本發(fā)明屬于水利水電工程施工導(dǎo)截流，涉及一種降低山區(qū)陡坡河道截流落差的截流布置方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、1、截流的定義；

2、在河道上修筑圍堰過程中，截斷河道水流而迫使河水改道從已建的導(dǎo)流泄水建筑物或預(yù)留通道宣泄至下游，稱為截流。國內(nèi)外水利水電工程河道截流方法可歸納為兩大類：一是戧堤法截流，即直接在河道流水拋筑戧堤截流；二是無戧堤法截流，即采用不修筑戧堤的方法將河道水流截斷，如爆破截流、下閘截流等。河道截流應(yīng)用最多的是戧堤法截流，戧堤法主要可歸納為平堵和立堵兩種截流方案，此外還有平堵和立堵結(jié)合的混合截流方式。

3、2、常用的采用截流布置優(yōu)化降低截流落差的方法如下；

4、（1）寬戧截流；

5、為了分散落差，有的工程采用寬戧堤截流。某工程截流流量3090?m3/s，最終落差1.5?m。截流戧堤原擬采用9.0?m寬，因石料流失量大，后改為76.0m寬戧堤進(jìn)占，從而分散了落差，大大削減了龍口流速，在困難區(qū)段僅用0.5~1.0t塊石取得成功。

6、（2）雙戧堤或多戧堤截流；

7、為了改善截流條件，國外若干工程對于高落差大流量河道采用雙戧堤或多戧堤等措施。

8、最終落差超過3.5?m的截流工程，適宜采用雙戧堤或多戧堤立堵截流，可分擔(dān)落差，降低截流難度。當(dāng)采用雙戧堤進(jìn)占時，每個戧堤承擔(dān)的落差僅相當(dāng)于單戧堤截流的60%，由于水深有所壅高，對于淺水河床可以避免在最后階段之前出現(xiàn)臨界的困難條件。當(dāng)戧堤很長或道路增加很多時，為了改善截流條件，亦可在困難的最后階段將戧堤分成幾條，以形成多戧堤截流的條件。

9、雙戧堤截流，除普遍采用立堵進(jìn)占形式外，少量也采用雙戧堤平堵以分擔(dān)落差，

10、從水力條件出發(fā)，雙戧堤或多戧堤之間需具備一定條件，即河床在雙戧堤或多戧堤之間應(yīng)為緩坡，下戧堤應(yīng)位于上戧堤的回流區(qū)范圍內(nèi)，下戧堤突出的長度應(yīng)超出上戧堤的回流區(qū)邊線以外，否則將徒勞無益或收效甚微。

11、（3）河床平拋護(hù)底；

12、當(dāng)河床有深厚的易沖刷的覆蓋層時，為避免沖刷，常在龍口部位平拋護(hù)底，護(hù)底常用大塊石。當(dāng)覆蓋層為細(xì)砂時，也可用柔性材料（如柴排等）或先拋砂卵石料過渡，其上再壓以大塊石。護(hù)底范圍目前尚無實用公式計算，一般由模型試驗確定。初步設(shè)計時，可參照以下經(jīng)驗：護(hù)底長度在龍口下游約為最大水深的3~4倍，上游護(hù)底長度約為相應(yīng)水深的2倍，即上下游護(hù)底總長度約為最大水深的5~6倍。

13、3、常用的采用截流布置優(yōu)化降低截流落差的方法存在的問題；

14、目前，為滿足截流后圍堰按期建成安全擋水，一般選擇在汛末或枯水期前期采用戧堤法立堵截流。對于截流指標(biāo)較高的工程，采用寬戧、雙戧或者多戧截流措施，截流過程中需采用大塊石、特大塊石及特種截流材料合攏。

15、（1）寬戧截流，一般戧堤頂寬較大，極大增加了戧堤拋投材料用量，同時增加了截流拋投強(qiáng)度和截流資源投入，山區(qū)河道道路布置條件差，高強(qiáng)度截流施工組織難度大，工程投資大、成本較高。

16、（2）雙戧或多戧截流同寬戧截流一樣，一方面極大增加了戧堤拋投材料用量和拋投強(qiáng)度，山區(qū)河道道路布置狹窄條件下高強(qiáng)度截流施工組織難度大，工程投資大；另一方面，雙戧堤或多戧堤能夠相互協(xié)助分擔(dān)落差，需要具備一定的條件，即河床在上、下戧堤之間應(yīng)為緩坡，下戧堤應(yīng)位于上戧堤的回流區(qū)范圍內(nèi)，下戧堤突出的長度應(yīng)超出上戧堤的回流區(qū)邊線以外，否則將徒勞無益或收效甚微，因此該截流方法成本較高，適應(yīng)性較低。

17、（3）常規(guī)河床平拋護(hù)底一般在截流前實施，一般采用船拋、棧橋等方式進(jìn)行平拋護(hù)底，拋投面積較大，僅適用于具備船拋的平原緩坡河道，若山區(qū)陡坡河道采用搭設(shè)棧橋平拋，棧橋搭設(shè)難度大，工程投資大，同樣該截流方法成本較高，適應(yīng)性較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種降低山區(qū)陡坡河道截流落差的截流布置方法及系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)有的截流方法成本較高，適應(yīng)性較低技術(shù)問題。本發(fā)明有效降低了山區(qū)陡坡河道大流量、高落差河道截流難度，截流各項水力學(xué)指標(biāo)和拋投強(qiáng)度明顯降低，節(jié)省了截流工程投資和施工組織難度，保障了截流順利實施，開創(chuàng)了山區(qū)陡坡河道截流新模式。

2、本發(fā)明設(shè)計了一種降低山區(qū)陡坡河道截流落差的截流布置方法，與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，通過主動調(diào)整截流拋投程序和截流拋投材料粒徑，設(shè)置水下舌狀體平臺的截流布置及方法，有效降低截流難度和截流工程投資。本發(fā)明主要包括非龍口段預(yù)進(jìn)占、龍口段一區(qū)進(jìn)占、龍口段二區(qū)進(jìn)占、龍口段三區(qū)進(jìn)占合龍，具體如下：

3、非龍口段預(yù)進(jìn)占；汛末或枯水期前期，根據(jù)河床覆蓋層分布特點，實施非龍口段預(yù)進(jìn)占，預(yù)進(jìn)占以石渣料為主，在上游側(cè)設(shè)置防沖中石、下游側(cè)設(shè)置防沖小石、截流戧堤中間段設(shè)置石渣料；

4、龍口段一區(qū)進(jìn)占；預(yù)進(jìn)占完成后開始實施龍口段一區(qū)進(jìn)占，龍口段一區(qū)進(jìn)占以小石~中石組合為主，在上游側(cè)設(shè)置防沖特大石~大石組合、下游側(cè)設(shè)置防沖大石~中石組合、截流戧堤中間段設(shè)置小石~中石組合；

5、龍口段二區(qū)進(jìn)占；龍口段一區(qū)進(jìn)占完成后開始實施龍口段二區(qū)進(jìn)占，龍口段二區(qū)進(jìn)占以大石為主，在上游側(cè)設(shè)置大尺寸拋投材料，截流戧堤中間段設(shè)置大石，由于龍口段二區(qū)龍口流速、截流落差均較高，上游側(cè)流失的拋投材料在龍口下游側(cè)逐漸形成水下舌狀體平臺，通過聯(lián)合水上截流戧堤和水下舌狀體平臺共同分擔(dān)截流落差，降低截流水力學(xué)指標(biāo)；

6、龍口段三區(qū)進(jìn)占合龍；龍口段二區(qū)利用下游側(cè)水下舌狀體平臺順利通過截流進(jìn)占合龍困難段，進(jìn)入龍口段三區(qū)進(jìn)占合龍階段，隨著龍口各項截流水力學(xué)指標(biāo)的不斷下降，龍口段三區(qū)拋投材料由特大石逐漸調(diào)整為大石，再由大石逐漸調(diào)整為中石，最后由中石逐漸調(diào)整為小石，最終完成合龍。

7、作為優(yōu)選方案，非龍口段預(yù)進(jìn)占過程中，上游側(cè)防沖中石和下游側(cè)防沖小石的預(yù)進(jìn)占長度始終較中間段石渣料的預(yù)進(jìn)占長度略長，防止中間段石渣料順?biāo)髦睕_和回流淘刷中間段石渣料。

8、作為優(yōu)選方案，龍口段一區(qū)進(jìn)占過程中，上游側(cè)防沖特大石~大石組合和下游側(cè)防沖大石~中石組合的進(jìn)占長度始終較中間段小石~中石組合的進(jìn)占長度略長，防止中間段小石~中石組合順?biāo)髦睕_和回流淘刷中間段小石~中石組合。

9、作為優(yōu)選方案，所述拋投材料包括混凝土四面體、混凝土立方體、鋼筋混凝土立體架、鋼筋混凝土構(gòu)架、空心四面體；每種拋投材料的直徑和重量分別按下列公式計算：

10、；

11、式中：?d-拋投材料折算直徑，即折算成圓球體的直徑，m；w-拋投材料重量，kg； v max-最大流速，計算時取龍口軸線平均流速，m?s-1；k-綜合穩(wěn)定系數(shù)；g-重力加速度，取9.81m?s-2；rm-拋投材料容重，塊石取2.6?t?m-3，混凝土塊取2.4?t?m-3；r-水的容重，取1.0?t?m-3。

12、進(jìn)一步地，每種拋投材料的沖距按下列經(jīng)驗公式轉(zhuǎn)換后估算：

13、；

14、結(jié)合式(1)?~?(2)，分別根據(jù)(3)、(4)或(5)計算出拋投材料的沖距l(xiāng)；

15、式中：l-沖距，m；w-拋投材料重量，kg；v-垂線平均流速，m?s-1；v0-水流表面流速，ms-1；h-水深，m；d-拋投材料直徑，折算成圓球體的直徑，m。

16、進(jìn)一步地，根據(jù)水流作用及拋投材料穩(wěn)定機(jī)理，結(jié)合拋投材料沖距選擇每種拋投材料的入水點，確定拋投材料在河底的穩(wěn)定點，從而確定龍口下游側(cè)形成的水下舌狀體平臺的具體位置。

17、作為優(yōu)選方案，所述水下舌狀體平臺的下部用中石墊底，上部用大石~特大石組合護(hù)表，能夠墊底加糙和對龍口覆蓋層起到防護(hù)作用，用于提高截流塊石的穩(wěn)定性。

18、作為優(yōu)選方案，所述水下舌狀體平臺采用立堵拋投，水下舌狀體平臺兩側(cè)無戧堤約束，水流易發(fā)生擴(kuò)散，用于降低流速和截流難度。

19、作為優(yōu)選方案，所述水下舌狀體平臺的高程較水上截流戧堤的高程低，便于水流通過，與水上截流戧堤共同分擔(dān)截流落差。

20、本發(fā)明還設(shè)計了一種基于降低山區(qū)陡坡河道截流落差的截流布置方法的布置系統(tǒng)，包括布置在河床一側(cè)的水上截流戧堤，布置在河床另一側(cè)的水下舌狀體平臺，所述水上截流戧堤與水下舌狀體平臺在水底連接起來，所述水下舌狀體平臺的高程比水上截流戧堤的高程低，二者共同分擔(dān)截流落差；

21、所述水上截流戧堤包括上游側(cè)防沖拋石、中間段拋石、防滲墻、下游側(cè)防淘拋石，所述中間段拋石分別位于防滲墻的兩側(cè)；所述水上截流戧堤根據(jù)不同的龍口進(jìn)占階段選擇不同尺寸的拋石；

22、所述水下舌狀體平臺是由上游側(cè)流失的防沖拋石在龍口下游側(cè)逐漸形成的，所述水下舌狀體平臺的下部用中石墊底，上部用大石~特大石組合護(hù)表，用于提高截流塊石的穩(wěn)定性。

23、本發(fā)明的有益效果：

24、與傳統(tǒng)截流方案相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有如下技術(shù)效果：

25、（1）由于山區(qū)陡坡河道河床比降大，采用本發(fā)明的方案，通過設(shè)置水下舌狀體平臺，實質(zhì)上是通過聯(lián)合水上截流戧堤+水下舌狀體平臺共同分擔(dān)了截流落差，解決了山區(qū)陡坡河道雙戧堤、多戧堤截流難以共同分擔(dān)截流落差的問題，降低了截流水力學(xué)指標(biāo)；同時由于水下舌狀體平臺高程較低，避免了傳統(tǒng)寬戧、雙戧堤或多戧堤截流下截流材料用量大、高強(qiáng)度施工組織困難、截流工程投資大的問題。

26、（2）通過設(shè)置水下舌狀體平臺，同時具有以下優(yōu)點，有利于進(jìn)一步降低截流難度：一是龍口下游舌狀體平臺對龍口覆蓋層可起到了防護(hù)作用；二是水下舌狀體平臺起到了墊底加糙作用，提高了截流塊石的穩(wěn)定性；三是水下舌狀體平臺兩側(cè)無戧堤約束，水流易發(fā)生擴(kuò)散，能有效降低流速，從而降低了截流難度。

27、（3）水下舌狀體平臺嚴(yán)格意義上采用的是立堵拋投，避免了采用搭設(shè)棧橋進(jìn)行河床平拋墊底施工組織難度大、工程投資大的問題。

28、（4）本發(fā)明應(yīng)用于旭龍水電站，根據(jù)截流模型試驗成果，在設(shè)計截流流量條件下（1263m3/s），沒有設(shè)置水下舌狀體平臺時，龍口最大落差12.4m，最大流速11.5m，總拋投量19.4萬m3，單岸最大拋投強(qiáng)度1113m3/h，現(xiàn)場需進(jìn)一步拓寬和增加施工道路約20km，需預(yù)備四面體串和大塊石串約2萬m3。設(shè)置水下舌狀體平臺后，龍口最大落差8.2m，最大流速10.1m，總拋投量15.6萬m3，單岸最大拋投強(qiáng)度655m3/h，現(xiàn)場需進(jìn)一步拓寬和增加施工道路約8km，需預(yù)備四面體串和大塊石串約0.5萬m3。

29、綜上所述，應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，降低了龍口落差和最大流速等截流指標(biāo)，總拋投量節(jié)省約25%，減少直接投資715萬元，另外，因截流風(fēng)險降低，提高了截流可實施性，較可研工期提前約1個月。