第2章施工导流设计2.1 导流方式方案的选择2.1.1 导流方式的选择分段围堰法。

亦称为分期围堰法，即用围堰将水工建筑物分段、分期维护起来进行施工的方法。

所谓分段，就是在空间上将永久建筑物分为若干段进行施工；所谓分期，就是在时间上将导流分为若干时期。

分段围堰法一般适用于河床宽、流量大、工期较长的工程，尤其适用于通航河流和冰凌严重的河流。

全段围堰法。

即在河床主体工程的上下游各建一道围堰，使水流经河床以外的临时或永久泄水道下泄。

主体工程建成或接近建成时，再将临时泄水道封堵。

此工程的河流属于山区河流，河宽较窄，并且在施工期没有通航要求。

故选择一次拦断，即全段围堰法。

2.1.2 导流方案的选择2.1.2.1 过水围堰即基坑允许过水，其挡水工作情况下的设计标准，一般以枯水期不过水为原则。

并且在这个施工时段内，必须完成基坑开挖、处理等事项，还应浇筑一定厚度的混凝土层以保护基础。

如采用此方案，则围堰工程量较小，导流建筑物的费用也较小。

但是淹没损失较大。

其中包括：基坑排水及清淤费用；围堰及其他建筑物、道路、线路的修理费用；施工机械撤离和返回基坑所需费用；劳动力和机械的窝工损失等；有效施工期缩短而造成的劳动力、机械设备、生产企业规模、临时房屋等多方面费用的增加；以及可能产生的延期投产损失等。

因此，根据技术经济比较之后，认为采用过水围不比高水围堰有明显的优势。

另外，因本河流为多砂河流，其泥沙问题还需专门研究。

2.1.2.2 不过水围堰分为挡枯水期洪水和挡全年洪水。

①挡枯水期洪水不过水围堰，即基坑内的主体建筑物可以在一个枯水期内抢修至拦洪高程以上，围堰仅在枯水期内运用。

故高度可降低，经济效益显著。

表2.1 不同施工期各种频率的最大流量（m3／s）首先粗略估计施工进度和工期为：上游围堰填筑时间：30天；下游围堰填筑时间：15天；基坑排水时间：5天（排水速度：0.5—1.5m/d）；基坑开挖时间：3个月（按4m/m计算，同时上下游围堰加高培厚以及部分地基处理）；后续全面地基：3天。

综上所述，在混凝土浇筑之前用去施工时间为4个月。

初选时段10.16～6.15，则将坝体浇筑至拦洪高程以上的时间为三个多月，此时间过于紧迫。

所以，为保证施工质量和安全，该方案不可取。

②挡全年洪水不过水围堰，能保证整个基坑全年干地施工。

如果采用此方案，则需要增加导流建筑物费用。

但是它没有淹没损失费用。

围堰全年挡水，保证主体建筑物全年干地施工，有效工期长，可连续施工，施工进度干扰小。

经多方面的比较考虑，决定采用挡全年洪水不过水围堰。

2.2 导流标准的选用2.2.1 导流建筑物级别的选用参考导流建筑物级别的划分（SL203-2004）所列各项指标确定。

（1）保护对象为Ⅰ级永久建筑物，对应级别为4级。

（2）失事造成较大经济损失，对应级别为4级。

（3）使用年限估计为2.5年，在1.5～3年之间，对应级别为4级。

（4）围堰工程规模为堰高估计为40m，对应级别为4级，库容大于1.0×108m3，对应级别为3级。

综合考虑各因素，确定导流建筑物的级别为4级。

2.2.2 洪水标准参考导流建筑物洪水标准划分（SL203-2004）所列各项指标确定。

导流建筑物的级别为4级，围堰为土石围堰，查得对应的洪水重现期为20～10年，鉴于导流建筑物级别划分中属于本级别上限值，选定重现期为20年。

设计洪水流量由该处或附近洪水频率曲线获得。

对于重现期为20年，其洪水频率为5%，查得对应的最大流量为5130m3/s，即为设计洪水流量。

2.3 初步确定导流方案2.3.1 泄流建筑物的选择此工程坝址处主河道为一“V”形深槽，设计流量为=5130/s。

如果采用明渠导流，取渠底与河槽底齐平，则渠深需100m左右，还需开挖两岸边坡，则明渠开挖量巨大，不足取。

如采用涵管导流，因涵管过多对坝身结构不利，其尺寸也不宜过大，且泄流量也小，不足取。

该处坝址区两岸变质岩主要由云母石英片岩和角闪片岩构成，石质坚硬，极限抗压强度900—1200kg/。

普氏系数f=8，从地质条件来看，采用隧洞导流方案最佳。

隧洞的断面型式主要取决于地质条件及设计流态。

在本枢纽工程中，地质条件较好，无大的裂隙发育，地下水亦不发育，数量很少。

另外，本设计中，隧洞工作条件复杂，围堰为不过水围堰，隧洞的流态变化复杂，运行时间长。

故采用城门洞形隧洞比较合适。

从国内外的运行实践来看，城门洞形也是较好的。

导流方式选择双洞导流，这样隧洞的尺寸不至于过大，洞型为城门洞型，顶拱圆心角为120°。

因为考虑到上游围堰的布置，隧洞若布置在右岸，其进水口不好布置，且洞长将更长，导流洞的布置选择双洞都布置在左岸。

2.3.2 挡水建筑物（围堰）型式选择由设计原始资料可知：坝址上下游均有砂石材料，而且开采运输方便，质量一般皆符合要求。

虽然砂质土未找到理想产地，必要时可用两岸黄土代替。

故围堰采用心墙式土石围堰最为合适。

其断面尺寸确定，考虑到堰高超过20～30m，堰顶宽度取为6m。

围堰坡度一级坡取为1:2.5，据顶部20m高处设马道，宽2.5m，二级坡坡度取为1:2.5。

2.3.3 尺寸初步确定初步估算时不考虑上游围堰库容调洪能力，水流全部通过隧洞导流。

通过水力计算，初拟三个方案：方案一：11m×14m导流洞 + Hu=46.9m高围堰；方案二：12m×14m导流洞 + Hu=42.5m高围堰；方案三：12m×15m导流洞 + Hu=39.0m高围堰。

对三种组合，计算各方案上游围堰填筑量和隧洞开挖量，计算其总工程量：其中估算时可认为隧洞开挖量1方相当于围堰填筑量4方。

表2.2 工程量统计表在施工过程中，戗堤进占采用隧洞开挖材料。

合龙闭气之后，上下游围堰的加高培厚也可采用隧洞开挖料和基坑开挖料。

由表2.2的计算分析可得：方案一的总工程量最小，但是开挖量和填方量相差较大；方案一和方案二的工程量相差不大，并且方案二的开挖量与填方量相差小，且围堰高度低，隧洞开挖断面在当前技术可以达到的范围之内。

通过综合分析，选择方案二最为合适。

则隧洞的尺寸定为12m×14m。

导流洞进口底板高程取枯水位以下5m，则高程为H1=413m。

纵坡取2‰，则出口处底板高程H2=413-600×2‰=411.8m。

2.4 具体确定导流方案2.4.1 导流洞泄流能力计算对于有压流，为简化计算，假定两条隧洞泄流能力相同。

通过水力计算得有压流上游水位与泄流量的关系见表2.3。

对于明流，为简化计算，也假定两条隧洞泄流能力相同。

通过水力计算得明流上游水位与泄流量关系见表2.4。

表2.3 有压流上游水位与泄流量关系表表2.4 明流上游水位与泄流量关系表半有压流的泄流量计算可通过有压流与明流拟合得到。

2.4.2 调洪演算采用半图解法（单辅助线法），先确定q 与2V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭之间的关系，然后绘制2q V q t ⎛⎫+ ⎪∆⎝⎭～的辅助曲线。

然后进行调洪演算，得到之后的设计流量为q max =4850m 3/s 。

2.4.3 围堰高度修正由调洪演算得q max =4850m 3/s ，对应的下游水位H 下=426.93m下游围堰高程H d =426.93+0.5=427.43m ，取H d =427.5m 。

上游围堰高程H u =427.43+21.07+1.0+0.5=450m ，取H u =450m 。

2.4.4 隧洞设计2.4.4.1 尺寸设计隧洞的尺寸定为12m ×14m 。

导流洞进口底板高程取枯水位以下5m ，则高程为H 1=413m 。

纵坡取2‰。

2.4.4.2 进口体型设计隧洞闸门前的渐变段为喇叭口段，其作用是使水流平顺，减少水头损失，同时尽量避免产生空气漏斗状的漩涡，防止产生气蚀破坏。

喇喇叭口自进口最前端矩形断面处开始，在顶上和两侧沿水流方向以圆弧曲线或椭圆曲线逐渐收缩，直至与闸门井的矩形断面相接，底边仍采用平底。

事实证明：在喇叭口段与闸门井之间采用1/4的椭圆曲线，简单而有效。

其方程为22221x y a b +=对于洞顶曲线：a 可取为闸门处孔口高度：取a=14m ；b 可取为闸门处孔口高度的1/3：b=4.7m 。

故其方程为：2222114 4.7x y +=对于边墙曲线：a 可取为闸门处孔口的宽度：a=12m ；b 可取为闸门孔口高度的1/4：b=3.5m ；故其方程为：2222112 3.5x y +=闸门后的渐变段，是由闸门井处的矩形断面逐渐变化到隧洞的城门洞形的过渡段，为了便于水流平顺连接，其长度一般不应小于洞径的2—3倍，取L=30m.断面具体变化情况如图所示：图2.1 隧洞进口渐变段示意图2.4.4.3 出口消能防冲设计隧洞出流后，当单宽流量较大时，如果消能不完全，则有可能引起下游河床的严重冲刷，严重影响建筑物的安全。

因此，对于隧洞出口消能问题，应予以足够的重视。

隧洞出口的消能方式很多，本设计中采用平台扩散消能。

它由水平扩散段、衔接段、消力池等部分组成。

水平扩散段使水流在平面上扩散，以降低单宽流量，减少消力池的长度和深度；衔接段在从剖面上常做成自由射流下降的抛物线，而在平面上沿着平台扩散段继续扩散；消力池后面一般还需要做一段保护段，以保护河床免受冲刷。

2.4.4.4 衬砌结构尺寸隧洞衬砌的作用主要有：承受围岩压力及其他荷载，或加固围岩共同承担荷载，保持隧洞安全稳定；平整围岩表面，减少糙率，提高输水能力；防止渗漏；防止水流、空气、温度和干湿变化等对围岩的冲刷和破坏作用。

在本枢纽中，围岩条件中等，水头较高，流速较大，隧洞断面较大，作用水头超过20m，采用钢筋混凝土衬砌。

衬砌的厚度应根据强度、抗渗、构造和施工要求分析确定。

一般来说，单筋的钢筋混凝土衬砌不宜小于25cm，双筋混凝土衬砌不宜小于30cm，根据工程经验，一般约为洞径或跨度的1/12～1/8，本工程取厚度为0.9m截面如图2.2所示。

图2.2 导流隧洞横截面图2.4.5 围堰设计2.4.5.1 材料堰壳材料要求较低，本工程中可采用隧洞开挖后的废渣。

防渗材料一般用粘土，本枢纽中两岸黄土储量丰富，可用黄土代替粘土。

2.4.5.2 设计断面尺寸上游围堰断面尺寸确定，考虑到堰高超过20～30m，堰顶宽度取为6m。

围堰坡度一级坡取为1:2.5，据顶部20m高处设马道，宽2.5m，二级坡坡度取为1:2.5。

心墙为土质心墙，心墙断面自上而下逐渐加厚，坡度一般为1:0.2～1:0.4，本设计选用1:0.25。

顶部厚度不小于0.8～1.0m，考虑到水头较高，本设计选用4m。

心墙顶部应高出设计水位0.3—0.6m，本设计选用0.5m。

心墙和堰壳体之间需设置反滤层。

上游围堰横截面如图2.3。

下游围堰断面尺寸确定，堰顶宽度取为6m ，围堰坡度取为1:2.5。