第九章施工导流与截流教案

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第九章施工导流与截流

概述：

水工建筑物一般修建在河床上,为创造干地施工条件,必须解

决施工期水流的控制问题。

1．水利工程施工的三个里程碑:导流建筑物完建;拦洪蓄水;第

一台机组发电。

２.导流:避免河水对施工的不利影响，创干地施工条件,修建围

堰围护基坑，将河床中水流按预定方式加以控制,全部或部分导向

下游。

３．导流的任务

(1）划分导流时段,确定导流标准和设计流量；

(2）选择导流方案及导流建筑物的型式;

(3）进行导流建筑物的布置、构造、尺寸拟定;

(4）进行导流建筑物的修建、拆除封堵等。

第一节导流

一、导流的基本方法

（一)全段围堰法导流(河床外导流）

１.概念：在河床主体工程的上、下游各修建一道拦河围堰,使

上游来水经过预先修建的临时或永久泄水建筑物下泄,主体工程在

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排干的基坑中施工。

２.适用：河床狭窄,基坑工作面不大、水深流急或覆盖层深厚

难于修建纵向围堰的工程。

3.优点:工作面大,可利用永久泄水建筑物导流，节约投资。

4.导流建筑物的型式

(1）隧洞导流

1)适用:山区河流,河谷狭窄，两岸地形陡峻,山岩坚实。

２)缺点：造价高，工期长，施工复杂,隧洞断面不可能很大，

泄流能力有限（２000－250０m3/s)，所以,汛期一般须另寻出路。

3)优点:与主体工程施工干扰小。宜尽量与永久建筑物连接。

４)布置要求

a.避免洞线穿过断层、破碎带以及较大的冲沟,无法避免时应

大交角穿过。

ｂ.洞顶岩石厚度至少应大于洞径的2-3倍（保证隧洞结构稳

定)。

ｃ.洞线尽量为直线,如有弯曲，进出口直线段应大于10倍洞

径或洞宽,转弯半径应大于5倍洞径或洞宽,且转角宜大于600。

d.隧洞进出口与河道主流的交角不超30０,同时进出口与上下

游围堰之间应有适当距离，一般大于50m。

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e.隧洞进出口高程应适当，尽量满足施工和运行的需要。

（２）明渠导流

1)适用:岸坡平缓，有宽广滩地的平原河道。尽量利用老河道

或裁弯取直,可节约造价。

２)特点：导流流量大(１0０00m3/s），施工方便，利于机械化，

利于通航和过木。

3）布置要求

ａ.水流畅通,泄水安全，施工方便，渠线短，开挖量小。

b.明渠进出口布置应平顺，水流方向与河道主流的交角不超

300,转弯半径应大于5倍渠底宽，同时进出口与上下游围堰之间应

有适当距离，一般大于50m。

ｃ.明渠水面到基坑水面之间的最短距离应大于2.5-3.0H，以

减少向基坑渗漏。

(３）涵管导流

1)适用:小流量河流或仅担负枯水期导流的土坝、堆石坝工程。

2)缺点：涵管外壁和坝身防渗体之间易发生渗流。应严格该处

回填质量，并每各一定距离设置截渗环。注意接缝止水。

(４）渡槽导流

（二)分段围堰法导流（河床外导流或分期围堰）

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１.概念:用围堰将水工建筑物分期分段围护起来进行施工的

方法。分段是指从空间上用围堰将拟建水工建筑物围成若干施工

段分别进行施工，分期是指从时间上将导流分成若干个时期。一

般采用两段两期导流法。

２.适用:河道宽阔、流量大、河床覆盖层较薄，施工期较长，

有通航要求工程。

3.优点：导流费用一般较低，大中型工程广泛采用。

4．布置内容：一期工程位置的选择,河床的束窄度,各期围堰

的布置，导流底孔的布置(高程、数目、尺寸)

５．导流方法

前期一般由束窄的河床导流,后期一般可利用完建的泄水建筑

物导流。导流方法如下:

（1）束窄河床导流

(2)底孔导流

1)概念:修建混凝土坝时，在坝内修建临时或永久底孔，让部

分或全部导流流量通过底孔宣泄到下游。

2)优点：挡水建筑物的上部施工不受干扰，利于坝体均匀、连

续施工。

３)缺点：增加钢材用量；封堵水头较高，安放闸门困难;封堵

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不好，会降低坝体的整体性,易渗漏;导流期易被漂浮物堵塞。

4）封堵：临时底孔，导流任务完成后应进行封堵。封堵原则

是由低孔堵起,以减少封堵是水压力。

（3)坝体缺口导流

1)概念:在未建成的坝体上预留缺口宣泄洪峰流量,待洪峰过后,

上游水位回落再修筑缺口。

２）优点：不影响大坝施工，减小围堰高度。

3）适用:河水暴涨暴落，其他建筑物不足泄洪。

(三）淹没基坑导流

1.适用:河流水位、流量变幅大,含沙量较少,且被保护对象允许

施工期过水(混凝土坝、堆石坝）。

２.优点：减少导流建筑物的投资。

二、围堰工程

（一）概述

1.围堰:围堰是临时挡水建筑物，用来维护基坑，使建筑物在

干地施工。导流任务完成后,对不能作为永久建筑物或妨碍永久建

筑物运行的部分应予以拆除。

2.围堰的基本要求

(1）具有足够的稳定性、防渗性、抗冲性和强度。

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(２)造价便宜、构造简单,方便施工、管理，便于拆除。

（３)围堰布置要求水流平顺,不发生严重局部冲刷。

（4）围堰的接头与岸边的联结要安全可靠,防止集中渗漏等破

坏作用引起围堰失事。

３.围堰分类

（1)按材料：土石、混凝土、钢板桩格、草土、木笼

(２)按布置型式:纵向、横向

（3)按时期：一期、二期

(４)按淹没型式：过水、不过水

(二）围堰的基本型式及特点

1．土石围堰（土围堰或土石围堰)

(１)优点:构造简单、就地取材、施工方便、造价低廉、便于

拆除，可以在流水中、深水中、基岩上或有覆盖层的河床上修建,

所以是目前广泛采用的围堰型式。

(2）缺点:抗冲能力差、底宽较大、所以一般用作横向围堰，

工程量大、沉陷量大(0.8－1.５%)、堰顶一般不能过水。

（３）分类:不过水围堰和过水围堰。

２．草土围堰

(1）施工方法：（略）

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(２）优点：施工简单、速度快，就地取材、造价低,具有一定

的抗冲、抗渗能力,拆除方便。

（３)缺点：不能承受大水头，且柳草易腐。

（４)适用:水深不超6m,流速不超3.5m／ｓ，使用期限2年以

内的软基河床。

(三）混凝土围堰

1.优点：抗冲能力大、挡水水头高、底部小，堰顶可以溢流，

围堰可以两面挡水。

2．缺点:施工复杂，一般需在水下清基、浇筑混凝土。

3.适用:水头高、岩基河床，一般多和永久建筑物连接。

(四)钢板桩格围堰

１9０8年,美国纽约布法罗黑石港船闸首先采用，在3０年代

得到推广。

１.概念:由多块钢板桩通过锁口互相连接而成的格型整体。一

般筒径D＝0.9-1．２Ｈ(水头）。

２．优点：修建、拆除高度机械化，钢板桩回收率7０%以上；

边坡垂直,端面小，安全可靠。

3.缺点：需用钢材量大，施工复杂,技术要求高。

4.适用:有较深的覆盖层的河床。挡水水头一般１6-20m。

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5.分类：圆筒型格体、鼓型格体、花瓣型格体。

(三)围堰的拆除

１．队工程的影响

（1)一期横向围堰拆除不合要求，增加截流工作难度。

(２)下游拆除不干净,抬高尾水，影响水轮机利用水头。

2．土石围堰的拆除

(1）时间:最后一次汛期过后,上游水位下降，即可拆除。

（２)拆除方法:从被水坡开始分层拆除，但必须保持稳定，不

能太快。

三、导流设计流量的确定

是设计导流建筑物的重要依据,他是按照导流时段根据导流标

准确定的。

(一）导流标准

１．导流标准：选择导流设计流量的标准。在经济性与风险

性中选择。

２.导流标准的选择

（1)重现期法：首先根据临时建筑物的保护对象、失事后果、

使用年限和工程规模将其划分为Ⅲ~Ⅴ级，然后再根据导流建筑物

的类型和级别选定某一洪水重现期作为导流标准。

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１)导流建筑物级别划分:见下表

项围堰工程规模

目使用年

级保护对象失事后果

限（年）堰高库容

别

(m)(亿ｍ3）

淹没重要城镇、工矿企业、

有特殊要求

交通干线或推迟工程总工

Ⅲ的Ⅰ级永久>3>50>１.0

期及第一台(批）机组发电,

建筑物

造成重大灾害和损失

淹没一般城镇、工矿企业、

Ⅰ、Ⅱ级永或影响工程总工期及第一１5~5０.1～

Ⅳ１．5~3

久建筑物台(批）机组发电而造成较大０１．0

经济损失

淹没基坑，但对总工期及第

Ⅲ、Ⅳ级永＜１

Ⅴ一台（批)机组发电影响不<１.５<0．１

久建筑物５

大,经济损失较小

2）导流建筑物洪水标准划分：见下表。

导流建筑物级别

导流建筑物

ⅢⅣⅤ

类型

洪水重现期（年)

土石５0~２０2０~1010～５

混凝土２0～1０1０~55~3

注:ａ.列为Ⅲ级导流建筑物时,至少应有两项指标符合要求。

ｂ．规模巨大且在国民经济中占有特殊地位的水利水电工程，

其导流建筑物的级别和设计洪水标准，经充分论证后报上级批准。

c．同一施工阶段,各导流建筑物的洪水标准必须相同，一般以

主要挡水建筑物的洪水标准为准。

ｄ.利用围堰挡水发电时,围堰级别可提高一级，但必须经过技

术经济论证。

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e．导流建筑物失事淹没重要厂矿、城镇等时，其结构设计级

别可以提高一级,但设计洪水标准不相应提高。

例如：三峡工程一期土石围堰Ⅳ级；二期上游土石围堰，被

专家喻为三峡工程的“荆江大堤”，提高二级,定为Ⅱ级,洪水重现

期为1０0年一遇,下游提高一级,定为Ⅲ级;三期上游碾压混凝土

高水围堰（工作水头１15m，高程14０m,蓄水位１35m）,由于拦蓄

库容147亿立方米，特别重要，提高三级，定为Ⅰ级临时建筑物，

但洪水重现期为2０年一遇。

（2)典型水文年法

1)适用:河道水文系列较长（大于等于20年)，按实测典型年

资料分析选用。如葛洲坝工程。

2)枢纽所在河段上游建有水库,可考虑水库调节作用。

(二)导流时段的划分

１.导流时段

(１)导流程序:在施工过程中的不同阶段,可以采用不同类型

和规模的挡水建筑物与泄水建筑物，这种不同不同导流方法组合

的顺序，称导流程序。

(２）导流时段:按照导流程序划分的各施工阶段的延续时间。

例：三峡工程导流程序及导流时段的划分如下:

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施工时间导流程序导流时段

1993．１０~19９７.原河床导流(束窄3０%）3.5年

１1

19９7．11~２0０2.11大明渠导流5年

2002.11～200９．5已完建的底孔、深孔导流６．5年

2.导流时段划分

(１)导流时段划分依据

河道水文特性、枢纽类型及布置、导流方式、施工总进度和

总工期等。全年流量变化过程线所划分的水文时段是基本依据。

（2）导流时段(围堰挡水时段或施工时段）的划分与导流设

计流量的确定

1）基坑不过水

a．若主体建筑物能在一个枯水期内抢修到拦洪高程以上,则导

流时段可考虑为一个枯水期,相应的导流设计流量为该时段内导流

标准对应的，根据洪水重现期推算出的最大流量。

b.若主体建筑物不能在一个枯水期修建到拦洪高程以上,则导

流时段可考虑为围堰全年挡水,这时导流设计流量为导流标准对应

的，根据洪水重现期推算出的全年最大流量。

２)基坑过水

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根据经济比较确定淹没次数和时间。

四、导流建筑物的水力计算

(一)纵向围堰位置和束窄河床段的水力计算

1．河床的束窄度考虑因素

（１)流速不得超过允许值：如通航不超３m/ｓ,围堰防冲等。

(2）各段主体工程量施工均衡。

(3）满足后期导流和截流要求。

(4)利用永久分水导墙作纵向围堰。

(５）尽量利用河床中有利地形、地质条件。如有小岛等可作

纵向围堰或其基础。

2．水力计算计算

(１）河床的束窄度

A

K2100%

A

1

A:围堰和基坑所占过水面积

２

(２）束窄河床的平均流速

Q

V

c(AA)

12

：侧收缩系数，一侧收缩采用0.95，两侧收缩采用0.9

(３)束窄河床段前水位壅高

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1V2V2

Zc0

22g2g

:流速系数,与围堰布置形式有关，围堰布置为矩形时取0.7

５-0．8０,梯形取0.８-0.８5，有导流墙时取0.85-0．９。

（二）泄水建筑物的水力计算（仅介绍隧洞导流）

1．有压流进口底坎上水深H

V2V2

Hh(1)(i)L

0p2gC2R

ｈ：下游计算水深，自由出流取0．85Ｄ，淹没出流按实际

p

水深计算,Ｄ为隧洞直径。

2.无压流隧洞水力计算

（1)急流

下游水位对上游隧洞进口水深不发生影响,所以上游水深可按

非淹没宽顶堰公式计算：

Q2

H()3

0mb2g

隧洞进口处水面计算宽度bk,为相应于临界水深时的

hk

k

过水断面面积。

（2)缓流

有长洞和短洞之分，计算方法略。

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(三）上下游围堰堰顶高程确定

1.下游围堰堰顶高程

Hh

下下

2.上游围堰堰顶高程

Hh

上上

:围堰安全超高,过水围堰采用02-0.5m,不过水围堰采用

0.7-1.0ｍ。

五、影响导流方案选择的因素

导流方案是指不同导流时段所采用的不同导流方法的组合。

1.水文、气象

2.地形、地质与水文地质

３.枢纽形式及其布置

４．施工进度、施工方法及施工期河流的综合利用

第二节截流

一、概述

（一)基本概念

1.截流:在泄水建筑物完建后，抓住时机,迅速截断河流，迫使

河水由导流建筑物下泄。

２.进占：从河床一侧或两侧，在河流中填筑截流戗堤的工作。

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３.龙口：戗堤进占到一定程度,河床束窄到有较大流速的泄水

缺口。如葛洲坝截流龙口40m,最大流速可达7m／s。

４.裹头护底:在龙口迎水面和底部设置防冲加固设施。

５．合龙：封堵龙口的工作。

6.闭气：合龙后在戗堤迎水面设置防渗设施，截断渗漏。如：

斯大林格勒截流合龙后仍有４８0m3/s的渗漏量。

(二）截流

1.截流过程：戗堤进占→龙口裹头、护底→合龙→闭气。

２.截流后及时加高培厚戗堤筑成围堰。

3．截流在技术性和施工组织上都具有相当的艰巨性和复杂

性。截流一旦失败将延误工期一年。

(三)截流日期和截流设计流量的确定

1.截流考虑因素

（１）截流前泄水建筑物必须完建。

(2）截流宜在停航期进行。

(3)冰冻期不宜截流。宜堵塞河床和导流建筑物，壅高水位。

（4）截流应尽量提前,以便及早进行主体建筑物的施工。截

流后需修建围堰、基坑排水、开挖，然后才能进行主体建筑物的

施工,任务十分繁重。

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2．截流时间：一般宜选择在枯水期初,也可根据预报及时调

整。

３.截流设计流量：按工程级别,一般选截流时期10-2０%频率

的旬、月平均流量。

二、截流的基本方法

(一)立堵法

１.概念:从龙口一端或两端向中间抛投截流材料进占,逐渐

束窄龙口,直至截断水流。

２.截流机具:自卸汽车、大功率推土机等。

３.优点：准备简单，造价低，不需浮桥和栈桥,便于机械化

施工。

４.缺点

(１)龙口单宽流量逐渐增大，需单个重量较大的截材。

（2）冲刷较大，一般均需护底。

（３)工作前线狭窄,抛投