北部引嫩泄洪闸工程导流及截流施工措施探讨

李永奎 刘长彬

（黑龙江省水利水电工程总公司 哈尔滨 150040）

1 概述

北引渠渠首枢纽由土坝、总干进水闸、船闸（预留位置）、泄洪闸、溢流坝、固滩和堤防等工程组成，位于讷河市拉哈镇西北约7.0km处，距尼尔基水库25km。泄洪闸为北引渠首枢纽的主要组成部分，位于嫩江主河道上。泄洪闸施工采用在嫩江主槽右侧滩地开挖导流明渠导流进行全河道导流方案。

2 施工导流

2.1 导流标准

导流标准按照SL252—2000《水利水电枢纽工程等级划分洪水标准》确定，泄洪闸工程为1级永久性水工建筑物，根据DL/T5114—2000《水利水电工程导流导则》和SL303—2004《水利水电工程施工组织设计规范》第 3.2.1条、第3.2.6条的规定，导流建筑物级别为4级，洪水标准P=10%，大汛期的相应洪水流量为5850m3/s，水位177.79m。

2.2 导流建筑物设计

泄洪闸工程导流建筑物主要由导流明渠、泄洪闸围堰和溢流坝围堰组成。

2.2.1 导流明渠

设计标准为10年一遇大汛，有尼尔基水库调节时流量为3950m3/s，相应水位177.02m（天然河道）；无尼尔基水库调节时流量为5850m3/s，相应水位177.79m（天然河道）。按设计标准为5年一遇大汛，有尼尔基水库调节时流量为2800m3/s，相应水位175.92m（天然河道）；无尼尔基水库调节时流量为4950m3/s，相应水位177.02m（天然河道）。

导流明渠底宽 100m，边坡坡比 1∶2，进口高程170.50m，比降为1/2000，明渠进口与主流夹角为35°，平均流速约5.6m/s。明渠边坡和明渠渠底采用石笼护砌，护砌厚度为0.5m。

2.2.2 泄洪闸围堰

a.围堰堰体。围堰顶宽采用8m，边坡坡比1∶2.5，围堰顶高程为179.80m。

b.防护。围堰上游面采用石笼防冲，堰脚处防冲体向外延伸10m。

c.防渗。围堰防渗体采用塑性混凝土截渗墙。混凝土截渗墙采用柔性墙，墙厚0.40m。采用振动射冲防渗墙与高压旋喷相结合的施工方案施工。截渗墙深入到围堰下16.4m处的高液限粘土不透水层中，深入深度1.0m。

2.3 施工导流平面布置

施工导流平面布置如图1所示。

图1 北引渠首导流平面布置

3 围堰截流设计

3.1 截流时间选择

河道按水文特性一般分为汛后退水期、稳定枯水期和汛前退水期。截流尽可能选在流量较小的枯水期。综合考虑该工程区段水文特性和截流后应完成的各项控制性工程的要求，尼尔基经多年运行，其下游江段于每年3月末到翌年4月初开江，故施工截流选择在此时期。

3.2 截流标准

根据工期要求、尼尔基水库调蓄后河道水文条件，截流期间嫩江相应河段的平均流量为523m3/s，闸址相应水位173.8m。

3.3 龙口位置选择

考虑进口处产生的强烈侧向水流对戗堤前沿抛投料的稳定不利，龙口下泄的折冲水流常伴随有强烈漩涡和急流，造成下游河床和河岸的冲刷，该工程的上、下游横向围堰的龙口均选在水深且河床稳定的位置，即上游横向围堰的龙口位于左岸主河床，龙口宽度为50m；下游横向围堰的龙口位于主河床左侧河段，龙口长60m。

3.4 截流水力计算

随着立堵龙口宽度的缩窄，龙口流量和导流明渠的分流量都在随时变化。截流过程中，河道来流量由龙口泄流量、导流渠分流泄流量、上游河槽调蓄流量和戗堤渗流量四部分组成。由于该工程采用立堵截流，上游河槽调蓄流量和戗堤渗流量较小，可忽略不计。

3.4.1 导流渠分流泄流量

导流渠分流泄流量按下式计算：

式中Qd——导流渠分流泄流量；

A——过水断面积；

C——谢才系数；C＝R1/6/n，其中n为河底糙率，取0.03；

R——水力半径；R=A/χ，其中 χ为湿周，χ=b+2h.（1+m2）1/2；

i——河道坡比，取0.0005。

计算结果见表1。

表1 导流明渠分流量计算结果

如果导流明渠的纵向坡比i＝0.001，水深为2.50m时，导流渠分流泄流量为490.45m3/s；水深为3.50m时，导流渠分流泄流量为864.00m3/s；水深为6.50m时，导流渠分流泄流量为2468m3/s；水深为7.0m时，导流渠分流泄流量为2802m3/s。

如果导流明渠的纵向坡比i＝0.0005，水深为6.50m时，导流渠分流泄流量为3655m3/s。

3.4.2 上游龙口泄流量

上游龙口泄流量按下式计算：

式中Qg——龙口泄流量；

B——龙口平均宽度；

表2所示数据是在混合汽修正过程中截取的，发动机运行一段时间后，混合汽很快就修正到表1所示的数据。在笔者进行学习值清除后，混合汽长期修正值和短期修正值又都归零，喷油时间变成了1ms，但氧传感器λ值居然变成了0.6，此时发动机抖动加剧。但是，很快ECU又开始参与混合汽修正，短期修正值从0变成了-25%，同时喷油脉宽也变成了0.8ms，氧传感器λ值变成了0.8，此时，虽然发动机仍然有些抖动，但比之前要平稳了许多。随后，ECU继续对混合汽进行修正，长期修正值也开始从0逐渐变成了-35%，喷油脉宽变为0.6ms，发动机运转趋于基本平稳，此时调节过程已达到极限，氧传感器λ值维持在0.99。

H0——龙口上游水头；

m——流量系数，取0.3；

g——重力加速度。计算结果见表2。

表2 上游龙口泄流量计算结果

3.4.3 截流材料粒径确定

截流时龙口的断面形式按照推土机推进形成自然坡面考虑，坡比为 1∶1.0。

由表1和表2的数据可分别绘制出龙口泄水曲线族Qg＝f（H0，B）和导流渠分流曲线Qd—H0。将Qd—H0曲线向右平移（设计截流流量），平移后的 Qd—H0曲线与龙口泄水曲线族的交点所对应的H0和Qg即为截流时不同宽度龙口所对应的水头和泄水量，如图2所示。所得数据见表3。

图2 龙口泄流量与导流明渠分流关系曲线

表3 上游龙口水头和泄水量

表4 龙口立堵时龙口不同宽度所需块石的最小尺寸

式中d——石块化引为球体的当量直径；

g——重力加速度；

γs，γ——块石容重和水的容重；γs=2.6t/m3；

υ——计算流速；

k——稳定系数；取0.8。

3.4.4 截流材料数量的确定

戗堤顶高程为175.00m，顶宽为18m，两侧坡比为1∶1.5，龙口宽度为50m，考虑1.5的备用系数，则截流备用石料8567m3，备用钢筋石笼 2250m3。

3.5 截流方式

采用戗堤立堵双向进占的方法进行截流施工，先从右岸向左岸进占，龙口位置在左岸。截流前对龙口河底进行抛石钢筋护底，龙口拦石坎采用混凝土预制块。

3.6 截流机械

截流施工计划1天完成，截流日抛填强度可达9000m3，需要配备20t自卸汽车36台、3m3装载机4台、1～2m3反铲6台、D85推土机8台、吊车1台。

4 截流施工

上、下游横向围堰的截流施工同时进行，下游横向围堰的龙口始终比上游横向围堰的龙口宽10m，均采用单戗堤立堵双向进占的方法进行截流施工，由两岸向河中心进占。

4.1 人员准备

项目部成立截流组织机构,项目指挥为本工程截流的总指挥，在龙口的左右岸各设1名现场调度，配齐现场运输车辆组织、石料装载、土料装载、安全检查、后勤服务等各专业人员。

4.2 材料准备

4.2.1 料源

用于围堰施工的砂土来源于征地料场及导流明渠开挖弃料场。

截流施工的块石8567m3、钢筋石笼用块石2250m3，从块石料场购买，由汽运提前运输到工地暂存料场。

4.2.2 其他施工准备

为确保围堰在截渗前完成闭气，需精心进行施工准备。首先根据现场的实际情况，进行合理的施工布置，保证运输线路的畅通；根据施工计划和施工强度，做好截流材料的备料计划，按设计的工程量和安全储备量准备充足的块石、钢筋笼和编织袋；经常与水文站进行沟通，作好水文、气象预报，确保截流施工的顺利进行；配备充足的施工设备并确保其状态良好，满足围堰施工的要求。

提前与尼尔基水库进行沟通，争取得到水库调度上的支持，最大限度地减小嫩江河道流量。

为保证导流明渠顺畅，使施工导流顺利进行，截流前将导流明渠上的冰面炸开。

4.2.3 截流施工

截流施工时，上、下游横向围堰填筑同时进行，下游横向围堰的龙口始终比上游横向围堰的龙口宽10m，均采用单戗堤立堵双向进占的方法进行截流施工，由两岸向河中心进占。为改善截流条件，在龙口位置预先平抛1m厚50cm×50cm块石及钢筋石笼进行护底。护底施工按截流设计方案，采用在龙口处的冰面上摆放钢筋石笼，然后通过凿冰眼下沉排至江底。截流材料采用块石及混凝土预制块，用3m3装载机装入8～20t自卸汽车运输到龙口端抛卸，采用D85推土机进行平料推进。最后截流时先用混凝土块降低龙口的水流流速，再用块石、砾石等材料进行抗冲体封堵。