下载文档原格式
河道或明渠导流及防渗施工技术既有河道或明渠导流、防渗能够确保河道或渠道下方地下工程施工安全，是从根本上解决下穿地下工程施工风险的手段。
本文以灌渠导流这一工程实例论述河道导流及防渗的施工方法和技术要求，为类似施工提供参考和借鉴。
标签：既有河道;导流防渗;施工技术引言：地下工程施工中，不可避免的要穿越很多地上既有建（构）筑物，尤其在穿越既有河道或渠道时，由于地下工程施工控制不当，具有产生坍塌冒顶的特殊风险，一旦引起河水倒灌，工程将具有极大风险。
如何确保在地下工程施工时，河道正常运行是施工中的重点和难点。
不但要调整好地下工程施工的各项参数，对既有河道或渠道的导流、防渗等一系列有效加固才是从根本上解决风险的直接手段。
1.工程概况北京市南水北调南干渠试验段与大兴灌区并行，距离较近，浅埋暗挖段跨汛期施工，为防止灌区渗漏影响施工安全，保证灌区度汛安全，对大兴灌渠采用土工膜进行全断面防渗。
在重合段上游修筑挡水围堰，通过导流管将上游非汛期来水排到重合段下游，大兴灌渠两岸入渠污水引入导流管后也排到重合段下游，确保渠道防渗施工过程中非汛期不过流、不积水;占用渠道行洪断面的施工竖井施工平台下铺设导流涵管，确保施工期间大兴灌渠不渗漏。
2.施工工艺2.1施工导流1、分期导流首先在防渗施工段的上游修筑横向围堰，再采取分期导流的方法进行施工。
施工导流分两期进行，一期导流采用桩膜围堰，布置在灌区的右侧;二期导流采用导流管导流，布置在灌区的左侧。
首先在防渗施工段的上游修筑横向土袋围堰，在纵向及下游桩模围堰施工完毕后，利用灌渠右侧导流，进行左侧的防渗膜施工;在完成左侧的防渗膜施工后，进行导流管的施工;在完成导流管的施工后，利用导流管进行全断面导流，拆除桩模围堰再进行右侧的防渗膜施工，直至完成全部的防渗膜施工，详见图1、图2。
图1 一期导流布置示意圖图2 二期导流布置示意图南干渠浅埋暗挖施工过程中，保留导流管导流，保证平时大兴灌渠干槽;雨季、汛期防渗膜防渗导流，上游围堰在妨碍汛期行洪时拆除。
明渠均匀流糙率系数的研究王钢钢1，张鑫21河海大学水利水电工程学院，南京 (210098)2河海大学环境工程学院，南京 (210098)E-mail：wanggang@摘要：本文利用实验室大型变坡水槽进行了光滑和粗糙两种类型的实验，测得明渠均匀流时的流量、水深，利用明渠水力计算方法计算出明渠均匀流的断面平均流速和糙率系数，并分析了糙率系数的各种影响因素与糙率系数的相互关系。
对明渠糙率系数的研究，得出结论：有良好的对数关系并拟合出n-k的对数方程，但是光滑床面和明渠糙率系数与系数k=粗糙床面有不同的n-k方程，有待进一步研究。
关键词：明渠，糙率系数，均匀流，断面平均流速1．引言糙率，是衡量壁面粗糙情况的一个综合性系数[1]，通常以n表示。
n值愈大，相应的水流阻力愈大，在其他条件相同的情况下，通过的流量就愈小。
对于天然河流来说，糙率是河床、岸壁的不规则性和表面粗糙度以及其他影响水流运动能量损失因素的一个综合性指标，它直接决定水流沿程能量损失的大小。
糙率的取值大小直接影响断面过流能力、水流能量损失。
在国民经济建设中，有关桥涵建设、防汛抢险的洪水演算、水资源调配的输水损失计算以及其他水利工程的水力计算中，都要涉及糙率计算。
在公路铁路建设中的桥涵设计以及旧桥加固改造时的水文计算，国土整治中的河道治理，水利建设中的输水损失计算，防汛抢险中的洪水演算等方面，糙率系数是重要设计参数[2]。
河床糙率是航道整治设计的一个重要特征值；河渠糙率是水文、水力计算中一个关键的技术参数；沟床糙率是泥石流流速计算的重要参数；地表糙率系数n值对地表径流流速、流态、渗透及其冲刷能力的影响作用很大，其研究对探讨坡面径流对地表冲刷能力、坡面水沙运动规律、改善水文循环过程及采取水土保持措施决策具有重要的意义[3,4]。
在山区水利水电工程设计中，常要进行河道断面的水位流量关系、水库回水、河道水面线推算，有时还要进行河道洪水演进、水库冲淤等分析计算，在这些计算中最困难之处在于确定糙率n[5]；调水工程中，长距离调水最敏感的问题就是沿程水头损失，与沿程水头损失密切相关的就是渠道糙率的取值问题。
【水利水电工程】圆管明渠均匀流的新近似计算公式文辉,李风玲,黄寿生(茂名学院建筑工程系,广东茂名525000摘要:分析总结了前人对圆管均匀流水力计算的研究成果,在此基础上运用拟合的方法得到了新的圆管明渠均匀流近似计算公式。
此公式计算误差较小,特别是在<0.2时,公式计算精确度较高。
在工程的常用范围内,即0.33< <0.8时,此公式为线性方程,表达形式最为简洁。
关键词:圆管;均匀流;近似公式中图分类号:TV133.1 文献标识码:A 文章编号:10001379(200602006702圆管明渠均匀流是给水排水工程、水利工程中常用的输水形式,它具有结构形式简单、力学和水力学条件好等特点。
但其基本方程为超越函数,无法直接求解,而查图、查表和试算等方法存在着工作量大、误差大等缺陷。
王正中[1]、陈水[2]和韩会玲[3]等人为寻求简便算法作了较深入的研究,得到了一些近似解直接计算公式,但在 0.2时,计算结果误差都较大。
笔者首先根据圆管明渠均匀流的基本方程导出了参数与无量纲正常水深(充满度的关系;其次依据给水排水工程规范及水利工程规范等的要求,确定公式的应用范围,即 0.8,若超出此范围,公式则没有太大实际工程意义;最后运用拟合法得出了圆管明渠均匀流水力计算的近似公式。
1 圆管明渠均匀流水力计算的直接计算公式圆管明渠均匀流水力计算时的圆管断面见图1。
图1 圆管断面图圆管明渠均匀流水力计算的基本方程为[4]Q=A C R i(1A=d28( -s i n (2R=d4(1-si n(3C=1nR1/6(4式中:Q为流量;A为过水面积;C为谢才系数;R为水力半径;i 为管道底坡;d为管道直径; 为过水断面充满角;n为糙率。
若令=213/3nQid8/3(5=hd=sin2( /4(6由式(1~式(6可以得出:=4arcsin [1-s i n(4arcsin4arcs i n]5/3(7式中: 为充满度; 为参数。
明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算，可分为两类：一类是对已建成的渠道，此类计算主要是校核计算，例如，校核流量、流速，求某渠段通水后的糙率等。
另一类是为设计新渠道进行水力计算，如确定底宽b、水深h、底坡i等等。
这两类计算，都是如何应用明渠均匀流基本公式的问题。
在实际工程中，梯形断面渠道应用最广，现以梯形渠道为例，来说明经常遇到的几种水力计算类型。
由明渠均匀流计算的基本公式和梯形断面各水力要素的计算公式可得231Q A Rn===(4-15)从上式中可看出Q=f(b,h,m,n,i)。
根据此表达式，我们可对梯形渠道进行水力计算。
现用算例说明。
4.1 已成渠道的水力计算如果已知其它五个数值，要求流量Q，或要求流速v，或要求糙率n，只要应用基本公式，进行简单的代数运算，就可直接求得结果。
[例4-1] 有一预制的混凝土渡槽，断面为矩形，底宽b=1.0m，底坡i=0.005，均匀流水深h=0.5m，糙率n=0.014，求通过的流量及流速。
解：矩形断面，边坡系数m=0，代入基本公式(4-15)得[]())()535323230.51.020.0142bhQn b h===+（m3/s）12.00.5Qvbh==== (m/s)[例4-2] 一梯形渠道，流量Q=16m3/s，边坡系数m=1.5，底宽b=3.0m，水深h=2.84m，底坡i=1/6000，求渠道的糙率n。
解：A=(b+mh)h=(3+1.5×2.84)×2.84=20.62m1620.62QvA====0.78m/s2313.24bχ=+=+=m20.6213.24ARχ===1.56m所以0.0223n===4.2 设计新渠道的水力计算如果已知其它五个数值，要求水深h ，或要求底宽b ，因为在基本公式(4-15)中表达b 和h 的关系式都是高次方程，不能采用直接求解法，而只能采用试算法。
试算法步骤如下：假设若干个h 值，代入基本公式，计算相应的Q 值；若所得的Q 值与已知的相等，相应的h 值即为所求。
明渠均匀流糙率系数的近似取值法王钢钢1，张鑫21河海大学水利水电工程学院，南京 (210098)2河海大学环境工程学院，南京 (210098)E-mail：wanggang@摘要：本文利用实验室可变坡水槽进行了光滑和粗糙两种类型的实验，测得明渠均匀流时的流量、水深，利用明渠水力计算方法计算出明渠均匀流的糙率系数，并提出明渠均匀流糙率系数近似的取值法和对于明渠均匀流光滑床面和粗糙床面都适用的近似公式。
关键词：明渠糙率系数均匀流流量1．引言糙率，是衡量壁面粗糙情况的一个综合性系数[1]，通常以n表示。
n值愈大，在其他条件相同的情况下，通过的流量就愈小。
对于天然河流来说，糙率是河床、岸壁的不规则性和表面粗糙度以及其他影响因素的一个综合性指标。
在国民经济建设中，有关桥涵建设、防汛抢险的洪水演算、水资源调配的输水损失计算以及其他水利工程的水力计算中，都要涉及糙率计算。
在公路铁路建设中的桥涵设计以及旧桥加固改造时的水文计算，国土整治中的河道治理，水利建设中的输水损失计算，防汛抢险中的洪水演算等方面，糙率系数是重要设计参数[2]。
河渠糙率是水文、水力计算中一个关键的技术参数；沟床糙率是泥石流流速计算的重要参数；地表糙率系数n值对地表径流流速、流态、渗透及其冲刷能力的影响作用很大，其研究对探讨坡面径流对地表冲刷能力、坡面水沙运动规律、改善水文循环过程及采取水土保持措施决策具有重要的意义[3,4]。
在山区水利水电工程设计中，常要进行河道断面的水位流量关系、水库回水、河道水面线推算，有时还要进行河道洪水演进、水库冲淤等分析计算，在这些计算中最困难之处在于确定糙率n[5]；调水工程中，长距离调水最敏感的问题就是沿程水头损失，与沿程水头损失密切相关的就是渠道糙率的取值问题。
渠道糙率n取值大小关系到整个渠道的设计和建设成本，渠道糙率n 取值大小是否合理关系到整个调水工程的成败[6]；水电站建坝后, 其坝上库区为水库型天然河道, 在对水电站的水流特性或库区的洪水预报、洪水演进等研究中, 糙率的选取是至关重要的[7]。
本文利用实验室可变坡水槽进行了光滑和粗糙两种类型的实验，测得明渠均匀流时的流量、水深，利用明渠水力计算方法计算出明渠均匀流的断面平均流速和糙率系数，并得出了明渠均匀流糙率系数近似的取值法。
2．明渠水力计算方法明渠水流的水力计算是水利、航运、城建、环境保护等行业经常遇到的问题之一。
为了寻找解决明渠水流运动的基本规律，建立可以用以进行明渠水流计算的基本方法和基本关系式，水力学家们进行了大量的卓越的研究工作[1,8]。
从十八世纪开始，西方的水力学家和工程师们通过大量的实验和实测资料，力图探求描述明渠水流运动的数学模型。
在一百多年时间里，各国的学者们提出了许许多多的水流的计算公式，经过长期的实践和考验，现在被公认的和普遍使用的是谢才公式和曼宁公式。
1768年法国工程师谢才（A.de Chezy ）在工程设计报告中提出明渠水流磨阻力应与湿周P 和断面平均流速v 的平方成正比；与磨阻力相平衡的力应与过水断面面积A 和底坡S 成反比；并且比值v 2P/AS 为常数[9,10]，即2v PC'AS= （2.1） 经过对明渠均匀流的研究，总结出断面平均流速v 与水力坡降S 的经验公式，称为谢才公式。
该公式至今仍广泛地应用于明渠和管道的水力计算。
谢才公式的形式为：v =或 Q =vA = （2.2）1881年，爱尔兰工程师Manning 依据200组实验资料提出公式[8,11]:2/31/2v =AR S （2.3）式中A 是与壁面条件有关的系数，虽然Manning 未令A=l/n ，但指出A 与Kutter 的糙率系数n 密切相关。
Willcock 和Holt [12]首先给出了曼宁公式使用公制单位的形式：2/31/21v =R S n （2.4）式中的n 为曼宁糙率系数。
在人们普遍接受曼宁公式以后，将曼宁公式与谢才公式对照，则得到现在使用最普遍的谢才系数的表达式：1/61C =R n （2.5）式中n 为曼宁糙率系数，R 为水力半径。
对谢才系数开展研究的还有法国水力学家Bazin ，1897，瑞士工程师Ganguillet 和Kutter, 1889，以及Powell ,1950等[13]。
这些学者都提出了各自的谢才系数表达式，对谢才公式的完善和应用做出了贡献。
3．实验设备、方法及实验数据实验水槽为变坡水槽，长为8.0m ，宽为0.3m ，高为0.4m 。
水槽底壁为钢板，两侧壁为玻璃。
首部设稳水箱，尾部设置可调闸门。
试验中没有明显的表面水波破碎现象。
水深用精度为0.1 mm 的测针量测，测针可以沿水槽移动。
流量用LDY 型电磁流量计量测，量程：100m 3/h ，精确度：0.5级。
实验利用变坡水槽，设置水槽不同的底坡，在每个底坡上调节不同流量，利用尾门或闸门调节水流为明渠均匀流，测得水深和流量，利用明渠水力计算方法计算断面平均流速和糙率系数。
整个实验分为两种边壁条件：一是光滑床面，二是粗糙床面。
3.1 光滑床面光滑床面明渠水流实验时，试验用明渠底为精制钢板，表面进行油漆处理以减小底板阻力，水槽两侧为玻璃。
光滑床面明渠水流实验分四种坡度进行。
实验数据如表3.1。
Q(m3/s) i H(m)A(m2) X(m)R(m) V(m/s) n Fr u* 0.00559 0.00125 0.0558 0.01674 0.4116 0.0406710.3338640.012524 0.451251 0.022321 0.00696 0.00125 0.0615 0.01845 0.423 0.0436170.3769950.01162 0.485359 0.023115 0.00839 0.00125 0.0695 0.02085 0.439 0.0474940.4024780.011521 0.487433 0.024121 0.00972 0.00125 0.0755 0.02265 0.451 0.0502220.4292370.011212 0.498757 0.024804 0.01115 0.00125 0.0825 0.02475 0.465 0.0532260.4506170.011102 0.500895 0.025535 0.01252 0.00125 0.0895 0.02685 0.479 0.0560540.4663770.011103 0.497727 0.026204 0.01394 0.00125 0.0945 0.02835 0.489 0.0579750.4916720.010771 0.510652 0.02665 0.01531 0.00125 0.1015 0.03045 0.503 0.0605370.5026460.010844 0.503726 0.027232 0.01673 0.00125 0.1070 0.0321 0.514 0.0624510.5211150.010679 0.508636 0.027659 0.00419 0.002 0.0375 0.01125 0.375 0.03 0.37284 0.011581 0.614712 0.024249 0.0054 0.002 0.0430 0.0129 0.386 0.03342 0.41882 0.011079 0.64485 0.025593 0.00696 0.002 0.0495 0.01485 0.399 0.0372180.4685750.010639 0.672422 0.027009 0.00839 0.002 0.0556 0.01668 0.41120.0405640.5029310.010498 0.680983 0.028197 0.00986 0.002 0.0605 0.01815 0.421 0.0431120.5433120.01012 0.70524 0.029069 0.01114 0.002 0.0665 0.01995 0.433 0.0460740.5586190.010289 0.691624 0.030051 0.01243 0.002 0.0715 0.02145 0.443 0.04842 0.5795130.010252 0.691952 0.030806 0.01384 0.002 0.0750 0.0225 0.45 0.05 0.6151850.009866 0.717201 0.031305 0.01538 0.002 0.0800 0.024 0.46 0.0521740.6406250.009747 0.723143 0.031978 0.0166 0.002 0.0852 0.02556 0.47040.0543370.6494520.009879 0.710384 0.032634 0.00421 0.0025 0.0345 0.01035 0.369 0.0280490.4066020.011352 0.698917 0.026214 0.00559 0.0025 0.0398 0.01194 0.37960.0314540.4680810.010644 0.749109 0.02776 0.00674 0.0025 0.0447 0.01341 0.38940.0344380.5025270.010532 0.758877 0.029047 0.00833 0.0025 0.0496 0.01488 0.39920.0372750.5600360.009962 0.802861 0.03022 0.00968 0.0025 0.0536 0.01608 0.40720.0394890.6020250.009631 0.830228 0.031104 0.01111 0.0025 0.0584 0.01752 0.41680.0420350.6341960.009531 0.837881 0.032091 0.01255 0.0025 0.0628 0.01884 0.42560.0442670.6661360.009393 0.848689 0.032932 0.01389 0.0025 0.0690 0.0207 0.438 0.04726 0.6709610.009741 0.815527 0.034028 0.0153 0.0025 0.0730 0.0219 0.446 0.0491030.69863 0.009597 0.825565 0.034685 0.01671 0.0025 0.0758 0.02274 0.45160.0503540.7346330.009281 0.851925 0.035124 0.00554 0.005 0.0302 0.00906 0.36040.0251390.61105 0.00993 1.122635 0.035097 0.00699 0.005 0.0335 0.01005 0.367 0.0273840.6951350.009242 1.212586 0.036631 0.00838 0.005 0.0365 0.01095 0.373 0.0293570.7653480.008792 1.279021 0.037927 0.00977 0.005 0.0402 0.01206 0.38040.0317030.8103 0.008741 1.290323 0.039414 0.01111 0.005 0.0435 0.01305 0.387 0.0337210.8514260.008668 1.30337 0.040649 0.01251 0.005 0.0470 0.0141 0.394 0.0357870.88751 0.008652 1.307043 0.041875 0.01391 0.005 0.0498 0.01494 0.39960.0373870.9309460.008493 1.331911 0.042802 0.0153 0.005 0.0530 0.0159 0.406 0.0391630.9620890.008476 1.334268 0.043806 0.01656 0.005 0.0556 0.01668 0.41120.0405640.9925390.008411 1.343927 0.0445833.2 粗糙床面粗糙床面明渠水流实验时，试验用明渠水槽两侧为玻璃，钢板渠底上分别铺上两种不同粒径天然卵石，天然卵石铺多层并夯实，使其形成平整的明渠渠底，模拟现实河道。
