试论水库新建输水隧洞土围堰设计与施工

张川川

摘要：在水库施工建设过程中，修建围堰是必不可少的一道工序。它可以在施工过程中对水土进行控制，不妨碍施工工程的正常进行，是一项非常常见和重要的施工技术。围堰有许多种，按照工程项目性质与要求的不同，围堰的设计也有不同。本文将结合云南花渔洞水库输水隧洞中设计的土围堰的工程案例作为主题，试论一下土围堰的设计施工理念与实际中的应用。

关键词：水库；输水隧洞；输水工程；土围堰；安全；供水

花渔洞水库在当地历史悠久，最早历史可以追述到战国时期，是当地的自然水罐。水库是典型的河谷型水库，东西总长为42km，最大水深达到40m，水面宽度可达2km，最窄处也有0.7km，可容纳水量19.38m?，水资源相当丰富。为了充分利用花渔洞水库的水资源，今年省内决定进行输水工程，建立一条通往受水城市的输水隧洞。

一、围堰

（一）围堰的作用

为了建造永久性的水利设施，在输水隧洞都需要实施土围堰工程。围堰是一种临时性的围护结构，主要目的是为了防止水和土的进入导致修建工程的不畅，便于在围堰内排水、开挖基坑和修筑建筑物。围堰在水利设施竣工后，就会被拆除。围堰的填土一般呈梯形，上端宽度不如底端宽度宽。下端比上端多出的两侧部分就叫坡脚，围堰内侧就叫内坡脚，外侧叫外坡脚。土围堰的内坡脚与基坑边缘的距离，就是底端内侧多出来的长度。土围堰不但用于输水工程中，也常用于桥梁工程中。在桥梁的基础建设施工中，桥梁墩和台基础会位于地表水位以下，我们可以在这里修筑土围堰。在水比较深的地方，由于水的流速过大，所以可以采用木板桩或者钢板桩围堰，达到防水、围水和支持基坑坑壁的作用。

（二）围堰的分类

围堰可以按照材料分类。一般最为常见的就是土石围堰，土石围堰多用于水库的建设中，施工方可以就地取材，利用当地的土石材料进行土石围堰的建造；砼围堰一般用于水电站的修建中；在桥梁工程中，我们常常要利用钢板桩格型围堰。除此之外，还有木笼围堰和草土围堰等等。按照水流方向和围堰的相对位置，还可以将围堰分为横向围堰和纵向围堰。在分期导流施工中，我们需要用到横向围堰，它可以对上下游呈90°垂直角度将河流拦断，方便施工；而平行于水流方向的围堰就是纵向围堰。

二、分析花渔洞水库的围堰方案

花渔洞水库提供了当地3万余人平时的生活用水，如果能建造输水隧洞调动水源，将可以提供给附近城市居民充足的用水。为了在施工期间保证施工顺利进行，又要保证正常供水，所以工程决定采用土围堰，在当地取材建造结构简单的土围堰，便于施工，可以节省资源和施工时间。花渔洞围堰平面布置按导流方案，主题工程和轮廓对围堰提出了确定的要求。此次的基坑坡址距主体工程轮廓为25m，这样方便布置排水设施、交通运输和对方材料以及模板。平面布置为扇形，底部长10m，顶部30m，高12.1m，底宽30.25m，口宽3.0m。此次围堰的外形尺寸根据隧洞进口的尺寸、出渣的运输通道、坡度的长度来确定。

（一） 土围堰的设计

1 围堰要首先确定建造位置，这很重要。土围堰的平面要按照河水导流、主体工程的轮廓，以及对围堰提出的要求来确定。由于输水隧洞坡度很小，且水库闸门的附近就有电站。所以围堰的位置应该考虑到电站的位置以及引水施工的安全。

2 土围堰的高程也很重要，围堰顶高程的具体计算方法是用正常水位高度、波浪爬高以及围堰安全超高的总和可以得到围堰的顶高。花渔洞水库中正常水位为2000m，波浪爬高为0.2m，围堰的安全超高取0.7m的话，那么围堰的堰顶高程就是2000.9m。围堰的内坡比是1：1.75，外坡比是1：1.0，厚度是1.6m的双层结构，总共4层，将会一次压实。扎口是8号铁丝联结，其中下游坡是双层的防护网。

（二）土围堰的计算

在运行期间，土围堰所受的外力，除了围堰内的水位差所产生的外力之外，还有围堰本身自重产生的抗滑力。土围堰的抗滑、抗倾等结构计算结果必须满足力的方向与水位差产生的合力的方向相反的要求。所以我们采用了瑞典圆弧法对边坡进行了稳定计算。其中下上游抗滑、抗倾安全系数为1.29、1，28。数值均大于允许的1.25，渗透计算后，我们发现单宽流量q=0.045m?/天，而总渗透量是0.9m?/天。

在围堰本体与岸坡的连接方面，在连接处开挖了倒梯形的截水槽，基本参数为底宽1.0m，深度为1.0m，口宽是2.1m。在结合处制造了倾斜面并挖接水槽，是为了避免结合面的坡度不够而产生沉降或者更为严重的堰体裂缝。所以我们再次开挖截水槽，此次的截水槽同为倒梯形，而基本参数和上一个截水槽完全一致。所以说为了防止渗水，堰体与岸坡连接的要求应该注意几点，首先就是岸坡应该大致平顺，不应该形成台阶状、反坡。岸坡的变坡角应该小于20°。而为了岸坡施工期的稳定，所以土质岸坡不应该太陡，基本保持在和堰体1：1.5的比例。

在堰体的沉降计算方面，按照以下公式进行计算。

其中S为坝基的总沉降量，n是土层分层数，本次围堰取24层；eio为第i层的起始孔隙比，eit为第i层相应于竣工时的应力作用下的孔隙比，hi为第i层的涂层厚度。计算得出的结果为堰体的沉降量在17.0cm。又因为堰体预留沉降量为量大堰高的1%，约12m，所以堰体的预留沉降超高最终是12m。

（围堰的基础处理 ，根据地质情况提出处理方案，围堰的堰体的防渗及基础的防渗是围堰成功与否的关键）

堰高确定必要的计算过程，围堰堰体及基础的稳定计算，包括稳定计算和抗渗计算

堰体确定的依据，围堰的堰顶宽，及前后的坡比等，起码要附带围堰的典型断面图，希望内容再丰富一点 现在这篇论文感觉技术性较低 太空泛

三、花渔洞水库工程效果

花渔洞水库的输水隧洞施工利用了土围堰技术。土围堰对于水库水流的拦截相当有效，再加以编织袋土的护坡设计，土体的总量最终达到了6030.88立方米，這基本达到了预期所设想的施工蓄水效果。在施工过程中，保持了土围堰体的稳定性和坚固性。其中堰高降低了9.12cm，护坡编织袋降低了8.33cm。很好的保持了水流的渗透度。

在拆除土围堰的工作中，完美的完成了爆破工作。爆破所形成的缺口十分理想，基本达到了预先设计的标准要求。在围堰爆破拆除的半小时内，隧洞进口附近水位由最初的2200m降至2198.5m。其次隧洞的输泥比例也达到了标准要求。通过了爆破之后的水力冲刷，70%以上的土体被高压水力带走，冲刷效果十分明显和理想。而且隧洞内墙壁完好，设备也没有受到损坏，总体上来说，此次围堰的过程基本做到了完美。

总结：

通过此次花渔洞水库的输水隧洞土围堰施工工作，说明了土围堰施工作业对于主体工程整个过程的重要性。在做好土围堰施工的前提下，才能保证整个输水隧洞送水作业的安全性和稳定性，而在工程结束时的土围堰拆除工作也十分重要，在不破坏输水隧洞设施的情况下完成爆破和水力冲刷，才能确保之后输水隧洞长期运行的稳定性。所以土围堰作为一项临时性工程，虽然它的生命周期很短，但是却肩负着整个水库输水工程中无可替代的作用，合理的设计土围堰方案，才能提高主体工程的施工效率，节省成本。

参考文献：

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[2] 黄河.输水隧洞进度控制与成本分析[J].黑龙江水利科技，2012，40（7）.

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