施工导流方案的设计与选择

施工组织总设计中的施工导流设计，应充分掌握基本资料，全面分析各种因素，选择技术上可行，经济上合理并能使工程尽早发挥效益的导流方案。

施工导流设计应妥善解决从初期导流到后期导流施工全过程中的挡、泄、蓄水问题。对各期导流特点和相互关系进行系统分析，全面规划，统筹安排，处理洪水与施工的矛盾。对大型或有特殊要求的水利水电工程可进行风险程度分析。

2.1.1　施工导流设计的主要内容和需要的基本资料

2.1.1.1　施工导流设计主要内容和步骤

水利水电工程的施工过程是与洪水作斗争并选择最佳方案战胜洪水的过程，通常需要进行施工导流，这是区别于其他工业与民用建筑工程、施工的主要特点。施工导流设计是水利水电工程施工组织设计的比较重要的环节之一，其内容是编制施工总进度计划的主要依据。正确选择施工导流方案，不仅对降低工程造价，控制施工工期，提高工程质量，保证施工安全具有重大的影响，而且也影响到坝址、坝型和枢纽布置方案的选择。

施工导流的设计步骤和主要内容包括：

1.设计资料的分析与整理

设计资料包括自然资料、施工条件、社会经济资料等。自然资料包括地形、地质、水文、气象等资料；施工条件包括施工场地、对外交通、施工期通航等；社会经济资料包括主要材料价格、人力资源情况等。

2.施工导流标准及设计流量的选择

施工导流标准及设计流量选择应根据工程项目规模按相关规范进行选定。

3.施工导流方式、方案的选择

不同的导流方式、不同的导流方案的拟订及规划，主要包括：方案的规划布置；河床水工建筑物的施工控制性进度；导流建筑物形式、轮廓尺寸、工程及造价估算等；比较各方案的技术经济指标及主要优点缺点，权衡其优缺点选定方案。

4.选定方案设计

选定方案设计主要内容包括：导流程序及控制性施工总进度编制，各期导流规划布置，水力学计算和调洪演算，工程量计算，度汛、拦洪、排水、水库初期蓄水设计等。

5.导流建筑物设计

导流工程挡水、泄水建筑物形式的比较选择，选定方案的布置，断面结构尺寸、主要高程的确定；围堰接头，堰基处理及防渗、防冲设计；稳定和应力分析；泄洪消能设计；工程量计算；主要导流建筑物施工设计。

6.截流设计

截流设计主要内容包括：截流时间，设计流量；方案比选；选定方案的施工布置、设备、材料的设计。

7.基坑排水设计

基坑排水设计根据水文地质条件分析各期排水量；排水设备的选型与需要量的计算；各期基坑排水规划布置。

8.施工期河道通航、过木规划设计

施工期河道通航、过木规划设计主要内容包括：施工期通航、方案的比较选择；研究与永久建筑物结合的可能性和合理性；选定方案的形式与布置、主要结构尺寸、工程量及相应设备的设计。

9.下闸蓄水设计

导流泄水建筑物的封堵，初期水库蓄水设计，下游工业、农业、生活供水方案的比较选择。

2.1.1.2　施工导流设计需要的基本资料

1.水文、气象资料

水文、气象资料主要包括：坝址附近的气温、风速、风向，历年、分月、多年平均降雨量，历年最大暴雨强度等。

2.坝址地形、地质资料

坝址地形、地质资料主要包括以下内容：

（1）坝区1∶500～1∶2000地形图、1∶2000～1∶5000施工场地地形图，其比例尺大小据地形开阔程度及设计阶段而定。

（2）坝址地质平面图、纵横剖面图及基岩等值线图。

（3）围堰地基地质剖面图，并提供河床覆盖层钻孔资料、深度变化、组成成分、颗粒级配、渗透系数、崩石尺寸、摩擦系数、允许承载力等资料。

（4）导流隧洞、涵洞、明渠的地质剖面图，并提供开挖边坡和岩石f、K值及地应力等物理力学指标。

（5）当地砂砾、石、土料料场分布位置、蕴藏量、开采、运输条件、颗粒级配、物理力学性能指标，勘探部门对选择料场的意见。

（6）坝址河床软基或岩基的抗冲允许流速。

（7）水文地质资料。

3.规划设计资料

规划设计资料主要包括以下内容：

（1）水工枢纽总体布置图，大坝、泄洪、引水、厂房等水工建筑物结构图，泄流能力曲线。

（2）水工建筑物分项、分部位的工程数量。

（3）水库特性水位及主要水能指标。

（4）水库蓄水分析计算资料。

（5）施工期坝址上游各种壅水高程（围堰挡水、过水最高水位，大坝度汛拦洪，蓄水等）的水库淹没资料。

4.试验资料

试验资料包括以下内容：

（1）导流、截流、度汛、施工通航、放木及水工模型试验报告。

（2）挡水、泄水建筑物结构模型试验报告。

（3）材料、施工工艺、基础防渗等试验报告。

5.有关社会经济调查及其他资料

有关社会经济调查及其他资料包括以下内容：

（1）国家对工程施工、投产、完建期的规定及要求。

（2）国民经济各部门对工程施工期间河道综合利用的要求（防洪、通航、过木、供水、灌溉等）。(www.xing528.com)

（3）建筑材料的来源，材料、设备的定额、单价，工程概算、预算、发包、承包、招标、投标等技术经济资料。

（4）当地运输情况及施工期对外交通方案。

（5）当地竹、木等建筑用材及劳动力状况。

各设计阶段资料的收集，应根据工程的具体条件遵照勘测设计有关规程、规范及各阶段设计方案的需要，统筹安排，分批解决。

2.1.2　施工导流标准的划分与选择

1.施工导流标准与划分

施工导流建筑物应根据其保护对象、失事后果、使用年限和工程规模划分。

根据有关规范要求施工导流标准见表4.1。

表4.1　导流建筑物级别划分表

2.施工导流设计洪水标准的选择

施工导流设计洪水标准选择，应结合工程具体情况进行分析、论证，比较选择。

施工导流设计洪水标准的合理选择，对工程施工能否顺利进行及工程经济效益具有重大影响。其标准不宜过高，也不宜过低，同时考虑相应的安全措施。导流标准的选择方法，一般按频率法计算，也可采用典型年法。当水文实测系列较长时，可用实测系列的最大值或系列中某一典型值。在实际应用中，往往两者结合考虑。当按规定选某一频率标准时，常对照实测资料，分析其安全性；采用典型年计算时，也需对照相应的频率标准，以估计其机遇性。

2.1.3　施工导流规划与设计

水利水电工程的施工导流，按施工过程中导流和挡水情况不同，一般划分为几个阶段。对于中、高水头的工程，可以划分3个阶段：①围堰挡水阶段；②坝体挡水阶段；③蓄水完建阶段。对于低水头工程一般只具有其中的一个或两个阶段。

阶段的划分，在一次断流的导流方案中，3个阶段比较明显；对于分期导流，各阶段不甚明确，常出现几个阶段交叉的情况。

1.常用的导流方式及适用条件

常用的导流方式，按河床断流条件的不同可分为一次断流围堰和分期围堰两类。

一次断流围堰导流方式包括：隧洞导流，涵洞导流，明渠导流，渡槽导流等。

分期围堰的导流方式包括：束窄河床导流，底孔导流梳齿或缺口导流，利用永久水工建筑物（泄洪孔、排砂、引水管道等）导流。其主要内容简述如下：

（1）分期导流：常用于中、下游河床较宽的河道，尤其当河床具有滩地、河心洲、礁岛等利用时，对分期导流更为有利。

（2）明渠导流：一般适用于岸边具有台地、缓坡的地形，或附近有旧河道、山沟、垭口、河弯等可供利用的地形。明渠具有施工简单，既适合大型机械施工，也可人工开凿等优点；有利于加快施工进度，缩短工期；对通航、放木条件也较好。

（3）隧洞导流：一般用于中、上游峡谷地区，没有条件布置纵向围堰的河段，如龙羊峡、莲花等电站。

（4）涵洞导流：多用于土石坝，涵洞进入坝下。与隧洞相比，具有施工简单、速度快、造价低等优点。因此，只要地形、地质具有布置涵洞的条件，均可考虑涵洞导流。

（5）渡槽导流：适用于流量不大的小型工程。

（6）底孔导流：常用于分期导流中，也有在明渠内设置底孔，成为明渠结合底孔导流。有时还为了中、后期施工度汛需要而增设底孔。

（7）缺口、梳齿导流：缺口导流广为采用，常与底孔或其他泄水建筑物配合，成为混凝土坝中后期施工度汛的一种主要导流方式。典型的梳齿导流已较少采用，仅在低水头闸坝工程中还有使用。

以上各种导流方式，应根据工程具体条件分析，有时还不是单一使用，而是几种方式相互配合。如明渠或底孔配合隧洞、底孔或缺口配合明渠、先梳齿后底孔等多种形式。此外，无论分期导流或一次断流，都有可能采用过水围堰或不过水围堰。

2.影响导流方案的因素

影响施工导流方案的因素较多，主要有如下几个方面：

（1）地形、地质条件：坝址河谷地形、地质，往往是决定导流方案的主要因素。各种导流方式都必须充分利用有利地形，但还必须结合地质条件。

（2）水文特性：径流量的大小、洪枯流量变化、洪枯水时段的长短、洪水峰量及出现的规律等都直接影响导流方案。

（3）主体工程的形式与布置：水工建筑物的结构形式、总体布置、主体工程量等，是导流方案选择的主要依据之一。导流需要尽量利用永久建筑物，坝址、坝型选择及枢纽布置也必须考虑施工导流，两者互为影响。

（4）施工因素：导流方案与施工总进度的关系甚为密切，不同的导流方案有不同的施工程序，而不同的施工程序，又影响导流的分期和导流建筑物的布置，施工程序的合理与否，将影响工程受益时间和工程总工期。因此，在选择导流方案时，必须考虑施工方法和程序，施工强度和施工进度，土石方的平衡和利用，场内外交通和施工布置。

（5）综合利用因素：施工期间的综合利用主要有通航、过木、上下游有梯级电站时的发电、灌溉、供水等。在拟定和选择导流方案时，应综合考虑，使各期导流泄水建筑物尽量满足上述要求。

影响施工导流的因素很多，应根据工程具体情况分析在一般情况下，坝型和河谷地形往往是导流方案选择的主要条件之一。如以坝顶长与坝高的比值η=L/h表示河谷形状系数，经过国内外100多个工程的统计分析，得出关系：对于混凝土坝，η小于3时，一般适合一次断流隧洞导流；η大于4.5时，一般适合分期导流；η在3～4.5之间时，一次断流和分期导流均有可能。对于土石坝，η小于10时，一般一次断流隧洞或涵洞导流；η大于10时，采用明渠、隧洞、涵洞导流均有可能。在河谷极为开阔的情况下，也可采用分期导流。

3.导流方案的选择

导流方案的选择必须根据工程的具体条件，拟定几个可行的方案，进行全面的分析比较。不仅前期导流，对中、后期导流也要作全面分析。由于施工导流在整个工程施工过程中属于全局性和战略性的决策，分析导流方案时，不能仅仅从导流工程造价来衡量，还必须从施工总进度、施工交通与布置，主体工程量与造价及其他国民经济的要求等进行全面的技术经济比较。在一定条件下，还需论证坝址、坝型及枢纽总体布置的合理性。最优的导流方案，一般体现在以下几个方面：

（1）整个枢纽工程施工进度快、工期短、造价低。尽可能压缩前期投资，尽快发挥投资效益。

（2）主体工程施工安全，施工强度均衡，干扰小，保证施工的主动性。

（3）导流建筑物简单易行，工程量少，造价低，施工方便，速度快。

（4）满足国民经济各部门的要求（如通航、放木及蓄水阶段的供水、移民等）。

导流方案选择时，一般需提出以下条件：

（1）导流标准，施工时段及导流流量的选择。

（2）各方案的导流工程量与造价，主要技术经济指标，水力学指标。

（3）导流方案的布置，挡水泄水建筑物的形式与尺寸，施工程序与进度分析。

（4）截流、基坑排水的主要指标和措施。

（5）坝体施工期度汛及封堵蓄水的主要指标和措施。

（6）施工总进度的主要指标，包括总工期、第一台机组发电日期、河道截流、断航、施工强度、劳动力等。

（7）通航等综合利用措施。

（8）主要方案的水力学模型试验成果。