水庫樞紐工程導(dǎo)截流施工（清楚明了）

1、淺析青山水庫樞紐工程導(dǎo)截流施工（中國水利水電第六工程局有限公司）【摘 要】對青山水庫樞紐工程采用的施工導(dǎo)流方式，作一簡單論述。淺析分期導(dǎo)流方式在工程應(yīng)用上取得的良好效果，在不同水利工程中依據(jù)施工水文、地形、建筑物布置及施工條件下選擇導(dǎo)流方式的可行性?！娟P(guān)鍵詞】青山水庫 分期導(dǎo)流 導(dǎo)流隧洞 圍堰 截流 一、前言在江河上修建水利水電工程時，為了使水工建筑物能在干地上進行施工，需要用圍堰維護基坑，并將水流引向預(yù)定的泄水通道往下游宣泄，稱為施工導(dǎo)流。水利水電工程的施工導(dǎo)流概括為采取“導(dǎo)、截、攔、蓄、泄”等工程措施來解決施工和水流蓄泄之間的矛盾，避免水流對水工建筑物施工的不利影響，把河水流量全部或部分導(dǎo)

2、向下游或攔蓄起來，以保證干地施工和施工期不影響或盡可能少影響水資源的綜合利用。分期圍堰法導(dǎo)流即用圍堰將水工建筑物分段、分期維護起來進行施工的方法。所謂分段，就是在空間上將用圍堰將建筑物分為若干施工段進行施工；所謂分期，就是在時間上將導(dǎo)流分為若干時期；在工程實踐中兩期兩段導(dǎo)流應(yīng)用的最多。分期圍堰法導(dǎo)流一般適用于河床寬、流量大、工期較長的工程。前期都利用被束窄的原河道導(dǎo)流，后期要通過修建的泄水道導(dǎo)流。這種導(dǎo)流方法的導(dǎo)流費用較低，國內(nèi)一些大、中型水利水電工程采用較廣。如桓仁、萬安、龔嘴、富春江、大化及長江葛洲壩、三峽水電站等均采用了此方式導(dǎo)流方式。青山水庫工程根據(jù)工程河流地形及建筑物的特點，施工導(dǎo)流

3、采用兩期兩段的分期圍堰法進行導(dǎo)流施工。第一期在河床右岸修筑一期圍堰，采用束窄河床和明渠導(dǎo)流，完成右岸壩體填筑及河床段壩基的粘土心墻下混凝土蓋板及帷幕灌漿；第二期在枯水期進行河床截流，修筑二期上下游圍堰，采用導(dǎo)流隧洞進行導(dǎo)流，完成壩體填筑施工。 二、概況2.1工程情況青山水庫工程位于遼寧省葫蘆島市六股河中游，庫容6.61104m3，為大 = 2 * GB2 型水庫，等工程。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)按500年一遇洪水設(shè)計，5000年一遇洪水校核。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞和碼頭組成。主壩為粘土心墻砂礫石壩，壩長735.63m，壩頂高程96.29m，最大壩高42.79m，主壩約一半在河床段，另一半在右

4、岸臺地上，壩址處河底寬約250m，河床底高程約54m，河谷右岸山坡較緩，風(fēng)化巖層較厚，河床左岸山坡較陡，巖石裸露，壩址處河道主流偏于左岸，右岸地形寬闊。旁側(cè)式溢洪道位于主壩右岸，距壩頭約350m的一天然山溝內(nèi)。溢洪道工程包括進口引渠、堰體控制段、陡槽及出口明渠段和出口防護工程五部分組成。輸水洞布置在主壩左岸條形山脊內(nèi)，由進水塔、輸水隧洞、壓力箱及出口閥室組成。隧洞長度313.6 m，洞徑2.8 m，為圓型斷面。2.2施工期水文六股河流域地處中緯度，屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，其特點是冬季以西北季風(fēng)為主，嚴(yán)寒干燥；夏季以東南季風(fēng)為主，炎熱多雨，四季冷暖干濕分明。從多年平均年降水量等值線圖上看，其分布趨勢

5、自西南700mm向北550mm遞減，降水量年際變化大，年內(nèi)分配也極不均勻，汛期（69月）占年降水量的80%左右，10月至次年6月為枯水期，流量較小，小于30 m3/s。 施工期水文成果表 單位：m3/s地點時段頻率5%10%20%青山水庫壩址汛前（4-6月）38521486.5汛期（7-9月10日）4250.02690.11380.0汛后（9月10日-12月）100.1368.7541.3110年一遇9、10月平均流量表 單位：m3/s9月平均流量9月上旬9月中旬9月下旬16.6530.0316.2813.8010月平均流量10月上旬10月中旬10月下旬10.1112.469.338.54三、

6、導(dǎo)截流總體布置3.1總體規(guī)劃青山水庫樞紐工程根據(jù)河流地形及建筑物特點采用分期圍堰導(dǎo)流方式，依據(jù)施工總體施工規(guī)劃采用兩段兩期的導(dǎo)流施工。一期施工為2010年汛后到2012汛后，由一期圍堰及子圍堰圍護右岸，束窄河床及修建明渠由主河道及明渠導(dǎo)流，進行右岸壩體填筑及河床段壩基的防滲混凝土墻及帷幕灌漿施工，同時進行左岸導(dǎo)流洞及輸水洞施工；二期施工為2012汛后截流至壩體蓄水，由二期圍堰攔斷主河床進行截流，非汛期由導(dǎo)流洞過流，主汛期遇特大洪水由導(dǎo)流洞、輸水洞及溢洪道預(yù)留缺口聯(lián)合過流,進行河床段壩體填筑施工。施工導(dǎo)流設(shè)計參數(shù)表工程分期一 期二 期導(dǎo)流時段2010年汛后2011年汛前2011年汛期2012年汛

7、后2012年汛后2013年汛前2013年汛汛期2013年汛后2014年汛前導(dǎo)流方式一期圍堰及子堰，束窄河床及明渠導(dǎo)流右岸壩體臨時防護,原主河道過流二期圍堰全河床攔斷，導(dǎo)流洞過流壩體達到83.5度汛高程，導(dǎo)流洞、輸水洞及溢洪道缺口聯(lián)合過流壩體擋水，輸水洞、導(dǎo)流洞聯(lián)合過流導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)汛后10年汛期20年汛前10年汛期100年汛前10年設(shè)計洪峰流量(m3/s)68.7542502148450241相應(yīng)下游水位(m)54.760.755.862.855.8施工導(dǎo)建筑物參數(shù)表項目名稱堰項高程（m)地面高程（m)圍堰高度（m)上游 坡比下游 坡比頂寬（m)長度（m)防滲深度（m)一期圍堰Q68.75（m3/s

8、)56.253.52.71：2.51：2.57.5500.0至基巖一期壩體防護 Q4250.0（m3/s)上下游及壩體過流斷面62.053.58.5壩體預(yù)留坡比1：2.5310.0上游子堰Q41.31（m3/s)56.053.03.01：2.51：2.54.090.0至基巖二期圍堰Q214（m3/s)上游62.052.59.51：2.51：2.57.0267.0至基巖下游56.553.53.01：2.51：2.57.0190.0至基巖3.2一期施工3.2.1一期圍堰與導(dǎo)流明渠一期工程為2010年汛后到2012年汛后。2010年汛后進行一期圍堰施工，在0+150處修建粘土心墻土石圍堰，左岸主河床

9、予留過流寬度為100米，水流從原左岸主河床通過。（見圖1）圖1、一期圍堰平面布置圖在一期圍堰保護下進行右岸基礎(chǔ)開挖、混凝土蓋板及帷幕灌漿工作，在2010年11月份在0+1600+180段已進行完帷幕灌漿的壩基混凝土蓋板之上修筑明渠，同時進行子圍堰的施工，在子圍堰的配合下，將束窄河道過流改為0+160-0+180混凝土蓋板上的明渠過流。從而將0+0500+150主河床形成基坑，在2011年6月份前完成主河床段的壩基開挖、粘土心墻下的混凝土蓋板及壩基帷幕灌漿工作，在2011年汛期前拆除子圍堰，將明渠導(dǎo)流重新改回左岸主河床過流。（見圖2、圖3）導(dǎo)流明渠的應(yīng)用將主河床填筑前的各基礎(chǔ)工作，提前到2011

10、年完成，為截流后此段施工增加了3個月的直線工期，大大緩解了2012年汛后截流壩體填筑壓力，確保了2013年大壩安全度汛目標(biāo)的實現(xiàn)。圖2、子圍堰與導(dǎo)流明渠平面布置圖導(dǎo)流明渠工程參數(shù)筑渠材料防滲材料設(shè)計流量m3/s斷面形式明渠尺寸坡降糙率長m寬m河床砂礫料土工膜48.26梯形 40013151.20.03B=15m b=13m h=2m m=0.5圖3、導(dǎo)流明渠斷面圖3.2.2壩體臨時防護2011年汛前主壩右壩段（樁號0+1800+735. 63）555米壩體填筑到68.0m高程，同時并完成此段壩體68.0m高程以下上下游壩坡面的砌筑工程。為防止汛期河水對已填筑的右壩體的沖刷，采取在0+180橫斷

11、面順?biāo)鞣较蜻M行壩體臨時防護，采用20年一遇汛期洪水標(biāo)準(zhǔn)，62.0m高程以下1:2.5的坡面采用碎石貼坡堆筑30cm厚，在碎石上澆筑15cm厚C20混凝土面板，且在坡腳向河道順沿2m。保證在2011年汛期到2012年汛后, 由0+0500+180河道過流，右壩體可以正常填筑施工。(見圖4)圖4、0+180壩體臨時防護圖3.3二期施工3.3.1二期圍堰汛后開始施工二期圍堰進行截流，將河床全部攔斷，確保在6月汛期到來之前填筑至攔洪高程83.5m。二期圍堰采用粘土心墻土石圍堰，按汛前10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，上游圍堰頂高程62.0m，下游堰頂高程56.5m。（見圖5）1）圍堰軸線選擇上游圍堰軸線位置，

12、根據(jù)規(guī)范要求，上游圍堰坡腳距泄水建筑物進口的距離不小于20m，考慮壩基排水及壩體開挖填筑施工的場地布置等因素，確定上游圍堰軸線位于大壩上游與導(dǎo)流洞進口之間?？紤]下游圍堰要距離導(dǎo)流洞出口一定的距離，將下游圍堰布置在大壩下游側(cè)距壩軸線 210m。2）圍堰結(jié)構(gòu)及填筑料分區(qū)圍堰采用心墻防滲型式土石圍堰，心墻頂寬1m，兩側(cè)坡比1:0.15，心墻底部截水槽開挖至巖基面，回填粘土，上部正常填筑粘土。堰頂寬7m。上游填筑開挖料，邊坡坡比12.5，下游側(cè)填筑砂礫料，坡比為12.5。圍堰填筑料分為3區(qū)，包括上游填筑主壩開挖料、心墻粘土（含兩側(cè)反濾料）和下游砂礫料。圖5、二期圍堰布置圖3）施工程序汛后低水位時段，左

13、、右岸堰體填筑至主河道。填筑料采用25t自卸汽車運輸，參考主壩填筑方法進行施工。每個作業(yè)面配備1臺推土機配合施工。兩端堰體先填筑至60.0m高程。合龍后，進行戧堤閉氣，然后集中力量填筑堰體至62.0m高程。上游圍堰水下部分施工程序為：施工準(zhǔn)備截流戧堤進占上游石渣堰體跟進中間心墻填筑跟進圍堰兩側(cè)填筑料加寬上游開挖塊石防護施工。上游圍堰水上部分施工程序為：施工準(zhǔn)備兩側(cè)反濾料填筑心墻填筑上下游填筑料填筑上游塊石石渣護坡施工堰頂路面平整。下游圍堰在上游圍堰截流后施工，水下部分先全斷面一次性拋填至面以上，然后拋填下游側(cè)防滲料及護坡石渣，最后進行堰體加高及堰頂路平整。4）施工方法(1)上游圍堰兩側(cè)岸灘部位

14、按照主壩施工程序進行施工，截流槽內(nèi)的粘土可能要在水中拋填，因此水下心墻填筑料中的砂含量要比在干地施工的高。龍口采用立堵法進占拋填。合龍后向上游拋填粘土進行閉氣。主河道部位堰體填筑水下部分采用拋填法施工。水下拋填法施工均使用25t自卸汽車運輸，推土機平料壓實。各種填筑料區(qū)均在地面上按堰體設(shè)計斷面定出測量標(biāo)志，嚴(yán)格按測量標(biāo)志控制填筑，不得超欠或混填。各類填料分別設(shè)專職人員負責(zé)施工。(2)堰體水上填筑施工測量放樣確定填筑范圍后，對圍堰軸線、填筑范圍進行標(biāo)識。水上部分就按照主壩填筑程序及方法進行施工。先反濾料，再填心墻粘土層，最后填兩側(cè)石渣料及砂礫料。各層填筑時必須首先進行測量放樣，明確標(biāo)識出各種填料

15、的填筑邊線。25t自卸汽車運輸，推土機按要求的鋪料厚度攤鋪。鋪筑完畢后，調(diào)整填料的含水量，采用振動碾進退錯距法碾壓，振動碾平行軸線方向碾壓，振動碾行進速度34km/h，碾壓軌跡搭接寬度不小于50cm，碾壓遍數(shù)根據(jù)試驗確定；按要求取樣合格后方可填筑上升，對于堰體與岸坡結(jié)合部位等填筑平面面積較小的部位，無法使用大型壓實設(shè)備進行壓實時，采用中小型碾壓設(shè)備碾壓。5）施工材料（1）填筑材料技術(shù)要求石渣料：要求巖塊不易破碎或水解，最大粒徑為600mm，小于5mm的顆粒含量不超過20%，并具有低壓縮性、高抗剪強度。粘土：選用壩肩開挖的粘壤土，滲透系數(shù)10-510-7cm/s。塊石：粒徑0.40.7m的塊石，

16、堅硬，不易破碎或水解。砂礫石：級配良好，滿足主壩填筑使用要求即可。（2）圍堰填筑料主要由開挖料、粘土和砂礫料組成。上游圍堰填筑總量約 4.6萬m3，下游圍堰填筑總量1.2萬m3。主要填筑料數(shù)量見下表。上下游圍堰填筑工程量表項目單位上游圍堰下游圍堰合計開挖料m2000061020610粘土m520031808380砂礫料m21300730028600圍堰填筑料主要考慮利用壩基開挖料及砂礫料。開挖料儲量及質(zhì)量滿足堰體填筑要求。砂礫料使用B2-3料場開采的砂礫料，經(jīng)勘查，儲量也滿足要求。防滲粘土料使用主壩右岸上游備用料場的粘土，儲量可滿足。根據(jù)大壩基礎(chǔ)開挖設(shè)計圖，大壩基礎(chǔ)開挖石渣量8.5萬m3?？紤]

17、運輸、截流拋投等產(chǎn)生的損耗，石方按照70%利用率，可利用4萬m3，儲量可滿足要求。3.3.2截流方案1）截流時間及標(biāo)準(zhǔn)選擇依據(jù)工程實際情況，確定截流流量為9月的10年一遇洪水流量13.8m3/s，作為截流洪水標(biāo)準(zhǔn)。（實際截流日期為2012年9月19日）2）截流方式及截流戧堤布置截流采用采用單戧立堵，龍口雙向進占合龍的截流方式。截流戧堤布置在上游圍堰上側(cè)，為堰體的一部分，戧堤軸線與上游圍堰軸線平行。戧堤頂高程59.0m，戧堤頂寬7.0m，戧堤頂長64.5m。戧堤按梯形斷面設(shè)計，上游邊坡為11.3，下游邊坡為1:1.5。3）截流水力學(xué)計算截流采用單戧立堵截流，截流戧堤軸線布置在上游圍堰軸線上游17

18、.8m處，截流戧堤頂高程59.0m，寬度為7m，按照9月下旬10年一遇流量13.8m3/s計算。計算內(nèi)容不同龍口寬度的上游水位（H上）與龍口泄流量（Qg）關(guān)系。（2）計算基本假定及原理不計戧堤滲流量及水庫調(diào)蓄對上游水位的影響；視龍口為梯形或三角形過水?dāng)嗝娴膶掜斞?；簡化的寬頂堰理論：檻頂水面是平的，忽略波狀睡眠的影響；非淹沒流時檻上水深為臨界水深（hp=hk）；淹沒流時檻上水深取為下游水深（hp=hn）。（3）計算公式及計算過程圍堰設(shè)計流量為13.8m3/s，根據(jù)投標(biāo)文件中主壩壩址下游200m處河道水位與流量關(guān)系可知：當(dāng)流量為13.8m3/s時，下游河道水位為53.87m，即水深為0.87m?？?/p>

19、門為梯形時（兩側(cè)坡度為1:1.5）：計算基于簡化的寬頂堰理論。即假定：檻頂水面是平的，忽略波狀水面的影響；非淹沒流時檻上水深取為臨界水深（）；淹沒流時檻上水深取為下游水深（），不計回彈落差。假設(shè)為非淹沒出流：式中：m考慮收縮影響在內(nèi)的流量系數(shù)，一般取0.300.32;口門平均水面寬，m;臨界水深，m。其他符號意義同上。與均為未知，需通過試算。當(dāng)口門為梯形過水?dāng)嗝鏁r，由試算得式中：臨界水深時相應(yīng)的口門過水?dāng)嗝鎸挾?，m;臨界水深時相應(yīng)的口門過水?dāng)嗝婷娣e，。分別設(shè)斷面底寬b=30，20，15，10，8，5，3，1m時對應(yīng)的臨界水深如下表:底寬b水面寬過水面積0.2773030.8318.42519.

20、39719.4330.3622021.0867.43719.50419.4330.4351516.3056.80919.36019.4330.5621011.6866.09419.36419.4330.64589.9355.78419.47719.4330.84257.5265.27319.48619.4331.07236.2164.94019.39119.4331.47115.4134.71719.38619.433求得對應(yīng)梯形形狀的上游水深如下表：臨界底寬b流量系數(shù)m上游水深H流量0.2773030.41550.310.47813.7950.3622020.5430.310.62113.7

21、970.4351515.65250.310.74413.7860.5621010.8430.310.95113.8010.64588.96750.311.07913.7940.84256.2630.311.37113.7981.07234.6080.311.68213.7961.47113.20650.312.14213.796口門為三角形時：當(dāng)口門呈三角形過水?dāng)嗝鏁r，臨界水深由下式求得：綜上可知：（河道底高程為53.9m）底寬龍口寬度上游水位下游水位落差z隧洞分流量龍口過流量單寬流量q平均流速v龍口流態(tài)304854.7754.770013.80.3540.507 淹沒流203854.7754

22、.770013.80.4760.745 淹沒流153354.7754.770013.80.5750.973 淹沒流102854.7754.770013.80.7261.403 淹沒流82654.7754.770013.80.8121.705 淹沒流52354.7754.770013.80.9862.516 淹沒流32154.97254.770.202013.81.1502.794 非淹沒流11955.37154.770.601013.81.3802.926 非淹沒流014.35654.771.23013.81.9302.943 非淹沒流010.75754.772.233.59310.2071.

23、9082.771 非淹沒流03.955854.773.2313.6140.1860.0941.242 非淹沒流02.9658.01254.773.24213.800.0000.000 非淹沒流4）截流龍口段拋投材料選擇在子堰戧堤截流合龍時，合理選用截流材料的尺寸和重量，是截流成敗的關(guān)鍵，截流材料的尺寸或重量取決于龍口流速。參照相關(guān)工程截流施工實踐經(jīng)驗，截流拋投分別選擇石渣料、中石、大塊石、鋼筋石籠。（1）截流抗沖材料粒徑計算材料粒徑按下列公式計算：d=Vmaxk2gm-ww2（河道截流及流水中筑壩技術(shù)3.6/106）其中：v水流流速，為確保順利截流，按龍口寬度為14.3m時的最大平均流速2.9

24、43m/s；K綜合穩(wěn)定系數(shù)，平底抗滑穩(wěn)定，塊石取0.9； g重力加速度，9.8m/s2； m石塊容重，2.67t/m3；w水容重，1t/m3；D石塊折算成球體的直徑，m；拋投體重量：G=6d3m代入上式得D =0.57 m，取0.6m，等效體積為0.11m3，相應(yīng)重量為0.3t。（2）截流戧堤龍口部位的總拋投量為0.7萬m3（考慮流失損失50%）。拋投料為石料，塊石粒徑為0.1m0.4m。針對截流時可能預(yù)見的水流過大，截流難度加大的情況，擬采用右岸河邊大孤石備料直徑0.4m以上塊石約300m3，用于龍口困難段拋投。5）截流施工龍口段采用雙向進占截流，左岸堤頭配備1臺推土機和2個卸料點，右岸堤頭配1臺推土機和2個卸料點。堤頭線路布置共分為拋投區(qū)、編隊區(qū)和回車區(qū)，確保截流施工順暢有序。堤頭拋投采用全斷面推進。兩岸各配備1臺推土機配合施工，石渣以汽車直接拋投為主，部分塊石采用堤頭集料，推土機趕料拋投。按照龍口段拋投方量按5000m3，考慮1.5倍的取料及沖刷損失，需備料約7500m3，其中500m3塊石，其余為石渣。在左右岸均進行備料，便于從兩岸進行拋填，備料堆高度不高于5m，方便一次性取料。6）設(shè)備及資源配置根據(jù)進度安排及施工強度，設(shè)備配置見下表序號設(shè)備名稱型號規(guī)格數(shù)量備注1反鏟1.2m322反鏟1.4m323反鏟1.0m314自卸