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摘要：文章对黄河班多水电站枢纽工程导流明渠内截流施工进行了分析，重点探讨了戗体与堰体分离及360t混凝土抛投体施工技术上的可行性。
关键词：戗体；堰体；混凝土抛投体；
1、黄河班多导流明渠截流概况
黄河班多水电站枢纽工程位于青海省海南藏族自治区的黄河上游，以发电为主。枢纽工程主要由左岸混凝土副坝、泄洪闸、河床式电站厂房及右岸混凝土坝、开关站以及对外交通公路等主要建筑物组成。枢纽全长303m，坝顶高程2764.0m，最大坝高79.7m。设计正常蓄水位2760.0m，厂内安装三台轴流转浆式水轮发电机，总装机容量360MW，总库容1535万m3。
班多水电站等别为二等大（2）型，挡水、泄洪、引水及发电等永久性主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级建筑物。
根据施工总工期及施工导流程序安排，本工程施工导流分三期进行，其中一期导流由其它承包商首先完成导流明渠和泄洪闸开挖；二期导流利用导流明渠泄洪，进行河床截流、上下游围堰施工和泄洪闸底板混凝土浇筑，2008年5月底具备三期导流条件；三期导流在主河床上下游围堰的保护下，进行厂房和右副坝施工，汛期和非汛期分别利用导流明渠、泄洪闸联合下泄及导流明渠单独下泄的导流方式，2008年汛后需填筑泄洪闸上下游围堰，继续进行泄洪闸混凝土浇筑和闸门启闭机设备安装，2009年汛前拆除泄洪闸上下游围堰，保证2009年汛期导流明渠和泄洪闸联合泄洪的要求。2009年11月上旬导流明渠封堵，泄洪闸过水，2009年5月底左副坝及厂房坝段具备挡水条件，安全渡汛。
导流明渠布置于泄洪闸左侧岸边Ⅱ级阶地上，底宽10m，进口底板高程为2720.0m，出口底板高程为2719.0m，明渠全长465m，其中坝轴线以上200m，坝轴线以下265m，坝轴线以上明渠段底坡为平坡，坝轴线以下坡比3.77‰，导流明渠两侧开挖坡比为1：0.5，右侧为预留岩坎，坝轴线以上岩坎顶高程为2741.5m，顶宽13.75m；坝轴线以下岩坎顶高程为2734.0m，顶宽为10m。出口设置齿墙防护抗冲。底板衬砌50cm的混凝土，右侧边坡衬砌30cm的素混凝土，左侧边坡挂网喷护。导流明区内布置有左2和左3副坝。
2、堰体与戗体分离、360t抛投体方案的形成
结合工程的实际情况，围堰左边是左岸边坡（其中部布设有混凝土布料系统,左岸顶部高程为EL2765m， 围堰顶部为EL2735m），右边是EL2740m的岩坎，导流明渠渠顶为EL2735m平台，交通道路只能到达该平台，由于左4坝段和其下游的出线楼阻挡，加之围堰顶部有混凝土皮带机浇筑系统的存在，从下游EL2735m至围堰右边EL2740m的截流通道无法形成。若从主河道厂房上游围堰横跨泄洪闸，需架设钢栈桥，跨度为40m，经咨詢架设及拆除加其他费用约需20万元，运输车辆运距增加1.5km，很不经济。
由以上分析可知：将截流戗体布置在出线楼以下明渠内，形成戗体后，在戗体以上导流明渠内形成静水区，再从出线楼上游在静水区向上填筑围堰，是较为可靠的也是较为经济的技术方案。
班多导流明渠截流的难点与实施对策
3.1班多导流明渠截流的难点
（1）本工程的导流系统不畅
导流明渠截流时，通过已形成的泄洪闸进行导流，由于种种原因 ，其它标段在2009年汛期来临时，未将泄洪闸上游的岩坎拆除，岩坎顶部高程为 EL2725m ，比导流明渠高出5m，导致泄洪闸泄水不畅，是难点之一。
（2）导流明渠水力要素不利、参数大
导流明渠底宽10m，底部高程为EL2720m，纵向坡比为0.377%，边墙为1：0.5坡，边墙垂直高度为15m，整个导流明渠明渠设计为30cm厚的混凝土衬砌，导流明渠经过2年的黄河水过流，底部光滑。导流明渠截流前水力参数如下底部糙率为0.013，渠底纵向坡比为0.377%，截流前明渠内流量为350m3/s，流速为4.5m/s，水深4m。单宽流量为33.04m3/ms。截流时水利参数为：
项目④hp=hk，截流龙口为三角形断面hk=（2Q2/GS2）1/5;
项目⑤三角形断面Bcp=S Hp,其中S为戗体轴线方向的边坡坡度，取1.5;
Z=H上-hp。
式中：ρ—水的密度，取1.0t/m3；q’—为龙口最大单宽流量，系考虑进占戗体端流速的集中，q’=kq，k平均取1.2；z-为龙口落差，m。
由此可知，截流难度大。
（3）截流自然条件差
明渠左侧为左岸边坡，其上部布置有拌和系统，截流只能是单向进占；截流作业面在导流明渠右岸顶部EL2735m平台上与导流明渠底部（EL2719.4m）高差大，抛投料难以到达左岸，截流困难。
3.2班多导流明渠截流实施对策
（1）常规降低截流方法
常规降低截流难度的措施有：改善分流条件；降低截流戗体局部落差；龙口护底（如平抛护底，防止河床冲刷、抬高河床降低河床水深以及拦石坎护底等）；设置拦石栅；采用水库调度措施控制水流；提高抛投强度；锚系和串体（即采用锚系措施和串体的应用）。
（2）班多项目所采取的措施
在混凝土衬砌好的明渠内进行截流，毕竟不同于在大江大河的河床上的截流，许多常规的计算方法不适用，例如根据常规截流抛投物粒径计算公式：
( k=0.9 , rs=2.65t/m3,r=1t/m3)------------⑤
则d＝0.034V2将上述求得的对应流速数据代入公式即可求得相应流速下抛投材料的折算直径：
ｄ0＝101cm，d1＝95cm，d3＝85cm，d3＝66cm；
根据计算抛投料最大粒径为101cm即可，折算重量为14t，但实际上在截流时20t重的抛投物立即被冲走。
为此项目根据班多截流的实际情况，决定在截流戗体的右岸预制混凝土体如下图1所示：
如上图所示，在戗堤轴线坝下0+178.00m明渠右侧先浇筑一个9m×6m，坡脚为7°的混凝土基础，然后在基础上沿宽度方向布置一排Φ42圆钢@40，同时在基础上布置6根Φ36插筋，接着垂直圆钢方向布置一排Ⅰ20a工字钢@70，工字钢用拉条连接在插筋上，最后在工字钢上浇筑6m×5m×5m砼块。
（4）混凝土预制块的推力计算
用于截流的6m×5m×5m砼预制块受力示意如图2所示：
其中：fs---静摩擦力；G---砼预制块体自重；F---推土机推力；N---斜面对砼预制块体的支撑力。由上述受力分析示意图可列力的平衡方程：
沿斜面方向：fs=G sinθ+F ；垂直斜面方向：N=G cosθ ； 又fs=μN,G=mg ，m=150m3×2.4t/m3 ；
由以上式子可知：F= mg (μcosθ-sinθ)；又知θ=7°，g=10N/kg，通过查阅相关资料与数据得知钢材与钢材的最大静摩擦系数为0.15，则所需推力F = mg (μcosθ-sinθ)=150×2.4×10×（0.15×0.9925-0.1219）=97.25KN 。
选用TY160推土机来推动砼预制块，TY160推土机最大输出功率为160马力（1马力=0.7355KW）,即117.68KW，保守估计推土机的行进速度为1m/s,根据公式P=F×V，则推土机的推力为117.68KN>97.25KN，因此保守选用一辆TY160推土机另加一辆TY140推土机可以保证将6m×5m×5m的砼预制块体推入明渠中。
（5）混凝土预制块水中稳定的计算
a.水流大块体冲击力计算
已知黄河水流量Q=350m3/s,明渠内水流流速为V=5.1.0m/s,戗体轴线处水位为EL2723m，导流明渠底板高程为EL2719.2m，导流明渠内流量为：
Q=AV=45.22×4=181m3/s
假设大块体投入导流明渠后流量不变，大块体完全处于淹没状态，则水流直接冲击大块体接触面积为5×6=30m2，根据恒定总流动量方程 可知
冲击力FR=β0ρQV0=1×1×30×4×5.1=61.2t；其中β0为动量修正系数取1.0,1N=kgm/s2。所以水流对大块体冲击力为61.2t
b.大块体抗冲击力（摩擦力）计算
大块体与导流明渠底板摩擦系数取μ=0.4，这个摩擦力为：f=Gμ=360×0.4=144t。
c.两者比值计算
稳定系数K=f/FR=144/61.2=2.35；故大块体稳定，为加大安全系数，在截流时在大块体上固定两根Ф26mm的钢丝绳，另一端固定在顶部锚杆上。理论上是安全可行的。
4、具体截流时360t混凝土体的实施状况及效果
12月17日8点钟开始截流，12月18日16时成功实施了截流，历时36h。360t混凝土抛投体在截流时先用割枪将固定抛投体的拉杆割断，再用SD220推土机和PC320反铲将其推入导流明区内。在截流时，混凝土抛投体落入导流明渠后，没有完全就位。
由于高差较大15m，巨大的动能将抛投体一分为二。正是抛投体的一分为二将导流明区内的水流分为三部分，将水流的能量分解，在截流时用其它抛投体逐个封堵完成截流施工，达到理想的效果。
黄河班多工程第三次截流有其特殊性，常规的明渠截流采用安装闸门来控制水流，而本工程要在明渠内截流，极为少见。明渠内截流水力參数为流速5.1m/s；流量310m3/s；落差为6.6m；糙率n=0.013；单宽流量为33.08m3/ms，有以上数据可知该截流直接是龙口合拢截流。由于明渠坡度为0.377%，渠底表面光滑。截流难度较大。经计算采用常规的方法（做四面体、钢筋笼），10t/个，至少需三个串在一起，采用2吋的钢丝绳，但由于抛投点距渠底15m高，巨大的冲击力将钢丝绳扯断，不可行，经计算需四面体（10t/个）80个，钢筋笼800m3，而采用360t（150m3）的混凝土大块体，仅需四面体30个，铅丝笼500m3，抛投量少，流失量少，截流可靠度高。
结论与建议
5.1不足之处
唯一不足的是360t抛投体下部布设的φ40钢筋的刚度不够，产生了严重变形，使抛投体在下滑过程中一度受阻，后使用5个100t的千斤顶配合推土机和反铲才将其推入导流明区内。
5.2改进方法
如采用100mm（壁厚3.5mm以上）的钢管，内灌混凝土作为滚动滚杠，增多滚杠直径将会减小摩阻力，将会达到理想的效果。
综上所述：戗体与堰体分离及360t混凝土抛投体施工技术在黄河班多导流明渠内截流工程中应用在技术是完全可行的，而且施安全、工期以及经济效益方面均存在明显优势。
参考文献：
《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：戗体；堰体；混凝土抛投体；
1、黄河班多导流明渠截流概况
黄河班多水电站枢纽工程位于青海省海南藏族自治区的黄河上游，以发电为主。枢纽工程主要由左岸混凝土副坝、泄洪闸、河床式电站厂房及右岸混凝土坝、开关站以及对外交通公路等主要建筑物组成。枢纽全长303m，坝顶高程2764.0m，最大坝高79.7m。设计正常蓄水位2760.0m，厂内安装三台轴流转浆式水轮发电机，总装机容量360MW，总库容1535万m3。
班多水电站等别为二等大（2）型，挡水、泄洪、引水及发电等永久性主要建筑物为2级建筑物，次要建筑物为3级建筑物。
根据施工总工期及施工导流程序安排，本工程施工导流分三期进行，其中一期导流由其它承包商首先完成导流明渠和泄洪闸开挖；二期导流利用导流明渠泄洪，进行河床截流、上下游围堰施工和泄洪闸底板混凝土浇筑，2008年5月底具备三期导流条件；三期导流在主河床上下游围堰的保护下，进行厂房和右副坝施工，汛期和非汛期分别利用导流明渠、泄洪闸联合下泄及导流明渠单独下泄的导流方式，2008年汛后需填筑泄洪闸上下游围堰，继续进行泄洪闸混凝土浇筑和闸门启闭机设备安装，2009年汛前拆除泄洪闸上下游围堰，保证2009年汛期导流明渠和泄洪闸联合泄洪的要求。2009年11月上旬导流明渠封堵，泄洪闸过水，2009年5月底左副坝及厂房坝段具备挡水条件，安全渡汛。
导流明渠布置于泄洪闸左侧岸边Ⅱ级阶地上，底宽10m，进口底板高程为2720.0m，出口底板高程为2719.0m，明渠全长465m，其中坝轴线以上200m，坝轴线以下265m，坝轴线以上明渠段底坡为平坡，坝轴线以下坡比3.77‰，导流明渠两侧开挖坡比为1：0.5，右侧为预留岩坎，坝轴线以上岩坎顶高程为2741.5m，顶宽13.75m；坝轴线以下岩坎顶高程为2734.0m，顶宽为10m。出口设置齿墙防护抗冲。底板衬砌50cm的混凝土，右侧边坡衬砌30cm的素混凝土，左侧边坡挂网喷护。导流明区内布置有左2和左3副坝。
2、堰体与戗体分离、360t抛投体方案的形成
结合工程的实际情况，围堰左边是左岸边坡（其中部布设有混凝土布料系统,左岸顶部高程为EL2765m， 围堰顶部为EL2735m），右边是EL2740m的岩坎，导流明渠渠顶为EL2735m平台，交通道路只能到达该平台，由于左4坝段和其下游的出线楼阻挡，加之围堰顶部有混凝土皮带机浇筑系统的存在，从下游EL2735m至围堰右边EL2740m的截流通道无法形成。若从主河道厂房上游围堰横跨泄洪闸，需架设钢栈桥，跨度为40m，经咨詢架设及拆除加其他费用约需20万元，运输车辆运距增加1.5km，很不经济。
由以上分析可知：将截流戗体布置在出线楼以下明渠内，形成戗体后，在戗体以上导流明渠内形成静水区，再从出线楼上游在静水区向上填筑围堰，是较为可靠的也是较为经济的技术方案。
班多导流明渠截流的难点与实施对策
3.1班多导流明渠截流的难点
（1）本工程的导流系统不畅
导流明渠截流时，通过已形成的泄洪闸进行导流，由于种种原因 ，其它标段在2009年汛期来临时，未将泄洪闸上游的岩坎拆除，岩坎顶部高程为 EL2725m ，比导流明渠高出5m，导致泄洪闸泄水不畅，是难点之一。
（2）导流明渠水力要素不利、参数大
导流明渠底宽10m，底部高程为EL2720m，纵向坡比为0.377%，边墙为1：0.5坡，边墙垂直高度为15m，整个导流明渠明渠设计为30cm厚的混凝土衬砌，导流明渠经过2年的黄河水过流，底部光滑。导流明渠截流前水力参数如下底部糙率为0.013，渠底纵向坡比为0.377%，截流前明渠内流量为350m3/s，流速为4.5m/s，水深4m。单宽流量为33.04m3/ms。截流时水利参数为：
项目④hp=hk，截流龙口为三角形断面hk=（2Q2/GS2）1/5;
项目⑤三角形断面Bcp=S Hp,其中S为戗体轴线方向的边坡坡度，取1.5;
Z=H上-hp。
式中：ρ—水的密度，取1.0t/m3；q’—为龙口最大单宽流量，系考虑进占戗体端流速的集中，q’=kq，k平均取1.2；z-为龙口落差，m。
由此可知，截流难度大。
（3）截流自然条件差
明渠左侧为左岸边坡，其上部布置有拌和系统，截流只能是单向进占；截流作业面在导流明渠右岸顶部EL2735m平台上与导流明渠底部（EL2719.4m）高差大，抛投料难以到达左岸，截流困难。
3.2班多导流明渠截流实施对策
（1）常规降低截流方法
常规降低截流难度的措施有：改善分流条件；降低截流戗体局部落差；龙口护底（如平抛护底，防止河床冲刷、抬高河床降低河床水深以及拦石坎护底等）；设置拦石栅；采用水库调度措施控制水流；提高抛投强度；锚系和串体（即采用锚系措施和串体的应用）。
（2）班多项目所采取的措施
在混凝土衬砌好的明渠内进行截流，毕竟不同于在大江大河的河床上的截流，许多常规的计算方法不适用，例如根据常规截流抛投物粒径计算公式：
( k=0.9 , rs=2.65t/m3,r=1t/m3)------------⑤
则d＝0.034V2将上述求得的对应流速数据代入公式即可求得相应流速下抛投材料的折算直径：
ｄ0＝101cm，d1＝95cm，d3＝85cm，d3＝66cm；
根据计算抛投料最大粒径为101cm即可，折算重量为14t，但实际上在截流时20t重的抛投物立即被冲走。
为此项目根据班多截流的实际情况，决定在截流戗体的右岸预制混凝土体如下图1所示：
如上图所示，在戗堤轴线坝下0+178.00m明渠右侧先浇筑一个9m×6m，坡脚为7°的混凝土基础，然后在基础上沿宽度方向布置一排Φ42圆钢@40，同时在基础上布置6根Φ36插筋，接着垂直圆钢方向布置一排Ⅰ20a工字钢@70，工字钢用拉条连接在插筋上，最后在工字钢上浇筑6m×5m×5m砼块。
（4）混凝土预制块的推力计算
用于截流的6m×5m×5m砼预制块受力示意如图2所示：
其中：fs---静摩擦力；G---砼预制块体自重；F---推土机推力；N---斜面对砼预制块体的支撑力。由上述受力分析示意图可列力的平衡方程：
沿斜面方向：fs=G sinθ+F ；垂直斜面方向：N=G cosθ ； 又fs=μN,G=mg ，m=150m3×2.4t/m3 ；
由以上式子可知：F= mg (μcosθ-sinθ)；又知θ=7°，g=10N/kg，通过查阅相关资料与数据得知钢材与钢材的最大静摩擦系数为0.15，则所需推力F = mg (μcosθ-sinθ)=150×2.4×10×（0.15×0.9925-0.1219）=97.25KN 。
选用TY160推土机来推动砼预制块，TY160推土机最大输出功率为160马力（1马力=0.7355KW）,即117.68KW，保守估计推土机的行进速度为1m/s,根据公式P=F×V，则推土机的推力为117.68KN>97.25KN，因此保守选用一辆TY160推土机另加一辆TY140推土机可以保证将6m×5m×5m的砼预制块体推入明渠中。
（5）混凝土预制块水中稳定的计算
a.水流大块体冲击力计算
已知黄河水流量Q=350m3/s,明渠内水流流速为V=5.1.0m/s,戗体轴线处水位为EL2723m，导流明渠底板高程为EL2719.2m，导流明渠内流量为：
Q=AV=45.22×4=181m3/s
假设大块体投入导流明渠后流量不变，大块体完全处于淹没状态，则水流直接冲击大块体接触面积为5×6=30m2，根据恒定总流动量方程 可知
冲击力FR=β0ρQV0=1×1×30×4×5.1=61.2t；其中β0为动量修正系数取1.0,1N=kgm/s2。所以水流对大块体冲击力为61.2t
b.大块体抗冲击力（摩擦力）计算
大块体与导流明渠底板摩擦系数取μ=0.4，这个摩擦力为：f=Gμ=360×0.4=144t。
c.两者比值计算
稳定系数K=f/FR=144/61.2=2.35；故大块体稳定，为加大安全系数，在截流时在大块体上固定两根Ф26mm的钢丝绳，另一端固定在顶部锚杆上。理论上是安全可行的。
4、具体截流时360t混凝土体的实施状况及效果
12月17日8点钟开始截流，12月18日16时成功实施了截流，历时36h。360t混凝土抛投体在截流时先用割枪将固定抛投体的拉杆割断，再用SD220推土机和PC320反铲将其推入导流明区内。在截流时，混凝土抛投体落入导流明渠后，没有完全就位。
由于高差较大15m，巨大的动能将抛投体一分为二。正是抛投体的一分为二将导流明区内的水流分为三部分，将水流的能量分解，在截流时用其它抛投体逐个封堵完成截流施工，达到理想的效果。
黄河班多工程第三次截流有其特殊性，常规的明渠截流采用安装闸门来控制水流，而本工程要在明渠内截流，极为少见。明渠内截流水力參数为流速5.1m/s；流量310m3/s；落差为6.6m；糙率n=0.013；单宽流量为33.08m3/ms，有以上数据可知该截流直接是龙口合拢截流。由于明渠坡度为0.377%，渠底表面光滑。截流难度较大。经计算采用常规的方法（做四面体、钢筋笼），10t/个，至少需三个串在一起，采用2吋的钢丝绳，但由于抛投点距渠底15m高，巨大的冲击力将钢丝绳扯断，不可行，经计算需四面体（10t/个）80个，钢筋笼800m3，而采用360t（150m3）的混凝土大块体，仅需四面体30个，铅丝笼500m3，抛投量少，流失量少，截流可靠度高。
结论与建议
5.1不足之处
唯一不足的是360t抛投体下部布设的φ40钢筋的刚度不够，产生了严重变形，使抛投体在下滑过程中一度受阻，后使用5个100t的千斤顶配合推土机和反铲才将其推入导流明区内。
5.2改进方法
如采用100mm（壁厚3.5mm以上）的钢管，内灌混凝土作为滚动滚杠，增多滚杠直径将会减小摩阻力，将会达到理想的效果。
综上所述：戗体与堰体分离及360t混凝土抛投体施工技术在黄河班多导流明渠内截流工程中应用在技术是完全可行的，而且施安全、工期以及经济效益方面均存在明显优势。
参考文献：
《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003）.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。