施工导流第三节导流设计流量ppt课件.ppt

第三节导流设计流量 导流设计流量是选择导流方案 设计导流建筑物的主要依据 导流设计流量一般需要结合导流标准和导流时段的分析来决定 第三节导流设计流量 导流标准 风险标准 保证率标准 导流时段 主要指围堰挡水施工的时段 导流设计流量 按导流标准预计的导流时段的最大流量 1导流标准 1 定义 导流标准是选择导流设计流量进行施工导流设计的标准 它包括初期导流标准 坝体拦洪时的导流标准等 即 导流的挡水 泄水建筑物的泄水标准高标准 建筑物规模大 投资大 时间长低标准 不能保证安全 施工被动因此 大型工程导流标准的确定 应结合风险度的分析 使所选标准更加经济合理 1导流标准 2 导流标准的确定按水利水电工程施工组织设计规范 SDJ338 89 的规定 施工导流标准根据导流建筑物的级别和类型 在规范规定的幅度内选定相应的洪水重现期作为初期导流标准 导流建筑物的级别 A 划分依据 保护对象 失事后果 使用年限 工程规模 堰高 库容 B 级别 3 4 5级 施工规范 当导流建筑物根据表2 2 1指标分属不同级别时 应根据其中最高级别为准 但列为 级导流建筑物时 至少应有两项指标符合要求 表2 2 1 导流建筑物级别划分 注 当导流建筑物根据划分表分属不同级别时 应以其中最高级别为准 但列为导流建筑物3级时 至少应有两项指标符合要求 导流建筑物包括挡水和泄水建筑物 两者级别相同 表列四项指标均按施工阶段划分 有 无特殊要求的永久性水工建筑物均针对施工期而言 有特殊要求的1级永久性水工建筑物系指施工期不允许过水的土石坝及其他有特殊要求的永久性水工建筑物 使用年限系指导流建筑物每一导流分期的工作年限 两个或两个以上导流分期共用的导流建筑物 如分期导流一 二期共用的纵向围堰 其使用年限不能叠加计算 围堰工程规模一栏中 堰高指挡水围堰最大高度 库容指堰前设计水位所拦蓄的水量 两者必须同时满足 再根据导流建筑物的级别和类型 在下表2 2 2规定的幅度内选定相应的洪水标准 表2 2 2 导流建筑物洪水标准 水利水电工程分等和水工建筑物分级 水利水电工程分等指标 永久性水工建筑物分级指标 工程分等和水工建筑物分级 导流建筑物洪水标准导流建筑物设计洪水标准应根据建筑物的类型和级别在规定幅度内选择 初期导流阶段标准可低一些 中后期标准应逐步提高 当要求工程提前发挥效益时 相应导流阶段的设计标准应高一些 对特别重要的工程或者下游有重要工矿交通设施或城市时 导流标准可适当提高 结合风险度综合分析 使所选标准经济合理 根据水电工程建设经验 建筑物分别为3级的土石围堰和混凝土围堰 其最大风险度应分别不超过15 和20 4级围堰风险度可相对略大些 对失事后果严重的工程 要考虑对超标准洪水的应急措施 风险度计算 假设导流标准是洪水重现期为T年 则任一年洪水出现的概率为1 T 不出现的概率为 1 1 T 假设导流建筑物使用年限为L年 则洪水在L年中不出现的概率为 1 1 T L 而洪水出现的概率为1 1 1 T L 也即风险度为 R 1 1 1 T LT R L R 举例 T 25年 L 1年 R 1 1 1 25 4 现在施工期修改为3年 要求R不变 则 T 1 1 1 R 1 L 74年显然设计标准大大提高 应该取围堰建造资金与风险资金之和最小的导流设计标准 导流标准风险度分析 首先应计算导流系统动态综合风险率 然后综合考虑风险 损失 投资 或费用 与工期三者之间的关系 进行多目标决策分析 导流系统动态综合风险率可用上游围堰堰前水位来刻画 影响堰前水位的随机因素有施工洪水入库过程 导流建筑物泄洪过程 库容与水位关系 起调水位等 因此 风险率R可用下式表示 R f Zu Hu 1 6 式中 Zu为上游围堰堰前水位 Hu为上游围堰堰顶高程 如果考虑时间因素 则在围堰的使用年限n内 导流系统遭遇超标洪水的动态综合风险率R n 为 R n 1 1 R n 1 7 2导流时段选择 1 导流程序在工程施工过程中 不同阶段可以采用不同的施工导流方法和挡水 泄水建筑物 不同导流方法组合的顺序 通常称为导流程序 2 导流时段导流时段就是按导流程序所划分的各施工阶段的延续时间 具有实际意义的导流时段 主要是指围堰挡水而保证基坑干地施工的时间 所以也称挡水时段 2导流时段选择 目的 合理选择导流设计流量导流时段的划分与河流的水文特征 水工建筑物的布置和型式 导流方案 施工进度等因素有关 按河流的水文特征可分为枯水期 中水期和洪水期 在不影响主体工程施工的条件下 若导流建筑物只负担枯水期的挡水 泄水任务 显然可大大减少导流建筑物的工程量 改善导流建筑物的工作条件 具有明显的技术经济效果 因此 合理划分导流时段 明确不同时段导流建筑物的工作条件 是既安全又经济地完成导流任务的基本要求 几种典型情况下的划分原则 1 基坑内施工工程量 包括基础处理等 较小 主体建筑物可在河道截流后的一个枯水期内抢修至拦洪高程以上时 即可选择在枯水期运用的围堰 导流设计流量则选择该枯水时段的某一频率的洪水流量 2 基坑内施工工程量 包括基础处理等 较大 主体建筑物不能在河道截流后的一个枯水期内抢修至拦洪高程以上时 对于土石坝等枢纽 若未完建坝体不允许溢流 基坑不允许过水 导流时段应以全年为标准 3 混凝土坝 堆石坝等基坑允许过水 当河道洪水期与枯水期水位变幅较大时 可通过经济技术比较选择一定枯水期时段为围堰挡水时段 相应时段的一定频率流量作为导流设计流量 洪水期洪峰来时可由坝体溢流 基坑内停止施工 洪水过后围堰挡水 基坑内主体工程正常施工 实例 潘家口 二期导流设计流量由挡全年洪水下降为挡枯水 Q由11700立方 秒下降为1400立方 秒 高围堰改为低围堰 工期少了两个月 投资减少580万 3导流设计流量导流设计流量的确定要根据导流标准 导流时段及河流的水文特性来确定 这里分别介绍不过水围堰和过水围堰的设计流量确定方法 1 不过水围堰 频率法 应根据导流时段来确定 如果围堰挡全年洪水 其导流设计流量就是选定导流标准的年最大流量 导流挡水与泄水建筑物的设计流量相同 如果围堰只挡某一枯水时段 则按该挡水时段内同频率洪水作为围堰和该时段泄水建筑物的设计流量 但确定泄水建筑物总规模的设计流量 应按坝体施工期临时度汛洪水标准决定 2 过水围堰 频率法和实测资料分析法 过水期的导流标准应与不过水围堰挡全年洪水的标准相同 其相应的导流设计流量主要用于围堰过水工况下 加固保护措施的结构设计和稳定分析 也用于校核导流泄水道的过水能力 挡水期的导流标准应结合水文特点 施工工期及挡水时段经技术经济比较后在重现期3 20年范围内选定 当水文系列较长 大于或等于30年时 也可根据实测资料分析选用 其相应的导流设计流量主要用于确定堰顶高程 导流泄水建筑物的规模及堰体的稳定分析等 3 导流设计流量 允许基坑淹没导流方案的技术经济比较 可以在研究工程所在河流水文特征及历年逐月实测最大流量的基础上 通过下述程序实现 1 据水文特征 假定一系列流量值 分别求出泄水建筑物上 下游水位 2 据这些水位 决定导流建筑物的主要尺寸和工程量 估算导流建筑物的费用 3 估算由于基坑淹没一次所引起的直接损失费用和间接损失费用 4 根据历年实测水文资料 统计超过上述假定流量的总次数 除以统计年数得年平均超过次数 亦即年平均淹没次数 根据主体工程施工的跨汛年数 即可算得整个施工期内基坑淹没的总次数及淹没损失总费用 5 绘制流量与导流建筑物费用 基坑淹没损失费用的关系曲线 如图1 32的曲线1和2 并将它们叠加求得流量与导流总费用的关系曲线3 显然 曲线3上的最低点 即为围堰挡水期导流总费用最低时的初选导流设计流量 6 计算施工有效时间 试拟控制性进度计划 以验证按初选的导流设计流量 是否现实可行 以便最终确定一个既经济又可行的挡水期和导流设计流量 基坑淹没的直接损失费 包括 基坑排水费 基坑清淤费 围堰及其它建筑物损坏的修理费 施工机械撤离和返回基坑的费用及受到淹没影响的修理费 道路和线路的修理费 劳动力和机械的窝工损失费等 基坑淹没的间接损失费 包括 由于有效施工时间缩短时增加的劳动力 机械设备 生产企业规模和临时房屋等费用 总费用最低点 一个水利水电枢纽工程的施工 从开工到完建往往不是采用单一的导流方法 而是几种导流方法组合起来配合运用 见表1 4 以取得最佳的技术经济效果 这种不同导流时段不同导流方法的组合 通常称为导流方案 导流方案的选择受各种因素的影响 一个合理的导流方案 必须在周密研究各种影响因素的基础上 拟定几个可能的方案 进行技术经济比较 从中选择技术经济指标优越的方案 第四节导流方案 二 导流方案选择的影响因素导流方案 不同导流时段所采用的不同导流方法的组合1 水文气象 河流流量大小 水位变化 全年流量的变化情况 枯水期长短 洪水期时间 冬季的流冰及冰冻情况均直接影响 对于河床宽 流量大的河流 宜采用分段围堰法导流对于水位变化幅度大的山区河流 可采用允许基坑淹没的导流方法对于有流冰的河流 应注意流冰点的宣泄问题 第四节导流方案 二 导流方案选择的影响因素2 地形 河谷形状系数 河床形状系数k 坝顶长 最大坝高 k 3 0 用隧洞导流 k 4 5 且河谷不对称 分期导流 k 3 0 4 5 隧洞 明渠 分段或几种导流方式的组合河床宽阔的河流 河床中有天然石岛或沙洲时 采用分段围堰法导流河床狭窄 岸坡陡峻 山岩坚实的地区 宜采用隧洞导流平原河道 岸坡平缓 有河湾 老河套可资利用 宜采用明渠导流 第四节导流方案 二 导流方案选择的影响因素3 地质与水文地质岩石性质 地下水埋藏状况 两岸或一岸岩石坚硬 风化层薄 且抗压强度足够时 则选用隧洞导流较有利岩石风化层厚且破碎 或有较厚的沉积滩地 则适用于采用明渠导流 岩石河床 抗冲能力较强 河床允许束窄程度可以较大 覆盖层较厚的河床 抗冲能力较差 河床允许束窄程度可以较小 二 导流方案选择的影响因素4 水工建筑物的结构特征和枢纽布置 枢纽中有隧洞 渠道 涵管 泄水孔等永久泄水建筑物 应可能加以利用 应将导墙或隔墙作为纵向围堰的一部分 降低导流建筑物造价 土坝 土石坝 堆石坝 不用过水围堰 高土石坝 不用分段导流方案 砼坝 分段导流 二 导流方案选择的影响因素5 河流的综合利用 通航 发电 灌溉 渠道供水 及渔业 水深与船只吃水深度相适应 束窄断面的最大流速一般不应超过2 0m s6 施工进度 施工方法及施工场地布置控制性时段 完工期 发电时间 截流时间 拦洪度汛时间 封堵时间在砼施工中 当砼生产系统布置在一岸时 宜采用全段围堰法 若采用分段围堰法 则应以砼生产系统所在一岸作为第一期工程 第四节导流方案 二 选择导流方案应考虑的因素 水文地形地质及水文地质水工建筑物的型式与布置施工期间河流的综合利用施工工期要求在选择导流方案时 除了综合考虑以上各方面因素外 还应使主体工程尽可能及早发挥效益 简化导流程序 降低导流费用 使导流建筑物既简单易行 又适用可靠 河谷宽 流量大 施工期长 有通航要求 分段围堰导流 河道窄 流量小 无通航要求 全段围堰导流 实例一 辽宁省大伙房水库 实例一 辽宁省大伙房水库 见附图1 32 挡水建筑物为粘土心墙坝 坝顶长1367m 最大坝高49 2m 属 级建筑物 左岸有泄洪发电隧洞及工业供水隧洞 右岸有溢洪道及热电站供水隧洞 根据水文条件 全年可划分为下表所列的几个时段 各时段内5 和0 5 频率的最大流量也列在表中 表浑河的水文特征时段与流量 大伙房导流方案 一 本工程河床宽阔 汛期流量大 全年流量变幅亦大 采用分段围堰法导流 将坝体分成三段进行施工 施工前期由束窄河床坝段导流 后期利用永久隧洞导流 由于河床坝段 合龙段 须在一个枯水期内完成截水槽 基础处理和将坝体填筑到拦洪高程等任务 根据施工强度计算 无法完成 因此提前一年在冬季利用暖棚处理河床坝段基础 此时 河水由河滩上特为开挖的明渠下泄 导流过程及控制性施工进度计划示于附表1 8中 由表可知 第一年 右岸坝段和隧洞先开工 河水由原河床下泄 此时 根据水位流量关系曲线 洪水将影响工程施工 需在隧洞的进口修建小围堰 右岸洼地要修建土围堰以防护基坑 到了同年冬季枯水期 隧洞和右岸坝段继续施工 同时在左岸滩地上开挖引河 使河水改道下泄 在河床段最枯水期内搭盖席棚 供给暖气 在室外 40 时继续施工 完成该段的截水槽工程 导流引河按最枯水期的流量设计 经计算 确定引河断面为底宽20m 水深2 8m 边坡1 1 5 引河进口与河床底同高 并确定上游围堰顶高程高出渠底3 5m 大伙房导流方案 二 从第二年第二季度开始 左右岸坝段同时进行施工 这时 需先将河床坝段已填筑的粘土心墙 与河底齐平 盖上防冲的保护层 再将引河堵塞 水流仍由原河床坝段 即暖棚施工段 下泄 通过水力学计算 确定河床坝段的平均宽度为150m 泄洪时的水深为7 5m 上游水位壅高1 1m 围护左右岸坝段基坑的上游围堰堰顶高程高出河床约10m 同时 在隧洞进出口修建较高的挡水围堰 以防洞内进水 影响继续施工 第二年冬季 枯水期 隧洞已经完成 进行河床截流并将河水引入隧洞宣泄 这时修建河床坝段的围堰 仍用暖棚法恢复河床段粘土心墙的施工 第三年春汛时 需将河床段围堰修高至15m 以拦春汛洪水 560m3 s 在第三年洪水期以前 拦河坝全面施工 其中主要是抢筑河床坝段 第三年汛期须由坝体拦洪 因此 全坝须于汛期前填筑到拦洪高程 由调洪计算和施工进度安排得知 河床段坝体不能在汛前按全断面修筑到拦洪高程 本工程采用了 降低溢洪道底坎高程 坝体填筑采用临时断面等措施来满足拦洪要求 顺利地完成了导流任务 本工程于第三年年底基本完工 实例二 四川省宝珠寺水电站工程 四川省宝珠寺水电站工程 是以发电为主 兼有灌溉 防洪等效益的综合利用大型水电工程 挡水建筑物为混凝土重力坝 坝顶长524 48m 最大坝高132m 水电站厂房为坝后式 属 级建筑物 根据水文资料分析 河流为山区型 洪水涨落变化大 一次江水过程一般为1 3天 汛期在7 8月份 实测最大洪水流量为11300m3 s 其10 频率的最大洪水流量为7800m3 s 5 频率为9570m3 s 1 频率为13000m3 s 河流多年含沙量2 04kg m3 汛期平均含沙量2 72kg m3 实测最大含沙量169kg m3 在施工组织设计中 拟定了五个导流比较方案 全段围堰隧洞导流 右岸隧洞 过水围堰 底孔导流 坝体临时断面挡水 右岸小明槽导流 右岸隧洞及左岸明槽导流 右岸大明槽导流 高围堰挡水 经过分析比较 考虑到地质条件差 工程量大及投资大等因素 不宜开挖专用的导流隧洞 若汛期基坑过水 工期又难以保证 故最后决定采用右岸大明槽导流 高围堰挡水方案 见图1 33 图1 33四川宝珠寺水电站分期导流布置图1 第一期围堰轴线 2 导流明渠 3 第二期上游围堰 4 第二期下游围堰 5 纵向围堰 6 导流底孔 7 混凝土重力坝 8 厂房 宝珠寺水电站工程导流方案说明 明槽所处河段正位于河弯段 上游天然河道的主流位于右岸 至明槽处 转向左岸 根据水流情况 明槽宜布置在左岸 但由于地质条件限制 左岸明槽需高边坡开挖达140m 且岩层倾向与坡向近于一致 边坡稳定条件更差 相应的处理工程量较大 而右岸岩层倾向下游偏内 对边坡稳定有利 故选定明槽布置于右岸 导流程序与控制性进度如下所述 第一期工程 在第一期围堰围护下 修建右岸宽35m的导流明槽 河水由左岸束窄不多的河床下泄 工期自第2年7月起至第4年11月第二期上游围堰截流 右岸导流明槽过水止 第二期工程 左岸河床截流 并修筑拦挡5 频率全年洪水的高围堰 河水全部经由导流明槽宣泄 左岸河床坝段混凝土浇筑超过第二期围堰高程后 拆除第二期围堰 工期自第4年11月左岸上游围堰合龙起至第7年11月右岸明槽截流 左岸坝体永久底孔开始泄水止 后期工程 明槽坝段在第8年5月前加高至518m高程 汛期由明槽坝段518m高程的预留缺口及485m高程2个5 10m临时底孔泄洪 汛后明槽坝段继续加高 由永久底孔泄流 工期自第7年12月起至第8年11月止 完建期 此时坝体已浇筑至相当高程 第8年11月下旬至12月中旬 最后一个底孔闸门沉放 开始蓄水发电 三峡工程 三峡工程分三期进行施工 这是因为三峡工程必须分三期进行施工导流的缘故 三峡工程三斗坪坝址处有一中堡岛 将长江分为大江和后河 大江宽900米 后河宽约300米 为河床分期导流提供了良好的地形条件 根据国务院三峡工程建设委员会批准的 明渠通航 三期导流 的施工方案 1993 199