水利水电工程施工导流及围堰设计研究

引言：

随着水利水电事业的快速发展，各类水利水电工程数量不断增多，且工程规模逐渐扩大，建设环境也日趋复杂。在这样的背景下，施工导流及围堰设计面临着诸多新的挑战。传统的设计方法和技术在应对复杂水流条件、地质状况以及环境保护要求时，往往存在适应性不足的问题。同时，社会发展对水利水电工程的安全性、经济性和生态环保性提出了更高要求，这就需要对施工导流及围堰设计进行更深入的研究，以优化设计方案，提高工程的综合效益。

一、水利水电工程常用的施工导流技术及围堰形式

（一）施工导流技术

1. 明渠导流

明渠导流是在河床一侧或两侧开挖明渠，将河水导向下游的导流方式，适用于河床宽阔、岸坡平缓的平原河道或河谷地区。在施工时，要合理规划明渠轴线，确保与上下游河道平顺衔接，减少水头损失。同时对明渠边坡进行加固，采用浆砌石或混凝土衬砌防止冲刷。

2. 隧洞导流

隧洞导流主要是通过在岸边山体中开挖隧洞实现导流，其不受洪水期水位涨落的影响，安全性较高，但施工难度大、工期长。隧洞断面大多是圆形或者城门洞形，要根据导流流量计算断面尺寸，确保其满足过流能力要求。在施工中，要做好隧洞支护，采用喷锚支护或混凝土衬砌抵御围岩压力，同时设置进口闸室和出口消能设施，减少高速水流对隧洞和下游河道的冲刷。

3. 分段与全段围堰导流

分段围堰导流是将河床依据施工需求划分成若干部分，分阶段展开施工的导流手段。其工作原理是在施工前期，先以围堰围护部分河床，此阶段河水从尚未被围护的其余河床区域宣泄。随着工程推进进入后期，轮换围护其余河床区域，此时河水通过已建成的泄水建筑物下泄[1]。

全段围堰导流是用围堰一次性截断整个河床，迫使河水通过预先修筑好的河床外临时泄水道导向下游。在施工时，先进行围堰的施工，围堰要具备足够的强度和稳定性，能够承受河水压力，之后开挖或建设泄水建筑物，待其完工且具备泄流条件后，截断河床水流，使河水经泄水建筑物下泄，从而为河床内主体工程施工创造干地环境。

（二）围堰形式

1. 土石围堰

土石围堰由当地土料、石料或混合料填筑而成，具有取材方便、造价低、施工速度快的特点，是水利水电工程中应用最广泛的围堰形式。其断面多为梯形，迎水面设置防渗体，如黏土心墙、沥青混凝土心墙或复合土工膜，以减少渗漏；在背水面设排水棱体，排除围堰体内的渗水，增强稳定性。土石围堰适用于水深较浅、流速较小的河道，其抗冲刷能力较差，要在迎水面铺设块石或混凝土板进行防护。

2. 混凝土围堰

混凝土围堰通常采用常态混凝土或碾压混凝土浇筑，具有抗渗性强、挡水高度高、耐久性好的优点，适用于水深较大、流速较快的河道或重要水利工程。其形式有重力式、拱形等，重力式依靠自身重量维持稳定，拱形利用拱的结构受力传递荷载，能够节省材料。混凝土围堰施工要分块浇筑，设置伸缩缝防止温度裂缝，同时做好基础处理，采用帷幕灌浆防渗。

3. 钢板桩围堰

钢板桩围堰由钢板桩拼接而成，具有强度高、施工便捷、可重复使用的特点。钢板桩采用拉森型或槽型，通过打桩机沉入地基形成封闭的挡水结构，桩与桩之间的锁口严密，防渗性能较好。在施工时，要先平整场地，设置导向架确保钢板桩垂直沉入，沉桩完成后在围堰内抽水，进行基础施工。

二、水利水电工程施工导流及围堰设计要点

（一）合理选择设计方案

合理选择施工导流及围堰设计方案要综合考量工程规模、河道水文特性、地形地质条件及施工工期等因素 [2]。对于河床宽阔、流量大且水位变幅较小的平原河流，分段围堰导流是较优选择，可以借助分期施工充分利用河道空间，降低单次围堰工程量。若河道狭窄、两岸地形陡峭，隧洞导流更能适应地形限制，避免明渠开挖对山体的大规模扰动。同时，还要结合坝体的结构形式，若坝体设有永久泄洪孔，可以在施工后期利用其作为导流通道，减少临时导流设施的投入。

（二）确定洪水标准

洪水标准的确定要依据工程等级和施工阶段，确保导流系统在洪水期间安全可靠。根据《水利水电工程施工组织设计规范》，1 级水工建筑物施工期洪水标准为 100-50 年一遇，2 级为 50-30 年一遇，3 级为30-20 年一遇。对于导流建筑物，临时性挡水建筑物的洪水标准按其级别选取。此外，在确定标准时，要分析工程所在区域的水文资料，采用频率分析法计算不同重现期的洪峰流量和洪水总量。

（三）确定导流泄洪能力

导流泄洪能力的确定是设计工作的核心环节，在计算前要先明确导流形式，依据流量与围堰高度比，采取明流、压流、半有压流等方法。以压流计算为例，首先假定各隧洞导流能力均等，再按步骤计算：首先根据假定流量确定下游水位，判断压流属于淹没出流还是自由出流；其次，采用对应公式计算上下游水位差；最后，依据水位差结果判断上游水位是否存在压流现象，最终确定导流泄洪能力。

（四）确定围堰尺寸

围堰尺寸的计算聚焦于高程与导流面积两项核心指标，高程计算要整合水位高度、波浪高度、围堰安全超高及上下游水位差等数据，以此确定上下游围堰的具体高度。计算导流面积时要以隧洞允许的最大流速为控制标准，推导最小过水面积。

（五）导流洞设计

导流洞的设计要以《水利水电工程施工组织设计规范》为依据，在明确截留标准后开展优化工作。设计内容涵盖进口引渠段、闸井段、洞身段、出口段及护坦段。进口引渠多采用梯形断面，闸井选用岸塔式结构，要精确测算孔口尺寸、底板及顶高程等参数；合理匹配洞身结构形式与混凝土材料型号，同时确定适宜的断面形式和出口消能段方式。

（六）调洪验算

调洪验算主要是通过水文水利计算验证导流系统的调洪能力，确保在遭遇设计洪水时围堰不漫顶。绘制设计洪水过程线和导流建筑物的泄流曲线，根据水量平衡方程计算围堰前水位变化过程，即ΔV=（Q 入-Q出）Δt，其中ΔV 为时段内水量差，Q 入为入库流量，Q 出为出库流量，Δt 为计算时段。通过逐时段计算，确定围堰前的最高水位，若最高水位超过围堰顶高程，要及时调整导流建筑物尺寸。

三、结语

综上所述，水利水电工程施工导流及围堰设计是保障工程顺利施工的核心环节，其设计的科学性与合理性直接关系到工程的安全、进度与成本控制。在实际工程中，施工导流与围堰设计要紧密结合项目所处的水文地质条件、工程规模及施工工艺，实现技术方案的动态优化。未来，要结合实际工程需求，进一步加强对生态友好型设计理念的融入，推动智能化技术在设计与施工中的应用，不断完善施工导流及围堰设计体系，为水利水电事业的可持续发展贡献力量。

参考文献：

[1] 孙必俊 . 施工导流和围堰技术在水利水电工程中的有效利用方法探析 [J]. 产业科技创新 ,2024,6(05):41-43.

[2] 刘志军 . 施工导流和围堰技术在水利水电工程中的应用 [J].新疆有色金属 ,2024,47(06):32-33.