真强 汗
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大江截流及二期围堰主要技术问题的决策
简介： 二期围堰是影响三峡工程施工成败的关键性建筑物，修建在深水中的淤沙地基上。大江截流和围堰防渗是二期围堰的两个关键性技术问题。三峡大江截流最大水深60m、截流流量8480～11600m3/s、日最高抛投强度19.4万m3、截流施工期有通航要求，创造了大江截流四项世界记录。围堰采用塑性混凝土防渗墙下接惟幕灌浆，墙上接土工膜防渗方案，用不到一年的时间，完成二期上石围堰施工，经受了去年八次洪峰的考验。基坑渗水量远低于设计预测值。这说明三峡大江截流及二期围堰的主要技术问题的决策是正确的。
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1 施工导流及施工期通航决策
1.1施工导流方案
　　三斗坪坝址河谷宽阔，江中有中堡岛将长江分为主河床及后河，适于采用分期导流方案。分期导流方案设计必须结合施工期通航和枢纽总体布置一并研究。在可行性论证和初步设计阶段，对右岸导流明渠施工期通航和不通航两大类型的多种方案进行了大量的技术经济比较工作。1993年7月，经国务院三峡建设委员会批准，确定为“三期导流，明渠通航”方案。第一期围右岸。一期导流的时间为1993年10月至1997年10月。在中堡岛左侧及后河上下游修筑一期土石围堰，形成一期基坑，并修建茅坪溪改道工程，将茅坪溪水导引出一期基坑下游。在一期土石围堰保护下挖除中堡岛，扩宽后河修建导流明渠、混凝土纵向围堰，并预建三期碾压混凝土围堰基础部分的混凝土。水仍从主河床通过。一期土石围堰形成后束窄河床约30％。汛期长江水面宽约1000m，因此船只仍可在主航道航行。　　
第二期围主河床与左岸。二期导流时间为1997年11月至2002年11月。1997年11月实现大江截流后，立即修建二期上、下游横向围堰将长江主河床截断，与混凝土纵向围堰共同形成二期基坑。在基坑内修建泄洪坝段、左岸厂房坝段及电站厂房等主体建筑物。二期导流时，江水由导流明渠宣泄，船舶从导流明渠和左岸已建成的临时船闸通航。
　　第三期再围右岸。三期导流时间为2002年12月至2009年6月。2002年5月和9月先后拆除二期上、下土石横向围堰，2002年11月下旬在导流明渠内进行三期截流，建造上、下游土石围堰。在其保护下修建三期上游碾压混凝土围堰并形成右岸三期基坑，在三期基坑内修建右岸厂房坝段和右岸电站厂房。三期截流和三期碾压混凝土围堰施工是三峡工程施工中的又一关键技术问题。在导流明渠中截流时，江水从泄洪坝段内高程56.5m的22个6.5×8.5m的导流底孔宣泄，截流最大落差达3.5m，龙口最大流速超过6m/s。碾压混凝土围堰要求在截流以后的120天内，从高程50m浇筑到140m，最大月浇筑强度达39.1万m3/月，最大日上升高度达1.19m，且很快要挡水并确保在近90m水头下安全运行，施工难度为世所罕见。
三期截流后到水库蓄至135m水位前，船只从临时船闸航行，当长江流量超过12000m3/s，上下游水位差超过6m时，临时船闸不能运行，长江短期断航。经测算断航时间发生在5月下半月至6月上半月内。断航期间设转运码头用水陆联运解决客货运输问题。水库蓄水至135m，第一批机组开始发电，永久船闸开始通航。
　　水库蓄水以后，由三期碾压混凝土围堰与左岸大坝共同挡水(下游仍由三期土石围堰挡水)，长江洪水由导流底孔及泄洪深孔宣泄，继续在右岸基坑内建造大坝和电站厂房。左岸各主体建筑物上部结构同时施工，直至工程全部完建。
1.2施工期通航决策
　　长江是我国重要的水运交通干线，三峡工程施工期间的通航问题必须妥善解决。施工期临时通航措施，曾研究过多种方案，经多次审议，归纳为两类方案，第一是明渠通航方案右岸导流明渠兼作通航渠道，结合左岸临时通航建筑物承担施工期通航任务；第二是明渠不通航方案--- 右岸明渠专作导流用，左岸布置临时通航建筑物，承担施工期通航任务。经综合比较认为，从施工通航的可靠性，特别是从尽量减少初期工程规模、缩短工期、提前发电出发，选用明渠通航方案。
2大江截流主要技术问题及决策
2.1大江截流方案
　　葛洲坝大江截流工程是我国在长江于流上第一次进行的规模巨大的截流工程，采用单戗堤立堵截流方案。葛洲坝大江截流的成功经验说明，在我国主要通航河流上不宜采用栈桥平堵截流方案，因为栈桥平堵截流施工栈桥工期较长，且与通航矛盾较大，由于大容量的挖掘、运输设备的迅速发展，单戗堤立堵截流方案具有施工简单、快速、经济和与通航干扰小等优点，应优先采用。三峡工程在葛洲坝上游38km，水文和气象条件基本一样。三峡工程大江截流龙口水深达60m，合龙工程量大，抛投强度高，但合龙水力学指标(落差、流速)较葛洲坝大江截流小，其分流条件优于葛洲坝工程。对三峡工程大江截流方案设计研究比较了上游单戗堤立堵和浮桥平堵截流方案，浮桥平堵截流方案在上游截流战堤中部主河床部位350m宽口门的上游架设浮桥，由自卸汽车在浮桥上抛投料物直至戗堤出水合龙。该方案的优点是截流水力学指标优越，合龙工程量小，缺点是浮桥的结构、架设和运用中的技术问题尚不落实，且浮桥架桥时对通航有一定的影响，经综合分析比较，选用单戗堤立堵截流方案。后经进一步模型试验，专家多次审议和设计审查最终确定采用：“预平抛垫底，上游围堰单戗双向立堵进占、下游围堰尾随的截流方案”。
2.2导流明渠提前通航和明渠淤积问题
　　导流明渠是二期施工时的唯一泄水通道，同时也担负着施工期的通航任务，明渠设计泄洪导流标准为79000m3/s，通航标准则按长航船队20000m3/s以下、地航船队10000m3/s以下确保通航进行设计，10000～15000m3/s地航船队助航可通过。大量的水工模型试验成果表明，导流明渠的布置、 断面及混凝土纵向围堰体型等均由通航条件控制。
　　确保施工期通航，是三峡截流的一个关键技术问题，原设计计划1997年10月明渠通航。若能尽早实现明渠分流和通航、提前截流对工程施工将非常有利。根据导流明渠施工情况，变堰外段水下开挖为干地开挖，提前将堰外水下岩石挖出，一期土石围堰堰压部位明渠开挖也可在临时挡水子堰保护下干地提前施工，使导流明渠控制性进度提前，1997年5月导流明渠破堰分流进水。但是在汛期，由于主河槽仍是主要的过水通道，明渠分流量和流速都很小，大量泥沙沉积其中，使截流前的明渠过水断面仅为设计断面的57％～75％，淤积的泥沙主要分布在靠纵向围堰的明渠中及左侧的低渠部位，最大淤积深度达15m，由于明渠内淤积严重，1997年汛后开始预进占时，明渠分流比仅为30％，远低于设计明渠分流比，如不及时处理，将影响截流龙口进占的流速和落差等截流水力学指标，增加截流难度。为此，经过研究决策：根据长江实际来水量情况，在不影响通航的前提下，尽可能提前束窄战堤的口门，增加明渠的过流量和流速，以利冲淤。同时，研究万一淤积的泥沙不能冲走时应采取的对策措施。自9月中旬至10月12日，截流戗堤口门从汛前的460m宽束窄280m，据水下地形测量成果，明渠淤积并未有明显的改善，明渠分流比仍在31％～33％之间。10月14日 15日截流朗堤以较快的速度束窄，明渠分流比开始持续加大，至10月23日130m龙口形成时，分流比55.8％，仍低于设计和水工模型实验预测值15个百分点。23日～25日，戗堤停止进占，明渠分流比基本维持不变。对明渠实测流速和淤积物冲刷情况的对比分析表明，明渠淤积的泥沙粒径虽较细，但低渠左侧处于弯道凸岸，且有轻度板结现象，要使淤积的泥沙冲走，明渠内必需保持一定的流速和给予一定扰动，并有一个时间过程配合挖泥船扰动淤沙。明渠平均流速持续在1.40mfs以上时，渠内产生明显冲刷，随着龙口进占，于11月8日龙口最终合龙前夕，明渠过流断面已接近设计断面。从而确保大江截流顺利完成。

2.3大江截流上下游土石围堰平抛垫底决策
　　三峡大江截流主河床深槽段最大深度达60多米，为世界水电工程建设史上所罕见。为避免可能发生截流戗堤和堰体抛填过程中堤头坍塌现象，保证施工人员、机械的安全，减少截流时的抛投强度，经模型试验和堤头坍塌机理分析，采用平抛垫底抬高河床高程的措施，可明显减少堤头坍塌的机率，为大江截流创造良好的条件。结合平抛垫底，又调整防渗墙与戗堤轴线距离，减小围堰填筑工程量。根据模型实验成果，经专家多次审议和招标设计审查对平抛垫底形成如下决策意见：
　　(1)采用砂砾料和中小石平抛垫底，以解决戗堤进占时堤头坍塌问题。鉴于深槽段水深最大，预平抛范围应覆盖戗堤龙口段与整个深槽段，顺水流方向140m，沿战堤轴线方向180m；为减轻落淤和便于防渗墙施工，戗堤上游亦可用砂砾料平抛一定范围，平抛高程不低于40m，并力争达到45m以上。以削减截流后围堰填筑高峰强度。
　　(2)为便于抛投、减轻落淤，预平抛宜分两阶段施工。第一阶段可安排在1997年汛前平抛至高程30～35m，第二阶段于汛后截流前平抛至最终高程。平抛宜采用底开驳船抛投。
　　(3)龙口河床平抛垫底度汛防冲措施：龙口位于河床深槽部位，在截流戗堤范围平抛石碴及块石料，其上游侧的堰体防渗墙范围平抛砂砾石料。1：100水工模型试验表明，当20年一遇洪水流量72300m3/s时，戗堤平抛垫底至40m高程处的流速为2.77～3.42m/s，平抛垫底的砂砾料产生冲刷。后调整为在找堤部位平抛垫底至40m高程，其上游侧堰体范围平抛砂砾石料高程降低至35～37m高程，形成高低坎机构型式。堰体砂砾范围流速降低至2.82～2.96m/s，戗堤部位平抛石碴块石体处的流速为3.5～4.0m/s，可有效地减少平抛垫底砂砾石料的冲刷量。在施工中高程35m至40m范围内平抛粒径大于0.4m的块石料，有效地防止汛期遭受洪水冲刷。三峡大江截流深槽面貌及平抛垫底。
3 二期围堰防渗关键性技术和决策
3.1二期围堰防渗型式及决策
　　二期围堰防渗型式曾经过可行性论证阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和招标设计阶段多种方案的比较优化和不断完善。由于三峡坝区及附近防渗土料十分缺乏，不适于采用粘土防渗，故混凝土防渗心墙是堰体防渗的基本研究方案。由于防渗墙可能的最大深度将达70～90m，堰体又主要是水下抛填的松散风化砂，防渗墙的结构安全是研究的主要问题。结合深水抛填风化砂特性的研究，比较研究了多种组合方案：(1)防渗墙结构平面布置的单排墙或双排墙方案；(2)防渗墙结构立面布置的高墙或低墙方案；(3)防渗墙墙体材料性质的塑性混凝土或刚性混凝土方案；(4)墙体厚度由0.8～1.2m的不同厚度方案。根据研究成果，围堰防渗采用塑性混凝土防渗墙下接帐幕灌浆，墙上接防渗土工膜方案，上游围堰在防渗墙深度超过40m的深槽段加设第二道防渗墙，间距6m，墙厚1.0m和0.8m，最大深度74m。下游围堰深槽段相应部位加设一道高压旋喷桩柱连续墙。在施工阶段，根据防渗施工专家的咨询意见和考虑到施工承包单位高喷设备性能和数量难以满足设计要求的具体情况，取消该部位的高喷墙。将下游防渗墙的厚度由原1.0m增加为1.1m的方案实施。
3.2防渗墙柔性材料的研究
　　二期深水高土石围堰，最大堰高82.5m，围堰防渗心墙材料选用了塑性混凝土。由于其强度低，弹性模量较小，柔韧性好，用于填筑围堰的材料除部分块石外，主要是花岗岩风化沙料，由此而抛填的围堰堰体密度，尤其是水下部分的密度较低，防渗墙体的扰度较大。为了适应墙体的较大变形以及适应较大的水平推力，墙体材料必须有较高的强度和较好的柔韧性。鉴于二期围堰的重要性以及国内外工程中所用的塑性混凝土防渗墙指标不能满足三峡二期围堰的要求，在国家“七五”、“八五”科技攻关项目中安排了塑性混凝土防渗墙的研制和配合比的优选研究工作。为配合现场施工，又进行了施工配合比的完善工作，并作为二期围堰右岸接头段塑性混凝土防渗墙现场生产性配合比，为主体部分塑性混凝土防渗墙的浇筑作实战准备。
柔性材料主要由水泥、粘土(或膨润土)和风化沙组成。以当地风化沙(或河沙)作骨料形成三组分柔性材料作为围堰防渗材料是一项创新。与同类材料相比，原材料组分少，可就地取材，防渗效果好，和易性好，施工方便，拆除简单，造价低廉，并具有“高强低弹”的特点。
4 1998年汛期上游围堰防渗墙变形的原因分析
　　1998年6月22日，二期围堰堰顶达到临时度汛高程，防渗墙单封闭，6月25日基坑开始限制性抽水。6月29日长江形成第1次洪峰，围堰进入边施工、边运行、边度汛阶段，经过研究确定，当流量小于65000m3/s时，上游围堰第二道墙照常施工，当流量大于65000m3/s时，进入抢险状态。从而保证了8月6日，上游围堰第二道防渗墙完工。6月末至9月初，长江出现8次大洪峰，但围堰运行正常，未出现险情。9月12日，基坑按计划抽干。围堰渗水量约50L/s，远低于设计预测值600L/s。截至1999年2月围堰内部变形观测资料表明，围堰最大挡水水头63m，防渗墙最大压应力1.4MPa，最大拉应力0.045MPa，均在墙体材料允许范围内。上游围堰第一道防渗墙最大变位达580mm，超过设计值，其原因是由于第一道墙(上游)初期运行挡水时，第二道墙(下游)槽孔正在施工中，二道墙槽孔形成了临空面，减小了第一道墙的下游抗力，同时第一道墙上游侧填筑挡水子堰，增加了侧压力，但其变形曲线光滑，无明显错位，运行状况正常。
5 结论
　　三峡大江截流和二期围堰施工是一高难度的工程项目，创造了多项世界记录。用不到一年的时间，在长江深水中筑起两道横断长江的土石大坝，施工难度极大。二期围堰已接受了去年八次洪峰的考验。基坑渗水量仅为50L/s，远低于设计预测值，取得了三峡工程建设的阶段性胜利。但是二期围堰还没有经受设计洪水的考验，考虑三峡工程二期围堰的重要性和使用时间长，决不能掉以轻心。要加强二期围堰的原型监测工作，尤其是做好防渗墙变形的反馈分析，及时掌握围堰的浸润线和渗漏状况，以确保二期围堰的安全运行。

大流量截流及深水围堰关键技术问题
1 大流量深水河道截流
　　葛洲坝工程大江截流是长江干流上首次截流，设计流量7300～5200m3/s。龙口水深10～12m，合龙抛投料数量22.8万m。大江截流水深、流量大，且二江分流导渠及泄水闸底板比龙口河床高7m，截流难度较大，其规模和主要技术指标在当时国内江河截流中前所未有，在国外水电工程中亦属罕见。设计上通过大量水工模型试验研究和分析计算，选用上游围堰戗堤双向进占立堵堵截流。下游围堰戗堤尾随进占，不承担落差的截流方案。并采取多项降低截流难度的技术措施，确保了截流工程的胜利实施，实际激流流量4800～4400m3/s，最终落差3．23m，合龙仅用36h，创单戗堤立堵截流抛投强度7.2万m3的纪录。

　　三峡工程坝址位于葛洲坝水库内，大江截流技术在葛洲坝工程经验基础上有较大发展，截流最大水深达60m，居世界首位。截流设计流量14000～19000m3/s；实际截流流量11600～8480m3/s，居世界截流工程之冠，截流施工与航运关系密切，截流合龙时机必须顾及明渠通航水流条件，不允许造成长河航运中断，截流河床地形地质条件复杂，花岗岩质河床上部为全强风化层，其上覆盖有砂卵石、残积块冰体、淤砂层，葛洲坝水层新淤砂在深槽处厚5～10m，深槽左侧呈陡峭岩壁，这都对戗堤进占安全十分不利。截流戗提抛投料199.65万m3，龙口宽130，抛投量20.84万m3，截流工程规模大，工期紧、施工强度高。三峡工程大江截流与葛洲坝工程大江截流相同，采用立堵截流方案。设计上针对三峡工程截流水深，戗堤抛投进占过程中出现堤头坍塌等问题，进行物理模型试验研究并辅以理论分析及数学模型计算，结果表明，堤头坍塌生成因素复杂，其中流速和抛投料不相适应是造成坍塌的主要原因，而水深大（即戗堤高）是影响坍塌规模的最主要因素，在大江截流合龙过程中，借鉴葛洲坝工程大江截流水下抛投护底结构的经验，采用龙口河槽预平抛垫底、减小龙口水深的技术措施，并辅以优选戗堤堤头进占方式及抛投方法等安全保障措施，防止了截流戗堤堤头坍塌事故的发生，效果良好。

　　葛洲坝工程大江截流龙口段河床采用预平抛30t重钢架块石笼和25t重预制块拦石坎护底。三峡工程大江截流龙口段河床实施预平抛垫底方案时，为解决石渣料及砂砾石料在深水动水中抛投时的到位成型及漂移特性问题，设计在总结葛洲坝工程大江截流预平抛施工实践经验的基础上，结合工程实际开展了系列试验研究，并通过实船抛投试验，取得了用以指导水下抛投的水力要素和施工参数，从而使龙口段河床平抛的砂砾石料及块石石渣料到位成型较好，并经受了汛期大流量的冲刷考验、平抛垫底施工是成功的。

　　针对三峡工程大江截流施工期的通航问题，设计上运用通航水力学及船模试验，深入研究了明渠和截流戗堤口门区通航水流条件，通过对截流施工程序优化，提出了满足通航要求的最佳截流戗堤进占施工方案，保证了大江截流施工期间长河航运的畅通。

　　三峡工程大江截流设计和实施中，如同葛洲坝工程大江截流一样，十分重视将截流水力学计算、水工模型试验、水文预报和原型水文观测工作紧密结合，互为补充，保证截流方案的合理性和可靠性，并有效地指导截流施工。建设单位正确地选择截流合龙时段，科学地建立施工组织和指挥系统，精细地制订施工技术方案，有效地组织施工，创造了截流戗堤进占日抛投强度19.4万m3的世界纪录，安全、优质、顺利地实现大江截流龙口合龙。

2深水围堰
　　葛洲坝工程大江上游围堰轴线长895m，最大高度50m，围堰下部1/2堰体需采用水下抛填施工，堰基砂砾石及淤砂覆盖层厚度0～10m，最厚达21m。围堰型式采用两侧石渣块石堤及中部砂砾石堰体、双排混凝土防渗心墙结构，防渗墙底嵌入基岩1m，其底部透水岩体进行防渗帷幕灌浆处理(见图1)。围堰填料274万m3，防渗墙截水面积6.2万m2。设计上研究解决了在水下砂砾石料堰体中建造双排混凝土防渗墙的力学机理和联合作用问题及造孔成槽施工技术问题。围堰建成后即挡高水位运行5年，实测资料表明，围堰防渗效果显著。

　　三峡工程二期上、下游围堰是在葛洲坝水库内修筑的围堰，最大水深达60 m，堰体80%填料需水下施工，是当今世界上规模最大的深水围堰。二期上游围堰轴线全长1 076 m，围堰最大高度82.5 m，防渗墙最大高度74 m。堰体填料589.9万m3，防渗截水面积8.21万m2(其中混凝土防渗墙截水面积4.49万m2)。拦蓄洪水总量20亿m3，实属在长江上修筑的一座大型土石坝。围堰施工工期紧，要求在大江截流后6个月时间将堰体填筑到度汛高程83.5m，以确保围堰安全度汛，月最高填筑强度达200万m3，施工强度高，难度大、技术复杂，且为背水一战，使其成为三峡工程建设中重大技术难题之一。围堰基础覆盖层为冲积粉细砂和砂砾石层，厚度7～15 m，最厚22m，上部为葛洲坝水库蓄水后的淤砂层，厚6～10 m，最厚16 m，下部为砂砾石层厚3～10m。基岩为闪云斜长花岗岩。参照葛洲坝工程大江上、下游围堰的实践经验，其围堰型式采用两侧石渣块石堤及中部风化砂堰体、混凝土防渗墙上接土工合成材料防渗心墙结构。位于河床深槽部位堰体中部设置双排混凝土防渗墙，两墙中心间距6m，墙厚1m，墙顶高程73m，上接土工合成材料至高程86.2m，防渗墙底嵌入弱风化岩体1m，对墙体底部透水岩体进行防渗帷幕灌浆处理(见图2)。围堰基础淤砂层属中密状态的细砂，设计采取综合措施处理：(1)在堰体背水坡脚平抛砂砾石料，加载提高淤砂强度，同时兼作过渡反滤料，以利堰基渗透稳定，防止在渗流作用下淤砂流失；在堰体迎水坡脚范围平抛石渣料，加载提高淤砂强度，并可防止淤砂液化。(2)限制基坑抽水下降速度不超过1.0 m/d，随背水侧堰坡脚范围淤砂层出露，及时挖除淤砂并立即做好反滤、围封及盖重。(3)严格控制混凝土防渗墙施工质量，防止墙体存在施工缺陷形成集中漏水通道而引起堰基淤砂渗透破坏。

　　三峡工程二期上游围堰堰顶高程88.5 m，堰体中部69 m高程以上风化砂为干地填筑分层碾压施工，以下为水下抛填的风化砂，采用振冲加密措施。施工中采用75KW和全液压驱动变频150 kW大功率振冲器，振冲孔孔距为2.0～2.5 m，最大振冲深度达30 m。经振冲加密后，水下抛填的风化砂干密度可达1.8 t/m3，变形模量提高40%～100%。堰体中部40 m高程以下为水下平抛砂砾石料，干密度可达1.95 t/m3，以上综合措施可提高深水抛填堰体料的密实度，有利于减小堰体及防渗墙体变形。鉴于堰体深水抛填风化砂料的密实度较低，且堰基存在淤砂层，致使堰体变形及防渗墙体的挠度较大。为适应防渗墙体的较大变形和减小墙体应力，设计上对防渗墙体材料进行了大量试验研究，选用强度较高、且具有较好柔韧性能的柔(塑)性材料，柔性材料由水泥、膨润土、风化砂组成，塑性混凝土由水泥、膨润土、砂、粒径0.5～2 cm小石组成。围堰防渗墙创造性地采用风化砂、花岗岩石屑与水泥、膨润土组成的柔(塑)性墙体材料修建的高达74m防渗墙，施工及运行实践证明防渗墙结构安全可靠。

　　二期上游围堰基础地质条件复杂，防渗墙造孔成槽难度很大。中国三峡总公司引进国外液压抓斗、液压铣槽机等先进设备。施工单位采用优质泥浆固壁，对严重漏失地层采用预灌浓浆、槽内投置堵漏材料、分层冲击堵漏效果较好。通过施工试验，选用“两钻一抓(铣)”、“二钻三抓(铣)”、“铣、抓、钻、爆、砸”成槽工艺，适应围堰地层复杂和工期紧迫的特点，充分发挥多种机械设备特点，并取得成功。围堰防渗墙底透水岩体帷幕灌浆采用墙体内预埋管成孔，最大埋管深度达73 m，预埋钢管管径114 mm，钢管采用钢筋网架固定，孔口及底部和每隔9～13 m设一固定框架。预埋灌浆管合格率高达99%。以上均成功地解决了复杂地层，高防渗墙底帷幕灌浆的成孔问题，并推动施工技术创新发展。

　　三峡工程二期上游围堰建成后经过4年的运行考验，堰体及防渗墙变形值均小于计算值，围堰渗水量仅为10 L/s，表明防渗效果显著。

四楼的哥们儿。很不错吧 找了这么多。辛苦啦

堵截河水迫使其流向预定通道的工程措施。向流水中抛投料物填筑戗堤的工作称进占。两岸进占后预留的河道泄流口门称龙口。为防止龙口河床和戗堤端部被冲刷毁坏，需要对龙口范围内进行防冲加固。闭合龙口，最终拦断水流的过程称合龙。合龙后在戗堤迎水面采取防渗措施封堵渗漏通道称闭气。截流是水利工程施工中的关键项目，有一定风险 ，需周密计划、充分准备，要有足够的抛投强度和现场统一指挥。中国历史上，利用土石、秸料、柳枝等当地材料进行堤防堵口及截流，具有丰富的经验。现代截流工程多使用大块石和混凝土异形体等材料，利用大型自卸汽车及推土机施工。截流抛投方式可分立堵、平堵和平立堵。立堵是由龙口一端向另一端或从两端向龙口同时抛投进占，逐渐束窄龙口直至合龙。施工较简单，但龙口单宽流量大、流速高，场地狭窄，抛投强度受限制，难度较大。因此，也可采用上下游双戗或多戗堤进占的立堵方式，使落差分散，减少截流难度。平堵是在龙口架设浮桥、栈桥或其他跨河设施，沿龙口全线逐层均匀抛投料物，直至戗堤露出水面。其水力学条件较好，料物重量较小，施工场面宽阔，抛投强度高，但投资多，准备工作量大。平立堵是二者的结合，先立堵、后架桥平堵。中国至今为止截流规模最大的是长江葛洲坝水利枢纽于1981年1月进行的大江截流，截流流量4800米3／秒，最大落差3.23米，最大流速7米／秒，日最大抛投强度7.2万米3，截流历时36小时23分。

施工导流

在水域内修建水利工程的过程中，为创造干地施工条件，用围堰围护基坑，将河水通过预定方式导向下游的工程措施。导流方案的选定关系到整个工程施工的工期、质量、造价和安全度汛，事先要有周密设计，施工要像对待主体工程那样重视。导流方式分河床外导流与河床内导流。前者用围堰一次拦断整个河床，河水通过河床外的导流泄水建筑物导向下游；后者用围堰先后分段围护部分河床，河水通过被束窄的另一部分河床导走，即分期导流。按泄水建筑物类型分，有明渠导流、涵洞或隧洞导流，以及坝体底孔、梳齿或缺口过流等导流方式。涵洞导流多用于中小型水闸、土石坝等工程，底孔导流用于混凝土坝施工。梳齿导流则是在混凝土坝施工时预留梳齿状缺口过水，随坝体升高，分级轮换封堵缺口。

巴东水布垭水利枢纽导流隧洞进出口围堰施工技术
摘要：针对清江河水流陡涨陡落、河床狭窄、地质条件差的情况，描述了导流隧洞进、出口围堰轴线布置及基础处理设计与施工过程中的施工技术措施。
关键词：导流隧洞进出口围堰 施工措施 水布垭工程
1工程概况
导流隧洞是清江水布垭水利枢纽的重要临时建筑物，共有两条隧洞，布置在左岸，由进口明渠段（含进水塔、喇叭口）、洞身段、出口明渠段（含消力池）组成。进口底板高程为198m，出口底板高程为195m。
进口明渠全长86.199m（含进水塔长10m及喇叭口长15.5m），底板高程为195~198m。隧洞进口明渠与河床呈52°交角，设两个岸塔式进水口，进水塔顶高程240m米，每个闸室分为两孔，单孔过流尺寸为7.45×15.72m，中间墩厚4m，过流孔口由两个矩形断面渐变至一孔斜墙马蹄形断面（洞身段）。施工内容有进口高边坡及引水渠、进水塔、渐变段土石方开挖，混凝土浇筑、喷锚支护、固结灌浆、闸门金结安装等，除高边坡高程250m以上边坡开挖、支护施工以外，其他部位均要在围堰的保护下进行施工。
隧洞出口位于溢洪道泄槽段正下方，两条隧洞出口共用一个消力池，池中心线长60m，宽63m，底板高程191m。出口工程主要包括出口段正面边坡、侧面边坡、消力池的开挖、溢洪道泄槽段部分开挖、防淘墙明挖、洞挖工程和相应部位的混凝土工程及闸门安装。出口段上述部位除高程230以上高边坡开挖、支护以外，其余均要在出口围堰的保护下进行土石方开挖和混凝土施工。
进、出口围堰由施工单位自行设计和施工，属总价承包项目。这样施工单位就希望两条围堰的轴线长度在包络整个施工部位的同时，还要尽可能的短；围堰结构尺寸既要满足自身抗倾覆、抗滑、抗剪要求，又要经济合理。
导流隧洞进出口围堰设计洪水标准为20%，进口全年挡水水位219m。
2 水文、地质
清江处于鄂西暴雨区，水量充沛，多年平均降水量约1500mm，降水量年内分配不均，雨季4~9月降水量占全年的75~78%，其中5~8月降水量占全年的50~55%，7月雨量最多为200~300mm，冬季雨量较少，一般在20~30mm。每年6～9月为主汛期，洪峰陡涨陡落，11～4月为枯水期，多年平均流量299m3/s，实测最小流量26m3/s。
坝址全年10%、5%频率最大瞬时流量分别为9480m3/s，10800m3/s，3.3%频率最大瞬时流量11600 m3/s，0.5%频率最大瞬时流量14900 m3/s，0.2%频率最大瞬时流量16500 m3/s，11～4月时段，5%频率最大瞬时流量3960 m3/s。
导流洞进口一带，地下水位在198～200m左右，暴雨时抬高至215～220m。
导流隧洞进口围堰布置在明渠外岸坡地带，建基岩主要为栖霞组第9段硬岩，岩石条件较好。但岸坡一带其卸荷程度相对较高。进水塔建基岩体亦为栖霞组第9段硬岩，虽然岩体条件较好，但在2#导流洞口一带下伏厚度太薄，仅2.35m。围堰基础为瓦块状岩石，岩石倒悬。
从钻孔综合地质柱状图来看，出口围堰大部分基础座落在崩塌体上，崩塌体由大块石夹碎石、砂砾松散体组成，靠河床侧崩塌体厚达7.5m，靠山体侧厚在1.3~1.0m之间。出口围堰地质条件较进口围堰的要差得多。
3导流隧洞进口围堰设计
3.1导流标准选择
由于进口围堰设计为全年挡水围堰，故选择全年20%频率最大瞬时流量8040m3/s，相应的坝址水位高程215.6m，根据当前实测的流量Q=250m3/s对应理论水位高程199m，而实际高程203.2m，河道水位壅高4.2m，风浪爬高1.4m，按规范要求混凝土围堰安全超高0.3m，故上游导流隧洞进口围堰堰顶高程最终定为221.5m。
3.2 围堰结构型式
进口围堰为全年挡水围堰，要渡2002年汛期，再者导流洞进口位置相对出口段更为狭小，经过各种方案比较，采用混凝土重力式结构形式。
根据导流隧洞进口位置地质情况，围堰轴线位置覆盖层较薄，围堰沿轴线长度160.5m，基础最低岩石出露高程约201.0m，最大堰高20.5m，堰底最大宽度12.4m，堰顶宽2.0m，外侧垂直，内侧为1：0.70的坡度，进口围堰布置详见附图1。围堰每20m左右设横缝，1.0cm厚泡沫板分缝，塑料止水带止水。围堰基础进行防渗灌浆处理，灌浆施工平台根据地形条件确定，保证有3.0m盖重，选定W1~W2、W3~W4段高程209m，W2~W3段高程204.0m。在W2~W3段预留8米宽缺口，作为基坑开挖交通道路用，汛期前将其封堵。

4导流隧洞出口围堰设计
4.1导流时段选择
导流隧洞出口段分四个导流设计时段，2001年2月至9月，利用天然河床导流；2001年10月至2002年4月围堰挡水，束窄河床导流；2002年4月至9月，叠梁门挡水，基坑进水，河床导流；2002年10月基坑抽水，叠梁门拆除，随后拆除围堰，河床全断面导流。
4.2导流标准选择
导流隧洞是水布垭枢纽的重要临时建筑物之一，使用期为5年，为Ⅳ级临时建筑物；出口围堰为Ⅴ级临时建筑物。
按水利水电工程施工组织设计规范（SDJ338-89）要求：对于Ⅴ级临时建筑物，当采用混凝土围堰时，洪水重现期选择5～3年。由于出口围堰设计选择有效时段为2001年10月份至2002年4月底，避开了洪水时段施工，故选择11月～4月份5年洪水重现期，即20％频率最大瞬时流量为2640m3/s，相应的坝址水位为高程206.1m，考虑到河道淤塞水位壅高及围堰形成后水位抬高1.2m，风浪爬高1.4m，按规范要求混凝土围堰安全超高0.3m，故下游导流隧洞出口围堰堰顶高程最终定为高程209.0m。
4.3 出口围堰布置与结构设计
（1）围堰轴线布置原则
出口围堰轴线位置的选择根据清江河道地势狭窄，汛期洪水陡涨陡落的水情以及导流隧洞出口结构特性，既要满足消力池底板、左右边墙和右导墙及防淘墙槽挖和浇筑混凝土施工这个前提，又要保证清江河床汛期过流断面；而且还要经济上节约，技术上可行，围堰沿轴线方向长度171.65m。
（2）围堰结构设计
由于导流隧洞进出口布置受河床地质限制，若是采用土石围堰，则围堰断面尺寸大，河床束窄过多，河床水位抬高，围堰高度和断面都要增加，不经济。经多方比较决定选用混凝土围堰。
围堰为重力式坝型，斜面坡比为1:0.61，堰底最大宽度8.0m，堰顶宽2.0m，外侧垂直，内侧为1：0.61的坡度。围堰结构水下部分为二级配混凝土，标号R28C20，水上部分为三级配片石混凝土，标号为R28C15，片石掺量不大于混凝土总量的25%。围堰20m左右设横缝一道，采用1.0cm厚泡沫板分缝，分缝处用塑料止水带止水。

5 出口围堰基础防渗灌浆
5.1防渗灌浆的设计
根据围堰轴线地层情况，为减少围堰基础渗水。围堰基础采用固结灌浆和帷幕灌浆的方式进行了防渗处理。
灌浆范围选择在围堰轴线范围内，灌浆轴线长171.65m。灌浆孔布置三排，中间一排为帷幕灌浆孔，布置在围堰轴线外侧2m处。由于防淘墙开挖最低高程在173m，所以帷幕灌浆先导孔孔底高程173m，帷幕灌浆底线高程为178m。固结灌浆设二排孔，第一、三排为固结灌浆孔。孔距2.5m，排距为3m,共176个孔，固结灌浆底线高程为189m。施工平台Ñ203m。后因防渗效果不理想，又进行了二次防渗帷幕灌浆，在围堰内侧增设支挡连续墙，墙体采用仰斜重力式墙高2~8m，顶宽3.61m，墙背坡度为1：0.3，墙面坡度为1：0.5。
5.2固结防渗灌浆施工
沿围堰轴线方向布置了两排固结灌浆孔,第一排即靠围堰外侧的一排共布置了62个固结灌浆孔，第二排靠围堰内侧共布置了60个固结灌浆孔，孔深11~15.6m，灌浆施工混凝土平台高程为203m。灌浆压力在0.3~0.5MPa之间，最终吸浆量在0.2~0.4L/min。灌浆材料：普硅32.5级水泥、砂、氯化钙、水玻璃。注入水泥746.5t，砂183.1t，水玻璃201Kg，氯化钙9303.4Kg，单位注入量水泥854.6Kg/m，砂208.65Kg/m，灌浆过程中未出现异常情况。
5.3一期防渗帷幕灌浆施工
在两排固结灌浆孔中间布置了一条防渗帷幕，共钻孔67个，孔口高程在203m，孔深一般在16m，最大孔深达29.8m，孔底高程最低处在173.2m，灌浆压力0.4~0.8MPa，吸浆量在0.2~0.4L/min。灌浆材料：普硅32.5级水泥、砂，注入水泥301.1t，砂209.6t，单位注入量水泥388.35 Kg/m，砂27.04 Kg/m，灌浆过程中未出现异常情况。
5.4灌浆效果及二次防渗帷幕灌浆施工
出口围堰在进行第一次防渗帷幕灌浆后，堰内渗水依然较大。从布置的9个检查孔的检查结果来看，通过固结和帷幕灌浆后对覆盖层防渗堵漏效果还算比较理想，但对基岩层的防渗效果却不够理想，穿过基岩段较厚的两个孔，渗漏量较大，用1：1水泥浆压浆漏浆量在50~60L/min之间，全孔压水检查漏量在40~60L/min，防淘墙的开挖由于槽内渗水严重而无法施工。对9个检查孔均采用全孔灌浆用1：1水泥浆，注入水泥20.0t。
于是采取二次灌浆施工措施。增加了16个帷幕灌浆孔灌浆平台是沿围堰内侧施工一混凝土连续墙，墙体采用仰斜式。帷幕孔沿平台顶距离围堰墙体0.5m处布置。孔口高程192.5~170.3m不等，灌浆最终压力在0.27~0.67MPa，最终吸浆量0.1~0.2L/min。注入C32.5水泥141.2t，单位注入量为414.18Kg/m,消耗水玻璃220Kg。
经二次帷幕灌浆以后，堰内渗水基本控制住了，施工部位设集水坑，以小型潜水泵即可确保混凝土浇筑基岩仓面无水。
6出口围堰堰体施工
6.1围堰基础开挖
围堰基础开挖采用长臂反铲反复清挖直至回水返清，从围堰开挖后测得的地形情况分析，围堰基础大部分位于高程197.0m左右，最低高程195.43m，围堰断面基础成不规则“V”字形。
6.2堰体混凝土施工
堰体混凝土浇筑分三期进行，高程198m以下水下混凝土浇筑为一期浇筑，高程198.0~203.0m为二期浇筑，待防渗灌浆施工完毕后进行高程203.0m以上的三期浇筑。
（1）堰体水下混凝土浇筑
根据出口围堰的布置位置及结构特点，结合目前清江水布垭坝址水位情况，水下混凝土最先施工。高程198m以下水下混凝土浇筑，主要分布在W2~W3间和W3~W4间一部分，按清挖出一段浇筑一段的程序，段与段之间连续浇筑。混凝土浇筑前，采用单层编织袋装细石碴料按结构尺寸进行码放，作为简易模板。水下混凝土为R28 200#，二级配。混凝土入仓浇筑时，先从W2点附近部位开始，采取端进法逐渐向另一端推移，16t自卸车直接入仓，用混凝土赶水。
（2）堰体水上片石混凝土施工
围堰高程198.0m以上水上部分，水上混凝土分两部分浇筑，混凝土浇筑至Ñ203.0m，作为防渗灌浆施工平台。待灌浆施工完毕后，再进行高程203.0m以上的混凝土浇筑。混凝土入仓采用自卸车运输，反铲入仓，清洗后的块石采用反铲辅以人工均匀投放在混凝土仓内。
因导流隧洞出口叠梁门在2002年10月份拆除，拆除时需将基坑内水排干，为了减少基坑一次性抽排水量，在围堰高程205.0m高程预埋两根φ400mm排水钢管，钢管出口各安装一个手动闸阀。
出口围堰于2001年10月3日开工，期间进行的固结灌浆在2001年10月25日开始，于2001年11月29日结束，一期帷幕灌浆于2001年11月9日开始，于2001年11月30日结束，第二期灌浆在2002年1月3日开始，于2002年2月8日结束，于2002年3月15日混凝土完工，围堰形成。
6.3汛期围堰堰体加固措施
围堰在运行其间由于堰体外侧基础遭遇洪水冲刷，做了三次加固处理。
2002年2月20日清江上游连降暴雨，河水陡涨，围堰W2点附近冲刷严重，因此在围堰W2点上游8m至点下游7m计15m范围内码放钢筋石笼护脚。尺寸为1´1´3m钢筋石笼，采用F20mm钢筋做主筋，F16mm钢筋做副筋。
2002年4月10日清江河再次涨水，造成W3点以上15m范围围堰基础冲刷严重，按上述同样方法码放钢筋石笼。
2002年6月3日清江河又一次降大雨，河水陡涨，上两次码放的钢筋石笼下沉，为确保围堰安全，又一次将W2点上游钢筋石笼延长了8m，这一次将W2-W3外侧码放的钢筋石笼,将笼与笼之间用钢筋焊接连成整体，并在W2点附近冲刷最严重的20m范围钢筋笼顶部浇筑盖重钢筋混凝土，标号为C15，厚度1m，宽5m，布置F16mm钢筋网。最后又在外侧抛投大块石护底。
结束语：水布垭导流隧洞进出口过流工程已于2002年10月10日以前按合同工期完工，主体工程于2002年10月26日顺利截流。导流隧洞进出围堰的设计是可行的，运行是可靠的，确保了导流隧洞进出口工程按期完工。