简析水库施工中导流方案
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作者: 沈平湖 沈赵勇
摘 要：本文结合某水库工程实例。主要针对水利水电工程在实施过程中选择合理有效的施工导流方案作出相关分析，以供借鉴。
关键词：水库除险加固 施工导流 方案选择
1 前言
水利水电工程的施工导流概括为采取“导、截、拦、蓄、泄”等工程措施来解决施工和水流蓄泄之间的矛盾，避免水流对水工建筑物施工的不利影响，把河水流量全部或部分导向下游或拦蓄起来，以保证干地施工和施工期不影响或尽可能少影响水资源的综合利用。要周密地分析研究水文、地形、地质、枢纽布置及施工条件等基本资料，选定导流标准，划分导流时段，确定导流设计流量，选择导流方案及导流建筑物的形式，确定导流建筑物的布置、构造及尺寸，拟定导流建筑物的修建、拆除、堵塞的施工方法以及截断河床水流、拦洪渡汛和基坑排水等措施，正确合理的施工导流，可以加快施工进度，降低工程造价，否则会使工程施工遇到意外的障碍，拖延进度，增加投资，甚至会引起工程失事。
2 工程概述
工程现状主要由大坝、溢洪道、电站进水口、输水涵管及电站厂房等组成。大坝为均质土坝。最大坝高44.5m，坝顶高程184.5m，坝顶长133.0m；溢洪道位于大坝左侧，堰顶高程174.0m，2孔泄洪闸，每孔净宽7.2m；电站进水口位于大坝上游坝坡右侧，单孔水闸净宽2.0m，进口底板高程160.0m，净高24.6m。下游接输水涵管穿坝接电站厂房引水。
水库特征水位：校核洪水位（P=0.1％）：182.90m，相应库容：1476万m3；设计洪水位（P=2％）：180.65m，相应库容：1219万m3；正常蓄水位：178.0m，相应库容：992万m3；死水位：160.0m。相应库容：138万m3。
建筑物加固内容：大坝坝体、坝基进行灌浆加固。上游坝坡进行削坡并现浇混凝土护坡，下游坝坡培厚加固；溢洪道进口导墙、启闭机室、交通桥及陡坡段左侧墙拆除重建，陡坡段右侧墙加高及护面加固，闸室基础迸行灌浆；电站进水口拆除重建及输水涵管内衬钢管加固。
3 施工导流
3.1导流标准
本工程为III等中型水库，主要建筑物为3级，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303―2004）的规定，本工程导流建筑物为5级，土石导流建筑物，采用1～5年一遇洪水重现期，考虑到围堰使用期短。故采用5年一遇洪水标准。
3.2导流方案选择
本水库是一座以发电为主，结合防洪、灌溉的水利工程，在施工期间尽量保证发电及减少对发电的影响，而且每年4月农业灌溉开始，必须保证输水涵管在3月底具备通水条件，以保证下游灌溉。即一期先围电站进水口、输水涵管及大坝上游坡，以保证其施工；二期围溢洪道，利用已加固好的输水涵管及其迸水口建筑物结合发电导流。
3.2.1电站进水口、输水涵管及大坝上游坡施工期间施工洪水及导流方案比选
在电站进水口、输水涵管及大坝上游坡施工期间可供选择的导流方案有以下3种：方案一，利用水库库容蓄滞洪水，溢洪道自由出流导流；方案二，利用水库库容蓄滞洪水，水泵辅助抽排导流；方案三，利用水库库容蓄滞洪水，修建临时大功率泵站抽水导流。
方案一：在10月初库水位降至死水位160m，并开始填筑一期挡水围堰，同时水库开始蓄水，根据枯水期径流计算，水库可在l0月底蓄满，蓄满后利用溢洪道导流，按溢洪道底高程174m作为起凋水位，遭遇施工期5年一遇洪水过程，按无闸门控制的宽顶堰泄流，进行调洪演算，得施工期本方案施工期洪水成果（表1）。
表1 方案一施工期洪水成果
从表l可以看出，溢洪道底高程较高，自由出流起调水位相应较高，不管选择何种导流时段，一期围堰堰顶高程必须超过175.84m，最大堰高26m，围堰规模大。
方案二：为降低围堰规模，可从l0月份填筑施工围堰开始，充分利用水库库容蓄滞洪水，同时利用水泵辅助抽排。当遇施工时段5年一遇设计洪水时，可先利用水库蓄水，若水位超过溢洪道底高程174m，再利用溢洪道导流，得本方案施工期洪水成果（表2）。
表2 方案二施工期洪水成果
从表2可以看出，在施工期10～1月份（4个月平均抽水流量1.95m3／s，总抽水量2049.2万m3，水头14m）利用水泵抽水，施工洪水水位可从175.84m降到170.78m，降低5.06m，可大大降低围堰高程，减少围堰造价，但需增加一定的抽水费用。
方案三：为降低围堰规模，可在施工期10月份开始，充分利用水库库容蓄滞洪水，同时利用水泵辅助抽排，根据水库径流计算，利用水泵在平时平均1.95m3/s抽水可保证水库水位维持在死水位160m。可用大功率泵站（临时修建）抽水，按抽水流量20m3／s计算，可得施工期最高水位成果（表3）。
表3 方案三施工期洪水成果
从表3可以看出，方案三可大大降低围堰规模（与方案一相比降低8.66m），但需在施工期从水库抽水1～2m3/s以保持水位维持在160m不变外，还需临时修建一大功率的泵站（抽水流量20m3/s，水头14m）备用，来洪水时随时启用。操作不方便。
电站进水口、输水涵管及大坝上游坡施工期间，施工洪水通过以上三个方案的比较，可以看出方案三虽然降低了围堰高程，但需修建临时大功率泵站，工期不允许及造价高、操作不方便等，故不给予采用；方案一，通过溢洪道自由出流导流，施工洪水较高，围堰堰顶高程相应较高，围堰造价约为586万元，而且发电输水涵管进口靠溢洪道较近，且土坝前坡地形较陡，地形高程较低，为保证溢洪道过流。一期围堰布置要保证基坑内有足够施工场地的同时尽量靠近进水口，致使围堰的一端必须与土坝上游坝坡相接，临时占用了整个土坝上游坝面，影响土坝上游坡施工。
3.2.2在溢洪道施工期间，利用输水涵管导流施工期洪水
本水库电站设计发电流量9m3/s，最大发电流量为10.5m3／s。在溢洪道施工期间，考虑输水涵管导流时（结合发电），水库在枯水期下游无用水要求，为正常发电需要，可保持发电最低水位163m，对应库容217.19万m3，以水位163m作为起调水位，遇施工期5年一遇洪水过程，按最大发电流量10.5m3／s均匀下泄，进行调洪演算，得水库施工期洪成果（表4）。
表4 水库施工期洪水成果
3.3导流时段选择
根据水工建筑物加固项目、加固工程量及相应进度安排，结合类似工程经验，本工程可在一个枯水期内完成土坝上游坡加固、溢洪道加固、输水涵管加固及电站进水口重建。
电站进水口、输水涵管及大坝上游坡施工期间，利用水库库容蓄滞洪水，水泵辅助抽排导流，为降低一期围堰堰顶高程以及尽可能减少施工对发电的影响，选择导流时段为10月-1月，相应10～1月份4个月水泵辅助抽排平均流量为1.95m3/s，总抽水量为2049.2万m3，选择该导流时段为全年最枯时段，对电站发电量的损失也最小。
溢洪道施工期间，利用已加固好的输水涵管导流，选择导流时段为10月-3月，相应导流流量l0.5m3／s。在枯水期内选择该导流时段相比11月-3月水库最高水位高了1.92m，但相应施工时段较长，根据溢洪道进口前地形高程在171.0m左右，在此建二期围堰规模较小，选择时段相对较长的施工时间相应较充裕。
4 结论
基于以上导流方案的比选及探讨，得出以下一些简单的结论：
（1）除险加固工程是对现有枢纽建筑物进行加固、改建甚至重建以达到除险加固的目的，在除险加固方案实施过程中施工的方法及方案均受现状建筑物及地形的制约，本工程电站进水闸拆除重建，破坝修建导流洞不可行情况下为保证干地施工选择合理的导流方案及导流建筑物显得尤为重要。
（2）导流工程的设计建造还应遵循以下原则
①安全可靠，这一点勿庸质疑，导流建筑物是用来围护施工基坑，它的安全是保证水工建筑物能在干地施工及施工顺利进行，否则会造成工期拖延，增加投资，甚至会引起工程失事。
②经济合理，不单是导流工程设计，任何设计如果违背了经济合理的原则，都不能说是成功的。同时，由于导流工程是临时性结构，在水工建筑物建造完成之后不一定起作用，所以设计时更应体现这一原则。
③方案选择应该充分考虑施工可行性及工期，一个优秀的导流工程，要做到因地制宜，根据导流工程周围地形、地质及水文条件选择可行的导流临时建筑物形式及临时建筑物施工不应占用太多整个枯水期施工时间，施工期间还应该考虑下游用水及需水要求，充分考虑水资源综合利用的问题。
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