引流，相關人員便于對泄水量進行有效控制與調節。

2.2 施工圍堰

2.2.1 混凝土圍堰

混凝土具有良好的防滲性與抗沖擊性，在圍堰施工中要充分發揮混凝土基本特性，提升工程的耐久性。當前水利工程項目中較多建筑結構都是混凝土結構，混凝土圍堰能優化圍堰連接性與基本防滲性能。

2.2.2 木板樁圍堰

木板樁圍堰能在小面積、深度較淺的基坑施工中進行應用，通過木板圍堰能避免圍堰工程發生滲漏問題。在實際應用中更多的是榫槽，通過榫槽能將木板樁無縫連接為一個整體。要對工程水流情況進行控制，在單層木板圍堰施工中要應用木板樁內部結構，使得木板樁圍堰實際受力更加平衡，提升圍堰施工穩定性，提高水電工程項目施工建設質量。

2.2.3 鋼板樁格型圍堰

鋼板樁格型圍堰主要是由主隔體與聯弧段組成，在鎖口方式上進行連接，然后選取相應透水性材料對主體格進行有效填充。在施工過程中，具體施工技術工藝有定位、模架支柱設置、鋼板樁搭設、填充材料、取出支柱與模架。

3 施工導流與圍堰設計

合理的導流方式可以為主體工程的施工提供良好的工程環境，確保工程安全度汛和順利實施，某些情況下，導流方式可以直接影響甚至決定主體工程的設計方案。然而，實際施工中，導流方式不僅受壩址區地形地質條件、洪水大小、主體工程設計方案、工期要求、圍堰本身施工條件的影響，還需要滿足大壩截流、攔洪、蓄水等要求以及不同階段移民搬遷的要求，因此，必須經過分析和比較，才能制定出合理的導流方案。

3.1 洪水標準計算

結合工程區當地的水文資料，對洪水洪峰、洪量建立相關方程：

式中：Qm為洪峰流量，m3/s；Wi為第 i日的洪水總量，億 m3。

洪水洪量與洪峰關系建立相關方程：

式中：W為分別為洪水總量，億m3；Qm為天然洪峰流量，m3/s。

以上方程相關系數根據工程實際情況確定，不同的參數對應不同的洪水標準。

3.2 導流泄洪能力計算

當 H/d＜τpc時為明流；當 H/d≥τFc時為有壓流；當 τpc≤H/d＜τpc時為半有壓流。以有壓流為例，為簡化計算，一般假定各個隧洞的導流能力相同，計算過程如下：

（1）先假定一個流量，查出其對應的下游水位H下，判斷其為淹沒出流還是自由出流。

（3）根據（2）計算的上游水位判斷其是否為有壓流，進而對所求值進行取舍。

3.3 尺寸確定

3.3.1 圍堰高程確定

下游圍堰高度由式（1）確定：

式中：Hd為下游圍堰高度；H下為下游水位高；ha為波浪爬高；δ為圍堰的安全超高。

上游圍堰高程由式（2）確定：

式中：Hu為下游圍堰高程；H下為下游水位高程；ha為波浪爬高；δ為圍堰的安全超高；z為上下游水位差。

3.3.2 導流面積計算

據統計，國內導流隧洞單位面積過水流量一般在6～20 m3/（s·m2），則按隧洞允許最大流速控制[v]進行計算最小過水面積。

3.4 調洪演算

依據施工方案擬定的設計洪水以及導流能力等資料，并配合導流方案中的構筑物形式、尺寸及高程，進行施工導流及圍堰工程的調洪能力驗算。

溢洪道出流公式為：

式中：b為溢洪道凈寬；H為堰上水頭；m為流量系數，取值0.34。

調洪計算采用水量平衡方程進行：

式中：Q1、Q2為計算時段始末入庫流量；q1、q2為計算時段始末出庫流量；V2、V1為計算時段始末壩塘庫容量；△t為計算時段長，△t=1 h。

4 結論及建議

導流及圍堰施工是水利水電工程施工導流及圍堰施工的重要環節。在其設計過程中應注意在洪水、導流能力計算過程中，緊密結合每個工程的實際情況，選取計算參數，將導流及圍堰工程尺寸控制在能夠滿足要求的范圍內。

（1）洪水標準。洪水標準計算與其參考資料密切相關，應充分收集工程區的水文資料，并進行推演，為洪水計算提供精確、充足的數據依據。同時，在計算時，應結合當地實際情況，精確選擇計算的相關系數。

（2）導流能力。導流泄洪能力在計算過程中，應明確該水流類型，并結合不同流體類型進行導流計算，確保導流及圍堰工程有足夠的能力調節當地洪水流量。

（3）尺寸確定。尺寸確定與（1）、（2）的計算結果密切相關，不僅應該滿足洪水標準，保證導流能力，還應滿足經濟性需求，將導流圍堰尺寸控制在合適的范圍之內。

5 結語

水利工程項目施工建設中，導流和圍堰施工技術應用是項目建設的核心，施工質量高低對工程項目資源優化以及擴大經濟效益具有重要作用。在實際施工過程中，應對其進行計算，不僅保證導流工程能夠滿足工程要求，還要滿足工程經濟性需求，為水利水電工程施工提供安全的施工環境。