◎姬碩 新疆兵團勘測設(shè)計院(集團)有限責(zé)任公司

水利工程是關(guān)乎民生的基礎(chǔ)建設(shè)，必須與當(dāng)?shù)氐娜宋?、地形地貌、?jīng)濟發(fā)展等實際情況相互結(jié)合，實地調(diào)查河道與河流，結(jié)合調(diào)查結(jié)果規(guī)劃水利工程施工建設(shè)方案，選擇科學(xué)、合理的導(dǎo)流施工技術(shù)，降低施工成本，提高施工安全與質(zhì)量。近年來，科技的發(fā)展極大地促進了水利工程施工技術(shù)水平的提升，導(dǎo)流施工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，降低了水利工程的施工難度，提高了施工效率，已經(jīng)成為水利工程建設(shè)中不可或缺的重要施工技術(shù)。具體實踐中，應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場特點，因地制宜地選擇導(dǎo)流方式。

1.導(dǎo)流施工技術(shù)簡介

1.1 明渠導(dǎo)流施工

明渠導(dǎo)流技術(shù)首先需要在基坑上游或下游設(shè)置一個圍堰，通過修建圍堰的方式起到導(dǎo)流作用，比如在河岸或者海灘上修建水道；在地形較寬的區(qū)域修建渠道等，通過這些方式讓水流下泄。施工人員可以在綜合分析水利工程施工導(dǎo)流需求的基礎(chǔ)上設(shè)置明渠，施工過程中充分考慮明渠導(dǎo)流的軸線，優(yōu)化明渠及出口與高程等重要指標(biāo)。比如明渠的進口需要設(shè)置在水利工程河道的上游，出口設(shè)置在下游，上下游的水流相互連接，以達(dá)到疏導(dǎo)水流的目的。明渠與河道的交角不超過30°，在不影響工程正常施工的情況下，應(yīng)盡量縮短明渠長度，減少施工量。明渠疏導(dǎo)施工通常應(yīng)用于河床較窄、河岸較寬的區(qū)域，能夠很好地處理較大的水流量，保障水利工程的整體施工安全。

1.2 隧洞導(dǎo)流施工

通過在河流岸邊修建隧道來實現(xiàn)導(dǎo)流效果，隧洞導(dǎo)流通常用于地形復(fù)雜、地勢不利于施工的區(qū)域，通過導(dǎo)流的方式一定程度上減少施工對河水造成的污染，避免生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。隧洞導(dǎo)流技術(shù)對土地、巖石的要求較高，施工時間較長，主要用于水流量較大的區(qū)域。施工過程中需要把握好隧洞出口與入口的直徑，避免孔徑太小而被泥沙堵塞，如有必要，還應(yīng)清理和疏導(dǎo)隧洞，保證隧洞能夠有效發(fā)揮導(dǎo)流效果。

1.3 分段圍堰導(dǎo)流施工

通過修建圍堰的方式保護河床，此技術(shù)盡管施工成本較低，但施工周期較長，涉及的施工要素較多，施工量大，需要全面做好施工管理，妥善安排施工內(nèi)容。施工的地理位置不同，分段圍堰導(dǎo)流方式也存在各種差異，比如泄洪口的設(shè)計、孔徑大小等，需要相關(guān)方協(xié)調(diào)討論后確定[1]。第一階段的圍堰施工需要在枯水期內(nèi)完成，以降低河水漲潮引起的風(fēng)險；第二階段的施工需要實現(xiàn)橫向與縱向圍堰的相互結(jié)合，合理設(shè)置運輸路線，提高施工質(zhì)量。

2.導(dǎo)流施工水力分析

本文通過有限元法進行數(shù)值模擬，分析導(dǎo)流施工水力特點。首先模擬水利工程的施工過程數(shù)值；其次是模擬水利工程施工中導(dǎo)流施工水力數(shù)值。利用有限元軟件模擬施工數(shù)值，在導(dǎo)流施工的洞口上施加并釋放荷載，每次荷載完成一個循環(huán)，便代表一個施工步驟，因此在數(shù)值模擬過程中不可一次性完成所有荷載的施加。采用有限元法分析施工數(shù)值模擬，通過相關(guān)系數(shù)控制荷載的施加與釋放。通過設(shè)置目標(biāo)函數(shù)A，可得到公式：

α：各個導(dǎo)流施工的步增量；

δ：當(dāng)前模擬的導(dǎo)流施工荷載的釋放系數(shù)；

F：導(dǎo)流施工洞口水力的等效結(jié)點力。

利用公式（1），可以對水利工程的導(dǎo)流施工數(shù)值進行模擬分析，并結(jié)合導(dǎo)流施工洞口的水力數(shù)值模擬施工過程，考慮等效替換導(dǎo)流施工洞口水力的方法，完成混凝土和水力的強度等效替換，把導(dǎo)流施工水力模擬轉(zhuǎn)換成等抗壓強度的混凝土力學(xué)模擬，以降低數(shù)值模擬難度。有限元分析表達(dá)式為：

E：折算后混凝土彈性模量；

g：導(dǎo)流施工水力的最大應(yīng)力；

s：導(dǎo)流施工橫截面積；

q：混凝土彈性模量；

v：導(dǎo)流施工材料的屈服強度。

通過公式（2）可以模擬導(dǎo)流施工水力數(shù)值，分析導(dǎo)流施工水力，為導(dǎo)流施工的有效控制提供理論基礎(chǔ)。

要想合理控制水利工程的導(dǎo)流施工，不僅要分析水力，更要確定導(dǎo)流能力。因為水利工程的導(dǎo)流能力是導(dǎo)流施工技術(shù)的核心，并直接決定導(dǎo)流施工水平。不同狀態(tài)下，水利工程的導(dǎo)流能力也會有所差異，這種差異可體現(xiàn)在自由出流、過度出流、淹沒出流三方面，其表達(dá)公式為：

m：自由出流的流量系數(shù)；

p：上游水深；

B：下游水深；

ψ：淹沒出流的流量系數(shù)；

H：泄洪洞底的高程；

hs：從隧洞進口的斷面底部算起的上游水頭。

根據(jù)公式（3）計算出水流工程的導(dǎo)流能力后，為后續(xù)導(dǎo)流施工的進出口高程設(shè)置提供理論依據(jù)。

3.導(dǎo)流施工內(nèi)容

要想從施工位置把水流向下游引導(dǎo)，必須采用導(dǎo)流施工技術(shù)，從而為水利工程創(chuàng)造干燥的施工環(huán)境，加快施工進度。本質(zhì)上，導(dǎo)流施工技術(shù)的根本作用是對水流進行控制和引導(dǎo)，包括截流、下閘蓄水、基坑排水幾個環(huán)節(jié)。

導(dǎo)流施工技術(shù)是在水利工程建設(shè)過程中，為了保證水位較低區(qū)域的施工建設(shè)能夠順利開展而設(shè)置的圍堰，從而實現(xiàn)對基坑的保護效果，把水引導(dǎo)到設(shè)計好的方向[2]。全段圍堰與分段圍堰是兩種常用的導(dǎo)流方式，設(shè)計導(dǎo)流方案是水利工程施工的重點與難點，需要充分結(jié)合工程的安全過度汛期、施工工期、質(zhì)量要求等。在工程建設(shè)方案的設(shè)計階段，細(xì)致的部署工作，充分考量以下內(nèi)容：①了解施工現(xiàn)場周邊河流的位置、水文特點；了解當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛?、地質(zhì)與氣候特征等。②施工之前，結(jié)合實際情況把握導(dǎo)流施工的時間，計算導(dǎo)流流量。記錄導(dǎo)流生效的時間，總結(jié)、對比多種導(dǎo)流施工方式與效果，結(jié)合實際情況選擇實用性最強的一種導(dǎo)流方式。③規(guī)劃導(dǎo)流經(jīng)過的區(qū)域，設(shè)計導(dǎo)流順序并保證其科學(xué)性，制定施工方案，用以指導(dǎo)導(dǎo)流建筑的封堵和圍堰的拆卸。④制定河流汛期基坑的排水措施，結(jié)合水利工程的具體特點選擇導(dǎo)流施工技術(shù)，為施工質(zhì)量保駕護航。

結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃奶攸c、地形特點確定導(dǎo)流方式。水文方面，應(yīng)詳細(xì)了解水位、枯水期、水流量、汛期等信息。過水圍堰適用于水位變化明顯的情況；涵管導(dǎo)流則適合水流量較小的情況或者枯水期。地形方面，需要了解河床的寬度和走向，根據(jù)這兩點合理選擇河床外導(dǎo)流或者分段導(dǎo)流方式，如果河床較窄，可采用明渠導(dǎo)流。中后期導(dǎo)流可分為蓄水階段和臨時擋水度汛兩個階段，然而，在壩體高度超出圍堰高度的情況下，可能會使導(dǎo)流設(shè)施堵塞，這是臨時擋水度汛階段。如果壩體高度未超出圍堰高度，在完成永久的泄洪設(shè)施后，就進入蓄水階段。常用的度汛措施有過水度汛與土壩度汛兩種，施工中盡量保證壩體的高度能夠高于攔洪高度，以起到阻擋水流度汛的效果。

4.水利工程施工中導(dǎo)流技術(shù)的實踐與應(yīng)用

4.1 明渠導(dǎo)流施工技術(shù)

此技術(shù)的適用范圍較廣，但更多的是用在河面較窄、河床較深的地段。因為這種環(huán)境下并不適合采用分批導(dǎo)流方式，而明渠導(dǎo)流施工便能很好的解決河面窄、河床深區(qū)域的施工問題，充分保障施工效率與施工質(zhì)量。明渠導(dǎo)流施工技術(shù)的應(yīng)用需要滿足幾個條件：①施工河床區(qū)域存在臺地、古河道、埡口等增加施工難度的設(shè)施；②因氣候、溫度等客觀因素，作為通航節(jié)點的河床結(jié)冰；③河流量大、地質(zhì)條件差，無法采用水下挖隧道導(dǎo)流的方式；④施工工期緊迫，必須在工期內(nèi)完成水流工程建設(shè)。

導(dǎo)流的主軸線、明渠的高程以及進出口所處的位置等因素，與明渠施工技術(shù)的應(yīng)用效果密切相關(guān)。通常情況下，明渠可修建在灘地或者山坡等區(qū)域。①主軸線：在古河道、埡口等區(qū)域修建明渠，能夠有效減少水流量，降低引流難度。設(shè)計明渠主軸線時，應(yīng)保證明渠中的水流通暢，盡量縮短明渠長度，在滿足導(dǎo)流要求的基礎(chǔ)上減少工程量，節(jié)約施工成本。將主軸線長度控制在50～100m，基本能夠抵抗住水流沖擊。②高程進出口位置：需要不對河流原本的功能造成不良影響，同時還要控制施工成本，保證明渠的兩端不會回流，淤泥不會堆積在出入口的位置，不會影響水流走向。

4.2 隧洞導(dǎo)流施工技術(shù)

隧洞導(dǎo)流適用于河流量較小、地形復(fù)雜、河面較窄的區(qū)域。首先，施工之前應(yīng)該設(shè)計好隧洞的主軸線，并以主軸線為基準(zhǔn)，保證后續(xù)施工有條不紊的開展。其次，根據(jù)水利工程的施工建設(shè)手冊計算主軸線，在周主線的拐角位置，計算水流的流速、水流量，得出水流慣性，最終確定主軸線的曲率與長度，保證主軸線設(shè)計的科學(xué)性，提高隧洞施工質(zhì)量。再次，隧洞之間需要保持一定距離，以免因隧洞過于靠近、相互導(dǎo)通，影響河水導(dǎo)流。圍巖厚度也需要達(dá)到設(shè)計要求，充分保障隧洞性能。最后，隧洞入口與出口的水流應(yīng)保持通暢，根據(jù)實際情況設(shè)計坡度大小，保證實際應(yīng)用中不存在反向坡度現(xiàn)象，避免反坡水流嚴(yán)重沖刷隧洞，縮短隧洞的使用壽命。

在水利工程施工區(qū)域的地形、地貌特點比較復(fù)雜的情況下，施工企業(yè)應(yīng)全面勘察施工現(xiàn)場，了解施工條件，合理設(shè)計隧洞導(dǎo)流技術(shù)。隧洞導(dǎo)流的施工成本較高，對施工技術(shù)的要求較高，只有在地形特點無法使用其他導(dǎo)流施工技術(shù)時，再考慮隧洞導(dǎo)流。實踐中，施工人員需要在河床區(qū)域順利通入水源的情況下進行隧洞引水，以免發(fā)生意外狀況，提高施工質(zhì)量。隧洞分流的設(shè)計應(yīng)該詳細(xì)，在施工剛剛開始的階段，就應(yīng)該設(shè)置好隧洞內(nèi)部的分流軸線，根據(jù)規(guī)范要求確定隧洞長度和面向角度，保證可以充分發(fā)揮出隧洞功能。合理把握圍巖厚度與間距，使圍巖的受力符合施工要求。

導(dǎo)流隧洞的開挖與支護設(shè)計參數(shù)，如表1所示。

4.3 分段圍堰施工技術(shù)

分段圍堰施工指的是在河床施工區(qū)域修建若干基坑，分階段的實現(xiàn)導(dǎo)流功能。在河床寬、施工量大、水流量大的區(qū)域應(yīng)用分段圍堰施工，能夠充分滿足水利工程對河道通航的需求，此技術(shù)常用的導(dǎo)流方式有底孔導(dǎo)流、梳齒導(dǎo)流、束窄河床導(dǎo)流等。分段圍堰施工的關(guān)鍵在于根據(jù)水利工程的導(dǎo)流要求，提前修建好泄水設(shè)施，備好導(dǎo)流的缺口與底孔，以免對徑流路線產(chǎn)生影響[3]。

施工人員在應(yīng)用分段圍堰技術(shù)時，還應(yīng)計算出各個區(qū)域的最大流速，比如，采用“束窄河床”施工工藝，圍堰轉(zhuǎn)角部位的水流速度就會加快，圍堰底部受到嚴(yán)重沖刷。因此需要提前計算出分段圍堰各個施工區(qū)域的最大流速：

V0：河床上游水流行進速度；

hv0：行進流速水頭；

Zo：計入行進流速的水頭差；

αi：沿著縱向圍堰不同部位產(chǎn)生的壓力差。

分段圍堰施工質(zhì)量會直接對水利工程的導(dǎo)流效果產(chǎn)生影響，施工技術(shù)要點如下：

（1）施工前與當(dāng)?shù)厮块T充分溝通，將施工場地的水排放干凈，清除淤泥和雜物，開挖基坑，根據(jù)水利工程的施工要求和施工特點明確圍堰位置。施工中河道的出水點、泵站的分布情況都會對圍堰位置產(chǎn)生影響，位置明確后，應(yīng)該在此處做好標(biāo)識，根據(jù)主體結(jié)構(gòu)確定圍堰坡腳的施工地點，圍堰坡腳和主體結(jié)構(gòu)之間相距20m。

（2）參考上游和下游圍堰的具體特點設(shè)計圍堰修建方案，上游圍堰的施工可就地取材，用施工區(qū)域的土壤來填筑，然后使用推土機進行整平和壓實，修正圍堰，將圍堰各層的填筑厚度控制在30cm以內(nèi)。上游圍堰修建完成后，抽凈河道內(nèi)的水，用同樣的方法完成下游圍堰的修筑。施工結(jié)束后開始導(dǎo)流，輔助水流工程的施工，合理控制水流的沖擊力[4]。

5.結(jié)束語

綜上所述，導(dǎo)流施工技術(shù)能夠提高水利工程的施工效率與施工質(zhì)量，降低施工難度，減少工程量。為了保障導(dǎo)流施工的有序開展，施工前需要全面調(diào)查施工環(huán)境，根據(jù)調(diào)查結(jié)果選擇導(dǎo)流施工方式，確定施工周期與施工技術(shù)要點，做好人員管理與施工任務(wù)的安排；統(tǒng)一組織施工人員參加技術(shù)培訓(xùn)，樹立安全施工理念，學(xué)習(xí)科學(xué)先進的導(dǎo)流施工技術(shù)，促進我國水利工程事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。