水利项目施工导流对工期和造价的影响

项目一　施工导流

一、施工导流的基本概念

水工建筑物一般都在河床上施工，为了避免河水对施工的不利影响，创造必要的干地施工条件并尽量满足各部门的用水要求，需要修建围堰围护基坑，将原河道中各个时期的水流按预定方式、时间、地点加以控制，并将部分或全部的水流安全地导泄向下游或拦蓄起来，这种工作就叫施工导流。

施工导流是水利水电工程建设中必须妥善解决的重要问题，它直接关系到工程的施工进度，影响到工程施工方法的选择、场地的布置及工程的造价。合理的导流方式，可以加快施工进度，缩短工期，降低造价；否则，不仅达不到导流目的，还有可能造成灾害。例如，选择导流流量过小，汛期可能导致围堰失事，轻则使建筑物、基坑、施工场地受淹，影响施工正常进行，重则会使主体建筑物遭到破坏，威胁下游居民生命和财产安全；如果选择流量过大，又必然增加导流建筑物的费用，提高工程造价，造成浪费。影响施工导流的因素比较多，通常有水文、地质及地形特点，所在河流施工期间的灌溉、通航、过木等要求，水工建筑物的组成和布置，施工方法与施工布置，当地材料供应条件等等。

二、施工导流的主要任务

施工导流设计的主要任务就是在周密地分析研究水文、气象、地形、地质、枢纽布置及施工条件等基本资料前提下，划分导流时段，选定导流标准，确定导流设计流量，选择导流方案及导流挡水、泄水建筑物的形式，确定导流建筑物的布置、构造与尺寸；拟定导流挡水建筑物的修建、拆除与泄水建筑物的堵塞方法；制定河道截流、拦洪度汛与基坑排水措施等。

三、施工导流的基本方法及类型

施工导流的基本方法大体可分为三类：一类是全段围堰法导流，即用围堰拦断河床，全部水流通过事先修好的导流泄水建筑物流走；另一类是分段围堰法，即水流通过被束窄的河床下泄，后期通过坝体预留缺口、底孔或其他泄水建筑物下泄。但不管是分段围堰法还是全段围堰法导流，当挡水围堰可过水时，也可采用淹没基坑的特殊导流方法。这里分别介绍这三种基本的导流方法。

（一）全段围堰法导流

全段围堰法就是在河床主体工程的上、下游一定距离的地方分别各建一道拦河围堰，使河水经河床以外的临时或者永久性泄水道下泄，主体工程就可以在排干的基坑中施工，待主体工程建成或者接近建成时，再将临时泄水道封堵。该法一般应用在河床狭窄、流量较小的中小型河道上，在大流量的河道上，只有地形、地质条件受限，采用其他导流方法明显不利时才考虑此法导流。这种导流方式的基本特点是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；其优点是施工现场的工作面比较大，主体工程在一次性围堰的围护下就可以建成。在枢纽工程中，如果能够利用永久泄水建筑物结合施工导流时，采用此法往往比较经济。

这种导流方法一般又根据其导流泄水建筑物的类型不同，可分为明渠导流、隧洞导流、涵管导流、渡槽导流等，由于这些泄水建筑物一般不占据主河道位置，而且多半位于河床旁侧或河床外，所以也可称其为河床外导流。

1.明渠导流

明渠导流是在河岸或滩地上开挖渠道，在基坑上下游修筑围堰，河水经渠道下泄。它用于岸坡平缓或有宽广滩地的平原河道上。

（1）明渠导流的适用条件

如坝址河床较窄，或河床覆盖层很深，分期导流困难，且具备下列条件之一者，都可考虑采用明渠导流。

河床一岸有较宽的台地、垭口或古河道；

导流流量大，地质条件不适于开挖导流隧洞；

施工期有通航、排冰、过木等要求；

总工期紧，不具备洞挖经验和设备。

国内外工程实践证明，在导流方案比较过程中，如明渠导流和隧洞导流均可采用时，一般是倾向于明渠导流，这是因为明渠开挖可采用大型设备，加快施工进度，对主体工程提前开工有利。对于施工期间河道有通航、过木和排冰等要求时，明渠导流更是明显有利。

（2）导流明渠的基本布置

导流明渠布置可分为在岸坡上和在滩地上两种布置形式。如图2－1所示。

图2－1　明渠导流示意图

（a）在岸坡上开挖的明渠；（b）在滩地上开挖并设有导墙的明渠
1.导流明渠；2.上游围堰；3.下游围堰；4.坝轴线；5.明渠外导墙

导流明渠轴线的布置。导流明渠应布置在较宽台地、垭口或古河道一岸；渠身轴线要伸出上下游围堰外坡脚，水平距离要满足防冲要求，一般为50～100 m；明渠进出口应与上下游水流相衔接，与河道主流的交角以30°为宜；为保证水流畅通，明渠转弯半径应大于5倍渠底宽；明渠轴线布置应尽可能缩短明渠长度和避免深挖方。

明渠进出口位置和高程的确定。明渠进、出口力求不冲、不淤和不产生回流，可通过水力学模型试验调整进出口形状和位置，以达到这一目的；进口高程按截流设计选择，出口高程一般由下游消能控制；进、出口高程和渠道水流流态应满足施工期通航、过木和排冰等要求；在满足上述条件下，尽可能抬高进出口高程，以减少水下开挖量。

（3）导流明渠断面设计

明渠断面尺寸的确定。明渠断面尺寸由设计导流流量控制，并受地形地质和允许抗冲流速影响，应按不同的明渠断面尺寸与围堰的组合，通过综合分析确定。

明渠断面形式的选择。明渠断面一般设计成梯形，渠底为坚硬基岩时，可设计成矩形。有时为满足截流和通航不同目的，也有设计成复式梯形断面。

（4）明渠封堵

导流明渠结构布置应考虑后期封堵要求。当施工期有通航、放木和排冰任务，明渠较宽时，可在明渠内预设闸门墩，以利于后期封堵。

2.隧洞导流

一般山区河流，河谷狭窄，两岸地形陡峻，山岩坚实，采用隧洞导流较为普遍。但由于隧洞的泄水能力有限，造价比较昂贵和施工比较复杂，所以导流隧洞最好与永久隧洞相结合，统一布置，进行设计，一般在汛期泄水时均另找出路或采用淹没基坑方案。通常永久隧洞的进口高程较高，而导流隧洞的进口高程比较低，此时，可开挖一段低高程的导流隧洞与永久隧洞低高程部分相连，导流任务完成后的将导流隧洞进口段堵塞，不影响永久隧洞运行。这种布置，俗称“龙抬头”。例如我国陕西金盆水库的导流隧洞就与永久泄洪隧洞结合起来进行布置。只有当条件不允许时，才专为导流开挖隧洞，导流任务完成后还需将它封堵。隧洞导流的布置形式如图2－2。

图2－2　隧洞导流示意图

（a）平面图；（b）剖面图
1.隧洞；2.坝轴线；3.围堰；4.基坑

导流隧洞的布置，决定于地形、地质、枢纽布置以及水流条件等因素。具体要求和水工隧洞类似。但必须指出，为了提高隧洞单位面积的泄流能力，减小洞径，应注意与上下游水流相衔接，与河道主流的交角以30°左右为宜；隧洞最好布置成直线，若有弯道，其转弯半径以大于5倍洞宽为宜，否则，因离心力作用会产生横波，或因流线折断而产生局部真空，影响隧洞泄流。隧洞进出口与上下游围堰之间要有适当距离，一般宜大于50 m，以防隧洞进、出口水流冲刷围堰的迎水面。一般临时的导流隧洞，若地质条件良好，多不作专门衬砌。为降低糙率，应推广光面爆破，以提高泄量，降低隧洞造价。(www.xing528.com)

图2－3　涵管导流示意图
1.导流涵管；2.上游围堰；3.下游围堰；4.土石坝

3.涵管导流

涵管导流一般在修筑土坝、堆石坝中采用。涵管通常布置在河岸岩滩上，其位置在枯水位以上，这样可在枯水期不修围堰或只修一小围堰而先将涵管筑好，然后再修上下游全段围堰，将河水引经涵管下泄。如图2－3所示。

涵管一般是钢筋混凝土结构。当有永久涵管可以利用或修建隧洞有困难时，采用涵管导流是合理的。在某些情况下，可在建筑物基岩中开挖沟槽，必要时予以衬砌，然后封上混凝土或钢筋混凝土顶盖，形成涵管。利用这种涵管导流往往可以获得经济可靠的效果。由于涵管的泄水能力较低，所以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任务。

为了防止涵管外壁与坝身防渗体之间的渗流，通常在涵管外壁每隔一定距离设置截流环，以延长渗径，降低渗透坡降，减少渗流的破坏作用。此外，必须严格控制涵管外壁防渗体的压实质量。涵管管身的温度缝或沉陷缝中的止水必须认真施工。

4.渡槽导流

所谓渡槽导流就是在上下游围堰之间架设渡槽，用以宣泄河床水流。这种方式适用于河床窄、流量小、施工期短及无法利用输水建筑物的低坝。渡槽导流具有结构简单、建造迅速的优点，但对基坑施工有一定干扰，进出口和槽身连接处容易漏水。对于水闸，采用此法时，可将槽身设在闸孔中，以防干扰。渡槽一般采用木质矩形断面，用纵向铺设的木板拼制，其进、出口直接支撑在上下游围堰上，具体布置如图2－4所示。

图2－4　渡槽导流示意图

（a）平面图；（b）剖面图
1.坝轴线；2.上游围堰；3.下游围堰；4.渡槽

（二）分段围堰法导流

分段围堰法导流，也称分期围堰法导流或河床内导流，就是用围堰将建筑物分段分期围护起来进行施工的方法。图2－5是一种常见的分段围堰法导流示意图。

图2－5　分期导流布置示意图

（a）一期导流（束窄河床导流）；（b）二期导流（底孔与缺口导流）
1.一期围堰；2.束窄河床；3.二期围堰；4.导流底孔；5.坝体缺口；6.坝轴线

所谓分段就是从空间上将河床围护成若干个干地施工的基坑段进行施工。所谓分期，就是从时间上将导流过程划分成阶段。见图2－6所示为导流分期和围堰分段的几种情况，从图中可以看出，导流的分期数和围堰的分段数并不一定相同，因为在同一导流分期中，建筑物可以在一段围堰内施工，也可以同时在不同段内施工。必须指出，段数分的越多，围堰工程量愈大，施工也愈复杂；同样，期数分的愈多，工期有可能拖得愈长。因此在工程实践中，二段二期导流法采用得最多（如葛洲坝工程、三门峡工程等都采用）。只有比较宽阔的通航河道上施工，不允许断航或其他特殊情况下，才采用多段多期导流法（如三峡工程施工导流就采用的是二段三期的导流法）。

图2－6　导流分期与围堰分段示意图

（a）二期施工；（b）三期施工

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ—表示施工分期

分段围堰法导流一般适用于河床宽阔、流量大、施工期较长的工程，尤其在通航河流和冰凌严重的河流上。这种导流方法的费用较低，国内外一些大、中型水利水电工程采用较广。分段围堰法导流，前期由束窄的原河道导流，后期可利用事先修建好的泄水道导流，常见泄水道的类型有底孔、缺口等。

1.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做为泄水道，是二期导流经常采用的方法。导流时让全部或部分导流流量通过底孔宣泄到下游，保证后期工程的施工。如是临时底孔，则在工程接近完工或需要蓄水时要加以封堵。底孔导流的布置形式见图2－7所示。

采用临时底孔时，底孔的尺寸、数目和布置，要通过相应的水力学计算确定，其中底孔的尺寸在很大程度上取决于导流的任务（过水、过木和过鱼等），以及水工建筑物结构特点和封堵用闸门设备的类型。底孔的布置要满足截流、围堰工程以及本身封堵的要求。如底坎高程布置较高，截流时落差就大，围堰也高。但封堵时的水头较低，封堵措施就容易。一般底孔的底坎高程应布置在枯水位之下，以保证枯水期泄水。当底孔数目较多时可把底孔布置在不同的高程，封堵时从最低高程的底孔堵起，这样可以减少封堵时所承受的水压力。临时底孔的断面形状多采用矩形，为了改善孔周的应力状况，也可采用有圆角的矩形。按水工结构要求，孔口尺寸应尽量小，但某些工程由于导游流量较大，只好采用尺寸较大的底孔。

底孔导流的优点是挡水建筑物上部的施工可以不受水流的干扰，有利于均衡连续施工，这对修建高坝特别有利。若坝体内设有永久底孔可以用来导流时，更为理想。底孔导流的缺点是：由于坝体内设置了临时底孔，使钢材用量增加；如果封堵质量不好，会削弱坝体的整体性，还有可能漏水；在导流过程中底孔有被漂浮物堵塞的危险；封堵时由于水头较高，安放闸门及止水等均较困难。

图2－7　底孔导流

（a）二期施工时下游立视图；（b）底孔纵断面；（c）底孔水平剖面
1.二期修建坝体；2.底孔；3.二期纵向围堰；4.封闭闸门门槽；5.中间墩；6.出口封闭门槽；7.已浇筑的混凝土坝体

2.坝体缺口导流

混凝土坝施工过程中，当汛期河水暴涨暴落，其他导流建筑物不足以渲泄全部流量时，为了不影响坝体施工进度，使坝体在涨水时仍能继续施工，可以在末建成的坝体上预留缺口如图2－8所示，以便配合其他建筑物渲泄洪峰流量，待洪峰过后，上游水位回落，再继续修筑缺口。所留缺口的宽度和高度取决于导流设计流量、其他建筑物的泄水能力、建筑物的结构特点和施工条件。采用底坎高程不同的缺口时，为避免高低缺口单宽流量相差过大，产生高缺口向低缺口的侧向泄流，引起压力分布不均匀，需要适当控制高低缺口间的高差。根据湖南省柘溪工程的经验，其高差以不超过4～6 m为宜。在修建混凝土坝，特别是大体积混凝土坝时，由于这种导流方法比较简单，常被采用。

图2－8　坝体缺口过水示意图
1.过水缺口；2.导流隧洞；3.坝体；4.坝顶

（三）淹没基坑法导流

这是一种辅助导流方法，在全段围堰法和分段围堰法中均可使用。山区河流特点是洪水期流量大、历时短，而枯水期流量则很小，水位暴涨暴落、变幅很大。若按一般导流标准要求来设计导流建筑物，不是挡水围堰修得很高，就是泄水建筑物的尺寸要求很大，而使用期又不长，这显然是不经济的。在这种情况下，可以考虑采用允许基坑淹没的导流方法，即洪水来临时围堰过水，若基坑被淹没，河床部分停工，待洪水退落，围堰挡水时再继续施工。这种方法，基坑淹没所引起的停工天数不长，施工进度能保证，在河道泥沙含量不大的情况下，导流总费用较节省，一般是合理的。

另外，实际工程中所采用的导流方法和泄水建筑物的形式，除了上面提到的以外，还有其他多种形式。例如在平原河道河床式电站枢纽中，利用电站厂房导流；在有船闸的枢纽中，利用船闸闸室导流等。