高拱坝施工水流控制初探
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【摘要】本文主要分析了高拱坝施工水流控制工作的要点和难点，针对目前高拱坝施工水流控制工作的现状进行了探讨，讨论了高拱坝施工水流控制的具体对策，希望能够给高拱坝施工水流控制工作提供借鉴。
【关键词】高拱坝；施工水流；控制
中图分类号：TV文献标识码： A
一、前言
在高拱坝施工建设的过程中，为了能够顺利的施工，必须要对高拱坝施工水流进行控制，这就需要施工人员采取合理有效的控制措施，提高高拱坝施工水流控制的效果。
二、导流方案的选择与比较
在进行方案比较时，应着重从以下几个方面进行论证：导流工程费用及其经济性；施工强度的合理性；劳动力、设备、施工负荷的均衡性；施工工期，特别是截流、安装、蓄水、发电或其他受益时间的保证性；施工过程中河道综合利用的可行性；施工导流方案实施的可靠性等，为此，在方案比较时，还应该要进行以下工作的分析选择，以求最佳导流方案。
1、水力计算的比较
通过水力计算确定导流建筑物的尺寸，并进行导流方案布置。大、中型工程尚需进行导流模型试验。对于设计中的主要比较方案，通过试验对其流态、流速、水位、压力和泄水能力等进行比较，并对可能出现的水流脉动、气蚀、冲刷等问题进行重点论证。
2、工程量与费用的比较
对拟订的各比较方案，根据水力计算所确定的导流挡水建筑物和泄水建筑物尺寸，按相同精度要求计算主要工种工程的工程量，例如，土方、石方的挖、填方量，砌石方量，混凝土工程量，金属结构安装工程量等。在方案比较阶段，费用计算方法可适当简化，例如可采用折算混凝土工程量方法。这样求出的费用等经济指标虽然难以完全准确，但只要能保证各方案在同一基础上比较即可。
3、拟定施工进度计划
不同的导流方案，施工进度安排是不一样的。首先，应分析研究施工进度的各控制时点，如开工、截流、拦洪、封孔、第一台机组发电时间或其他工程受益时间等。抓住这些控制时点，就可以安排出施工控制性进度计划。然后，根据控制性进度计划和各单项工程进度计划，编制或调整枢纽工程总进度计划，据此论证各导流方案所确定的工程受益时间和完建时间。
4、施工强度指标计算与分析
根据施工进度计划，可绘制出各种施工强度曲线。首先，应分析各施工阶段的有效工日。计算有效工日时，主要是扣除法定的节假日和其他停工日，停工日因工种而异。例如，土坝施工过程中，降雨强度超过一定值则需停工，冬季气温过低，也可能需要停工；混凝土坝浇筑过程中，因气温过高、气温过低或降雨强度过大，也可能需要停工。当采用过水围堰掩没基坑导流方案时，还要扣除基坑过水所影响的工作日。
三、导流方式
1、选择导流方式依据
由于高拱坝所处的自然因素与枢纽布置的特征,特别是受坝址地形地质条件的控制,因而绝大多数拱坝施工都选用断流围堰涵洞导流方式。如国内外高拱坝资料所表明,其主要依据为:
（一）一般拱坝址河谷高深狭窄,建拱坝要求河谷高宽比为4―6,或放宽至8―11。按地形条件,一般规律为坝顶长与坝高比(简称河谷系数)U=2―10可选为隧洞导流方式;
（二）拱坝基础要求岩石完整坚硬,岩体与混凝土的变形模量之比不小于1/4,因而在岸边设置导流隧洞一般地质条件较好,成洞较易;
（三）狭窄河谷中建筑拱坝布置的泄洪建筑物可与导流洞全部或部分结合使用,可节省泄洪建筑物费用;
（四）岸边设置导流洞,可减少与坝体施工干扰;导流洞可提前或与坝体同期施工,加快建设速度,缩短施工期;
（五）拱坝占地面积小,岸边导流洞线路相对较短,且地下工程施工机械化程度高,共同发挥综合效应。
2、导流时段划分
依据拱坝的自然因素、枢纽布置、坝体构造、工程规模和计划进度安排,导流时段又可分为全年挡水与枯水期挡水的断流围堰隧洞导流方式。
（一）全年档水围堰隧洞导流方式一般情况下,在一个枯水期内,除填筑围堰工程外,当主体工程规模较大,坝基开挖、处理及底板混凝土施工难于完成时,宜选用全年挡水围堰隧洞导流方式。
在拱坝建设中,由于拱坝结构特征,其水流控制也应有所区别。
a.薄拱坝。该类拱坝占地面积小,导流隧洞线路短,而坝基开挖、处理及混凝土底板浇筑等工程量稍小而要求施工质量严格,施工期较长,为缩短工期,减少施工干扰,特别是在坝体过水时,要求坝体断面尺寸、应力分布及抗冲性能等必须与过水流态相适应;
b.厚拱坝。该类拱坝一般占地面积较大,导流洞相对较长,坝基开挖、处理及底板混凝土浇筑量相对较大,而施工质量要求也高,但坝体过水易于解决,故一般采用较短的导流时段围堰挡水,较为经济合理。
（二）枯水期档水围堰隧洞导流方式该类导流方式又可分为两种情况:
a一个枯期挡水围堰。系指工程规模小、坝基开挖、处理及坝体底板混凝土,在一个枯水期抢筑到常水位以上,在汛前坝体可达到替代围堰的挡水高程或达到拦洪渡汛高程;
b.多个枯水期挡水围堰。系指工程规模较大,坝基开挖、处理及坝体混凝土浇筑难于在一个枯期内达到替代围堰挡水或渡汛高程.此时不仅在基坑上下游修筑过水围堰,同时应研究基坑或坝体在汛期的过流情况,特别是对薄拱坝,应对洪水过坝时对坝体断面、应力分布及冲刷性能等作专门研究。
四、供水量的控制
1、人工水量控制
目前拱坝冷却水供水量主要采用的是人工调节，满足需水量的办法。图示为拱坝两台冷水机构成的供水环路原理图。供水环路中有主管、分管、支管。主管连接冷水机与分水管路构成冷水机并联供水网。分水管连接坝内冷却水管与主管构成并联需水网。供需水网的大小，是根据拱坝冷却需要可以增加需水支路数量，也可以相应的增加冷水机台数。
人工调节水量的流程：
①根据《拱坝混凝土温度控制技术要求》和需水支路数，测算总需水流量和分水流量。②将支路控水阀F支11、F支12、F支13、F支14和F支21、F支11、F支22、F支23、F支24全开。③将分水控制阀F分1、F分2全开。④调节总阀F总1、F总2均分测算需水总流量。⑤调节分水控制阀F分1、F分2开度大小，满足分水流量要求。⑥调节支路控水阀开度大小，满足温控流量要求。⑦反复微调总水阀、分水阀、支路水阀满足各测量点水流要求。
人工调节稳定水流是一个细致反复的过程，调节工作量大，支路水流、分水流、总水流之间在调节过程中，会相互影响，应耐心调整。若需用水支路数增加，应及时调节水流总阀F总1、F总2，分流阀F分1、F分2及支路水阀，保持需水量与供水量的平衡。在实际应用中，完全靠人工调节的办法来稳定水流量，是很难有良好的控制效果。
2、自动水量控制
在拱坝通水冷却工作实践中，为了解决水量供需平衡问题，我们参考北方地区供暖系统热水稳定原理，结合拱坝冷却水通水要求与特点，引入平衡阀控水元件，解决了水流波动的问题。
（一）平衡阀的控水原理
平衡阀的结构是由A、B、C三个腔体组成。A腔体为进水部分，B腔体为出水部分，C腔体为控制水部分。A、B腔体之间通过控制环口相同。环口有控制阀，控制阀上下移动，可以改变环口截面积大小。当B腔体水压增大时，水压力克服弹簧力作用，推动控制阀向下，环口截面积减小，水流量减小。当B腔体水压减小时，弹簧力克服水压力作用，推动控制阀向上，环口截面积增大，水流量增大。
（二）自动冷却水调节环路原理
为了提高平衡水流波动的灵敏度，我们设计采用二级压差平衡阀控水环路。第一级分管控水环路；第二级为主管控水环路。它与手动冷却水调节环路的区别是：①在每个分水环路上，安装一个压差式平衡阀。②在每台冷水机上，同样也加装一个压差式平衡阀。
五、施工导流系统及控制问题
由于大规模水利水电工程所处地理环境相对恶劣，其面临的施工条件复杂且艰苦，而在该种工程中施工导流的控制对工程有着关键性的影响。施工导流控制液压是一个复杂的工程，而根据工程项目内部所有动态特性和所有的内部元素的相关属性对其予以分类可以将其分为支流子系统、导流子系统和主要建筑物管理子系统。三个子系统相互抑制又相互关联，对于分流子系统而言，其分流标准的条件是主要建筑物子系统和施工工艺转移确定的主要标准，而施工工艺也会对导流建筑物的设计和分流危机的各时期产生影响。为保证施工导流的效果，避免施工过程中的风险，上述两方面的关系便应得到良好的维护。这便是水利水电工程施工过程中所必然会面对的导流问题。在复杂的施工条件下，对于施工导流和整体工程的影响因素众多，这些复杂的地质地理条件和自然条件都会对工程质量、施工难度和工程进度等带来不利的影响。而在这种复杂的条件下，能够及时有效的完成施工中的导流问题能够解决工程进度等问题，同时也会减少对于工程施工地环境和居民生活的不利影响。
六、结束语
总而言之，高拱坝施工水流控制一定要更加有效的进行，针对高拱坝施工水流控制的各个环节展开分析，尽量提高高拱坝施工水流控制的效果，为高拱坝施工工作的实施奠定基础。
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