明渠截流與土石圍堰工程施工關(guān)鍵技術(shù)

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三期上、下游土石圍堰分別為Ⅳ、Ⅲ級臨時建筑物，圍堰頂高程分別為83.0m、81.5m，圍堰軸線全長分別為441.28m、447.45m，頂寬15m。圍堰主要由風化砂、反濾料、石渣、石渣混合料和塊石填筑而成。上下游圍堰填筑工程量分別為154.59萬m3、169.94萬m3。圍堰防滲采用高壓旋噴灌漿上接土石合成材料心墻型式，高壓旋噴墻上游為單排，下游雙排，上下游墻厚分別為0.8m、1.0m，上下游高壓旋噴墻面積分別為1.02m2、0.99m2,高壓旋噴防滲墻下部設(shè)帷幕灌漿鉆灌至巖體透水率q≤50lu止。三期導流明渠截流，采用雙戧雙向立堵截流方式，截流合攏時段選在2002年11月下半月，截流設(shè)計流量為10300m3/s，相應截流總落差為4.11m。上、下游截流龍口寬分別為150m和125m，上、下游龍口部位均設(shè)置墊底加糙攔石坎。
    1、三期截流與土石圍堰工程關(guān)鍵技術(shù)的主要內(nèi)容 
    1.1 料源平衡與備料量的確定 
    供三期截流和圍堰填筑施工的料場有18個，分布在導流明渠左、右側(cè)，需要根據(jù)工程進展，對各料場料源的調(diào)用做好規(guī)劃。規(guī)劃既要滿足導流明渠截流進占強度與拋投料種類和規(guī)格，并留有余地，又要滿足土石圍堰填筑的施工進度要求；因此要求其運輸距離最短、耗用時間最少。 
    1.2 墊底加糙攔石坎施工與安全通航 
    明渠截流進占前需進行水下墊底加糙攔石坎施工，上游拋投25t重的鋼架石籠，下游拋投8t重的合金鋼網(wǎng)石兜。拋石加糙施工于2002年9月下旬開始，在2000年11月1日明渠斷航前的通航條件下進行，這樣勢必增大加糙攔石坎水上作業(yè)難度。 
    1.3 安全進占與龍口段施工 
    三峽工程大江截流非龍口段和龍口段施工中，多次發(fā)生堤頭塌滑，且范圍大，由于采取了綜合性防止堤頭塌滑事故的措施，未造成任何安全事故。三期圍堰施工水深達22-24m，且流速大，需在借鑒三峽大江截流成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，采取各種措施進行堤頭防護，確保安全進占。 
    三期截流采用雙戧立堵截流方案，上游雙向進占，下游單向從右端進占，按上游戧堤承擔2/3落差，下游戧堤承擔1/3落差控制上、下游口門進占寬度，嚴格同步控制。上下游戧堤進占的口門寬度是達到分擔截流落差的關(guān)鍵，實施中雙戧進占適時配合難度很大，涉及信息、決策、指揮、反饋等諸方面的組織管理和技術(shù)手段，加大了截流施工組織和協(xié)調(diào)難度。 
    1.4 上、下游圍堰防滲工程快速施工 
    三期上、下游土石圍堰要實現(xiàn)2002年12月20日閉氣目標，必須在1個月左右完成2.01萬m2的高壓旋噴防滲墻和0.3萬m的帷幕灌漿施工。高壓旋噴墻施工強度在同類工程中沒有先例，其最大深度達35.5m，在同類工程中最深實例僅22m；且上游圍堰為單排墻，堰體填筑水下風化砂限于工期固結(jié)時間短，要在滿足質(zhì)量要求前提下，保證施工進度是該項目的重點。其機具選型、施工工藝選擇都必須慎重考慮。 
    2、主要施工措施及對策 
    2.1 合理進行料源的時空平衡 
    為確保施工強度，節(jié)省運距，基本按“上游備料運至上游圍堰，下游備料運至下游圍堰”的原則進行平衡，并盡量利用現(xiàn)有備料，減少新開采備料量。將各堤頭需要的各種填料細化到每一天，每一個料場。確定備料量時，根據(jù)不同的料種在不同填筑部位的流失情況，備料轉(zhuǎn)運的損失情況，堰體填料壓實方與堆存松散方的比例關(guān)系，采用不同的備料系數(shù)。堰體填筑部分考慮10%損耗量，非龍口段考慮10%流失量，龍口段考慮20%流失量，在充分考慮截流風險的前提下，戧堤備料系數(shù)取1.8，四面體為2.0，堰體填筑料取值1.3-1.5。 
    2.2 確保墊底加糙攔石坎施工質(zhì)量 
    9月下旬進場開始進行拋投試驗，包括鋼架石籠、合金鋼網(wǎng)石兜吊拋物在不同流量、流速等情況下的漂距參數(shù)、流失損耗等項目。拋投試驗時，上游用抓斗船定位，GPS定位系統(tǒng)配合定點吊拋鋼架石籠，下游用鏈斗船定位，拖輪拖底開駁投合金鋼網(wǎng)石兜。定位船的水下錨，均設(shè)有水深4m以下的壓纜裝置，便于航行安全。試驗完成后，10月11日開始從左向右施工，10月25日前上、下龍口段加糙攔石坎施工完畢。 
    2.3 確保龍口段拋投強度 
    2.3.1 設(shè)備選型 
    優(yōu)先選用大容量、高效率、機動性好的設(shè)備。挖裝主要選用4-9.6m3的挖掘設(shè)備及9.6m3以上的裝載機，特大石、大石選用1.8m3反鏟和H135正鏟挖裝，鋼架石籠、合金鋼網(wǎng)石兜、混凝土四面體選用16t、40t的汽車吊吊裝。運輸主要選用45-85t的大型載重自卸汽車，上游左岸截流基地則因場地限制，采用20-32t的自卸汽車，鋼架石籠、混凝土四面體采用32t經(jīng)過改裝的自卸汽車。推運主要選用大馬力的推土機。 
    2.3.2 拋投演習 
    在上、下游戧堤非龍口段進占過程中，選擇適當時機，按截流高峰強度模擬組織實戰(zhàn)拋投演習，以檢查機械設(shè)備、運輸車輛、道路通行能力、交通指揮、通訊聯(lián)絡(luò)、施工組織、現(xiàn)場指揮、戧堤進占速度和安全保障措施等。 
    2.3.3 戧堤堤頭車輛行駛線路布置 
    預先做好截流拋投車輛行車線路規(guī)劃。拋投車輛在戧堤堤頭分成三路縱隊，其中靠上游側(cè)一路，下游側(cè)一路，中間留一條空車退場道。堤頭線路布置共分為三個區(qū)：拋投區(qū)長10-20m，編隊區(qū)長20-25m和回車區(qū)。為減少倒車距離，加快拋填速度，右岸利用跟進填筑的堰體部分進行回車。在單戧堤堤頭布置3個卸料點，戧堤軸線及上、下游側(cè)各1個。另根據(jù)不同部位填料的要求，采用不同的編隊方式。一路（85t、77t）靠上游側(cè)拋填四面體、特大石、大石，另一路(77t、45t、32t、20t)在中間及靠下游側(cè)拋填中小石、石渣。上游左岸考慮場地道路比較狹窄，使用20t、32t自卸汽車作為運輸設(shè)備。 
    2.3.4 戧堤穩(wěn)定情況的判斷 
    為了確保安全施工，避免發(fā)生大規(guī)模的塌滑，造成人、車落水事故，特別是在塌滑多發(fā)段，正確地判斷拋投料的穩(wěn)定性十分重要，結(jié)合三峽二期大江截流和葛洲壩大江截流經(jīng)驗，從以下幾個方面進行判斷： 
    （1）堤頭縱向邊坡的坡比變化：堤頭縱向坡度在正常無流失的情況下約為1:1.3左右，當縱向坡比逐漸變陡達到1:1或更陡時，將會發(fā)生坍塌。 
    （2）流態(tài)變化：采用上挑角進占，若拋投料能在水中站穩(wěn)，這時必然形成急流并挑出去，在挑角下游形成回流區(qū)，而且有小跌水現(xiàn)象，當拋投料粒徑較大而水深較淺時，跌水現(xiàn)象更加明顯，若填料拋投下去后，見到跌水順水流由上而下移動，則說明拋投的塊體正被急流沖走。 
    （3）進占速度：按戧堤的實際斷面計算，每進占1m，上游約需拋投料1130.8m3，下游約需拋投料1 291.2m3，如拋下一定數(shù)量填料不見堤頭向前延伸，則說明拋投的塊體正被急流沖走。 
    （4）堤頭附近的情況：當?shù)填^附近范圍內(nèi)出現(xiàn)裂縫，縫寬逐漸增大時，表明堤頭有失穩(wěn)定現(xiàn)象；如果堤頭部位高程在逐漸下降，說明堤頭發(fā)生“沉陷”，出現(xiàn)這些現(xiàn)象應引起高度重視，及時改變拋投方式。 
    2.3.5 截流施工主要技術(shù)要點及安全措施 
    （1）非龍口段填筑料采用自卸汽車運輸，端進法拋填，使大部分拋投料直接拋入江中，推土機配合施工；深水區(qū)進占時，為確保安全，部分采用堤頭集料，推土機趕料拋投。非龍口段進占拋投材料，一般用石渣料全斷面拋投施工，進占過程中，如發(fā)現(xiàn)堤頭拋投料有流失現(xiàn)象，則在堤頭進占前沿的上游挑角先拋投一部分大塊石、或混凝土預制塊、合金鋼網(wǎng)石兜，在其保護下，使堤頭水流在下游側(cè)形成回流緩流區(qū)，再將中小石及石渣拋填在戧堤軸線的下游側(cè)。截流拋投材料規(guī)格及備料數(shù)量須滿足設(shè)計要求。 
    （2）龍口合攏采用上下游雙戧堤進占，戧堤堤頭采用凸出上游形成挑角的防護性進占?？刂茟甑添斆娓叱鏊?m左右。拋投進占過程中，視堤頭邊坡穩(wěn)定情況，自卸汽車將塊石及混凝土預制塊、合金鋼網(wǎng)石兜盡量直接拋入水中，同時，對卸在堤頭前沿上的塊石及混凝土預制塊用大馬力推土機推入水中，每個堤頭配備1-2臺大馬力推土機。 
    （3）盡量采取全斷面整體推進，采用上挑角進占時，盡量減少挑角挑出長度，同時要注意跟緊補拋。根據(jù)堤頭穩(wěn)定情況相機選擇自卸汽車直接拋投或自卸汽車堤頭集料推土機推料回填或卸料沖砸拋填方式填筑。 
    （4）挑選質(zhì)量好的填料，石渣料的粒徑相對均勻，粒徑小于5.0mm的細顆粒嚴格控制在10%以內(nèi)。 
    （5）進占過程中，拋投料出水面后，及時采用石渣加高，戧堤頂用碎石或粗粒風化砂進行鋪筑施工，并安排專人養(yǎng)護路面，確保截流施工道路滿足大型車輛陰雨天暢通無阻的要求。 
    （6）加強對戧堤上的施工機械及工作人員統(tǒng)一指揮，為防止堤頭坍塌危及汽車及施工人員的安全，在堤頭前沿設(shè)置一排石渣埂，并配備專職安全員巡視堤頭邊坡變化，為確保堤頭車輛安全，汽車輪緣距戧堤邊緣不少于2.5-3.5m，并安排專人布置標識。在堤頭、堤側(cè)以及各危險部位分別設(shè)置安全警示牌，堤頭指揮人員穿救生衣，現(xiàn)場準備救生圈，加強專職安全員巡視工作。 
    （7）合攏拋投強度大，拋投材料多，對拋投同一種材料的汽車須作上相同標記，并分隊編號，以便于指揮。保證設(shè)備的性能完好，操作人員必須持證上崗。 
    （8）龍口段截流進占過程中水文測驗資料須及時報送截流指揮部，以及時調(diào)整拋投材料。 
    2.4 確保上、下游圍堰防滲工程施工強度 
    （1）風化砂填筑進占時，嚴格控制回填質(zhì)量，確保沿防滲軸線上、下游5m范圍內(nèi)不得含有大于20cm塊石，為高壓旋噴防滲墻施工創(chuàng)造條件。 
    （2）采用振孔高噴法和常規(guī)高噴法組織施工，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，互相補充。研制改進振孔高噴等造孔機具，提高造孔速度，確保造孔精度。根據(jù)高壓旋噴墻不同深度和墻下地質(zhì)條件，制定不同的成墻措施，確保防滲施工質(zhì)量。 
    （3）三期土石圍堰高壓旋噴防滲墻規(guī)模生產(chǎn)前，對鉆孔、噴漿的有關(guān)參數(shù)、材料、設(shè)備性能及施工工藝措施等進行驗證性試驗。并掌握、了解既滿足設(shè)計防滲要求，又安全可行的合理的施工參數(shù)，指導后期的規(guī)模施工。 
    3、截流施工預案 
    3.1 超設(shè)計流量截流預案 
    在截流合攏時期，當截流流量持續(xù)居高不下，超過Q=10300m3/s，達到Q=12200m3/s時，模型試驗成果表明，采用上下游雙戧堤配合進占合攏的截流方式，龍口最大垂線平均流速為：上戧7.47m/s，下戧6.08m/s,截流終落差5.77m，截流總功率689.9MW，為伊太普工程的2.3倍，葛洲壩工程的4.6倍，三峽二期截流的9.2倍，截流規(guī)模和難度都將處于世界前列。 
    此時，可采取如下措施： 
    （1）將2-3塊20t的四面體在堤頭部位穿入30mm鋼絲繩，用卡扣卡緊形成混凝土四面體串，再用2-3臺大型推土機同時推至江中，以減少龍口合攏時期拋投料的流失量。 
    （2）增加上游左岸截流戧堤拋投材料中的大塊石、20t混凝土四面體。采取船運的方式，將右岸備料場的大塊石、四面體運至左岸截流基地，由原來雙向進占，右岸為主、左岸為輔的截流進占方式改變?yōu)樽笥野锻瑫r進占。 
    （3）將下游備料場的大塊石、20t混凝土四面體部分轉(zhuǎn)運至離上游圍堰最近的料場備存，在截流合攏時期，及時有效地增加大塊石、20t混凝土四面體的拋投強度。 
    （4）增加下游戧堤合攏時的合金鋼網(wǎng)石兜拋投量，并將合金鋼網(wǎng)石兜串成串，減少拋投材料的流失量，使下游戧堤充分分擔截流水頭。 
    3.2 提前截流預案 
    在10月底，如果長江流量較?。ǖ陀谠O(shè)計截流流量10300m3/s），并且根據(jù)水情預報11月上旬流量亦低于10300m3/s時，可以考慮加快非龍口段進占速度，提前完成非龍口段施工，隨后進行龍口段進占，將截流合攏時間適當提前，以便為后續(xù)防滲施工提供充足的施工時間，確保12月20日圍堰閉氣。