三峡工程施工导流中的几个技术问题.doc

三峡工程施工导流中的几个技术问题魏根成 （国电公司西北勘测设计研究院西安，710065） 　     关键词：施工导流；明渠通航；截流合拢；防渗墙；围堰挡水发电    摘　要：三峡工程采用三期导流、明渠通航的施工方案，由于长江水量大、截流水深，致使围堰工程量大、工期紧、施工强度高，在各期围堰施工中遇到不少技术难题，但通过施工实践，取得了成功的经验，其中碾压混凝土围堰挡水发电、导流底孔与深孔联合渡汛、导流底孔跨缝布置的处理方法、二期围堰施工措施、二期大江截流经验等，都具有三峡工程特色　　在江河上修建水利水电工程，施工导流是工程施工必须研究的重大技术问题之一由于受江河来水周期性控制，工程施工进度往往是和洪水赛跑又由于施工导流建筑物属于大型临时工程，在工期紧、任务重的情况下，往往采用施工技术超前、大胆、灵活多变的处理方案，在实践中取得了丰富的施工方法和经验三峡工程也不例外，在施工导流各阶段都遇到不少技术难题，但都得到妥善的解决，为水电工程施工做出了新的贡献1　一期围堰施工　　一期土石围堰布置经过中堡岛左侧，束窄河床30％，轴线长度2 502．36 m，堰顶高程为80 m，围堰高度为30～40 m，渡汛标准P＝5％，Q＝72 300m3／s，渡汛水位为▽78.3m,土石方填筑工程量为328．5万m3，开挖29．9万m3，混凝土防渗墙4．9万m2，帷幕灌浆0．41万m，土工膜4．92万m2，旋喷墙0．45万m2，1993年10月24日开工，1994年6月完成施工任务。

该工程技术难点是，工期紧、强度高、施工技术复杂，为保证在一个枯水期内完成一期围堰工程施工，除加大围堰施工抛填设备外，还在围堰轴线的▽70m平台布置钻机打先导孔，探知围堰轴线的地质变化情况根据探测资料研究和修改围堰防渗结构型式，选用和加大施工设备的投入，以适应变化了的设计方案在砂砾石覆盖层内含有0．5～2．5m的花岗岩风化块球体的地段，坚硬块球体除对冲击钻施工带来困难外，还容易把块球体误认为是基岩，既影响施工进度，也影响质量在这种地段，就改用混凝土防渗墙下接双排高压旋喷墙，既加快了进度，又保证了质量在堰基强风化岩层较厚地段、岩脉和断层带的强透水层地段，就改为混凝土防渗墙下接磨细水泥灌浆的施工方案，同样加快了施工进度，满足了设计要求　　由于所采取的施工措施得力，技术可靠，使一期围堰按预定工期完成了任务，满足了渡汛要求围堰防渗体系的总渗水量在85～115 m3／h之间，满足了明渠干地施工的要求　　所以，一期围堰防渗形式有3种：①混凝土防渗墙顶接土工膜；②防渗墙顶接土工膜，墙下接双排旋喷墙；③防渗墙顶接土工膜，墙下接磨细水泥灌浆根据实际地质条件，灵活的变更处理方案，为水电工程施工提供了成功的经验。

2　明渠通航　　长江是黄金水道，三峡工程建设必须解决施工期通航问题经多方研究，根据三峡坝址地形和水文特性，制定了三期通航的导流方案：即一期导流为大江通航；二期为明渠加临时船闸通航；三期为永久船闸通航临时船闸和永久船闸都是按船队通航要求设计的过船建筑物，但明渠是以过水为目标兼顾过船的建筑物，所以体型和水力学条件要求高当来水m／s以下，可通过长航船队；当来水流量超过20 000m3／s时，所有船队从临时船闸通过；当来水流量超过45 000 m3／s时，实行长江断航，与天然河道通航情况无太大区别　　为满足通航和导流要求，导流明渠设计成新月状，伏卧在长江右岸，明渠轴线长度3 950 m，其中上游引航道长1 050 m，渠身长1 700 m，下游引航道长1 200 m明渠设计成复式断面，最小底宽为350 m，右侧渠底宽100 m的底高程为85 m，左侧渠底宽250 m的渠底高程，从上引航道到下航道沿流程分5级，即上引航道底高程为▽59m、▽58m、渠身段为▽50m、▽45m出口段为▽53m于三峡坝址处在葛洲坝水库回水区，根据渠身变化渠底高程也有所变化，使明渠水面线保持为均匀坡降，以满足通航要求　　经过几年的运行，导流明渠实际通航情况为，来水流量在10 000～25 000 m3／s时，各类船队均能通过明渠，随着来水量的增大，船舶有所减少，当Q＝30 000 m3／s时，只有大型客、货轮通过明渠，且下水多上水少；当Q＝35 000 m3／s时，水翼船仍可通过。

实践证明，明渠实际通航水流条件优于设计情况3　明渠分流　　由于导流明渠的体型是在不同流量情况下满足通航条件进行设计的，明渠进出口高程和水面线与大江连接平顺，所以过流量大，可以降低二期上游围堰的高度，分流条件好，可减轻大江截流的难度明渠分流条件的好坏，除渠身体型按设计要求施工外，明渠进出口底坎的挖除也是个关键问题，必须满足设计要求为解决这个问题，三峡工程提前一个枯水期在主围堰外修筑了低水围堰，将明渠进口段用干地开挖的方法，提前挖到设计高程，使明渠破堰进水时间提前5个月，为明渠进出口围堰的水下拆除赢得了时间，并保证了围堰拆除质量所以在截流围堰预进占龙口宽度为280 m时，实现了大江断航，全部船队经导流明渠通过，为减少截流龙口施工干扰创造了条件1997年11月8日，龙口最终合拢前夕，明渠过水面积已达设计断面的81．3％～97．6％，分流比为94．22％，已达到设计要求由于导流明渠分流条件好，为确保大江截流的顺利合拢提供了可靠的条件4　截流龙口护底　　三峡工程大江截流的难点是江水深、流量大，经水工模型试验，当水深大于30 m时，截浪戗堤堤头抛料一次不能滚到底，在堤顶下5～7 m水深处形成堆料陡坡，当坡度达到1∶1或更陡时，就出现堤头失稳坍塌，在10～15 m处抛投料又形成暂时稳定坡，当受到扰动就形成第二次坍塌，对戗堤进占和施工机械及人员安全造成威胁。

为解决截流水深这个难题，参考国内外施工截流经验，结合三峡实际情况，决定采取分期抛料垫底的施工措施，即沿截流围堰轴线低于▽40m的深槽部位宽180 m，顺水流方向长140 m的范围进行平抛垫底至▽40m于河床流速小于3 m／s，在截流前的一个枯水期用底开式驳船抛填砂砾料和中小块石进行河床垫底经过一个汛期的冲刷，垫底高程无大的变化，汛后又将垫底高程提高到▽45m垫底抛投量达74万m3使龙口水深降至21～23 m，这对保证截流成功起到了重要作用，既可减少截流水深又可减少截流龙口合拢工程量5　二期围堰预进占　　三峡工程由于截流水深、流量大，相应的围堰工程量也大为降低截流抛填强度和施工难度，采用分期预进占的施工措施，从上下游围堰预进占到截流戗堤合拢，整个围堰工程分2个枯水期抛填完成1996年汛后至1997年汛前，上下游围堰从两岸同时预进占到龙口宽度为460 m和480 m，又同时进行龙口河床垫底至40 m高程，以满足20年一遇流量72 300 m3／s的渡汛和通航要求，相应流速为3～4 m／s1997年9～10月，上游截流戗堤预进占到龙口宽度为130 m，下游围堰龙口宽度202 m上游截流戗堤预进占抛投量达122．3万m3，龙口合拢段只剩下20．3万m3的抛投量，这说明截流戗堤分期预进占的措施，给削减龙口合拢工程量、降低截流难度起到关键的作用。

6　截流合拢　　由于葛洲坝水利枢纽的兴建，使三峡坝址水位抬高22～27 m，致使三峡大江截流水深达60 m但事物总是有两面性，由于葛洲坝水库水位壅高，尽管三峡工程截流流量达11 600 m3／s，但截流龙口落差只有0．66 m，又由于龙口落差小，相应的流速也只有4．2 m／s，这样就减少了三峡工程截流的难度1997年汛后截流戗堤继续进占，从9月12日至10月23日形成130 m宽的龙口，实测龙口流速3．33m／s，落差0．28 m又从10月26日开始分2个阶段进行合拢进占，第一阶段为10月26日至10月　　27日，使龙口缩窄至40 m暂停进占，实测流量11 600 m3／s，龙口最大流速4．22 m／s，落差0．66m第二阶段从11月8日上午9时，中央领导宣布截流合拢开始至11月8日下午3点30分，历时6．5h，截流戗堤合拢成功实测长江来水流量为8 480m3／s，龙口流速2．6 m／s　　三峡工程截流戗堤顶宽30 m，施工中可3辆大型自卸汽车并排同时抛料，单戗堤进占的小时抛投强度可达0．3万m3以上据统计上下游戗堤和围堰进占最大日抛填量达19．4万m3，小时抛投强度1．71万m3，共用施工设备为20～77 t大型自卸汽车300多辆，大型挖掘机60多台，大马力推土机29台。

由于有以上施工措施和有利因素，使三峡工程大江截流合拢顺利完成7　二期围堰施工   三峡工程二期围堰按百年一遇洪水设计，设计流量为83 700 m3／s，相应最高水位为▽85m；用二百年一遇洪水保堰，流量为88 400 m3／s，相应最高水位为▽86.2m二期上游围堰轴线长度为1 439．6 m，堰顶高程为88．5 m，最大堰高为82．5 m下游围堰轴线长度998．5 m，堰顶高程为81．5 m，最大堰高为73 m二期围堰土石方填筑量为1 128．4万m3，混凝土防渗墙为9．6万m3，土工膜7．67万m2，帷幕灌浆11 790 m，高压旋喷墙8 570 m2上游围堰混凝土防渗墙厚1．0 m，在作用水头超过50 m的部位采用双排混凝土防渗墙，墙中心间距为6 m，墙顶高程73 m，墙顶接土工膜至▽86.2m混凝土防渗墙底部进行帷幕灌浆下游围堰▽70m高程以下为一排混凝土防渗墙，墙顶接土工膜至▽79m进制同m高程，墙底进行帷幕灌浆，当作用水头超过50 m时，在混凝土防渗墙背水侧1 m距离设一排高压旋喷墙，施工中为赶工期，把下游围堰混凝土防渗墙厚度由1m改为1．2 m，取消高压旋喷墙，缩短了施工时间。

　　二期土石围堰，除围堰轴线上下游抛填块石和石渣棱体外，沿围堰轴线防渗墙部位抛填风化砂深水中抛填风化砂靠自重密实度低，对防渗墙造孔孔壁稳定性差，所以在防渗墙轴线上下游4 m范围内采用振冲加密措施，用5～40 mm碎石充填，最深可加密30 m深，振冲加密后风化砂干容重可达1．8t／m3　　三峡二期围堰，1997年11月8日截流合拢，1998年6月22日上下游防渗墙单墙封闭，基坑开始抽水，8月6日上游围堰第二道防渗墙完工，9月12日基坑抽水按计划抽干，实测最大渗水量为90L／s，低于设计值600 L／s的要求二期围堰防渗墙施工，用液压双轮铣槽机、钢丝绳抓斗、液压抓斗、多头长墙钻机、冲击钻和冲击反循环钻机等，这些设备对三峡二期深水围堰防渗墙的施工适应性强，工程质量有保证，可靠度高防渗墙施工中，用先导孔对围堰抛填料形成架空的部位进行投入堵漏料和水泥膨润土浓砂浆充填，保证防渗墙造孔施工安全，创成墙6 600 m2／月的施工记录，确保近10万m2防渗墙以高质量的按期完成任务经观测仪器测知，上游围堰第一道防渗墙最大变位0．5 914 m但变位曲线平滑，防渗墙最大压应力为2．73 MPa，最大拉应力为0．045 MPa。

均在墙体材料允许范围内，满足设计要求8　三期截流　　三峡工程三期截流即是用低水土石围堰封堵导流明渠，江水由22个导流底孔通过，客、货船从临时船闸通过由于截流时段选择和二期大江截流同期，仍是11月至12月，截流流量也是按9 000 m3／s至12 000 m3／s之间设计，但三期截流的分流条件比二期截流条件相差悬殊导流明渠底宽为350 m，进口底高程为50 m，而22个导流底孔的总宽度也只22×6 m＝132 m，且底孔进口高程为56 m由这些基本条件比较就可知，三期截流远比二期截流困难截流落差达5．79 m，截流总功率为689．9 MW，是二期截流总功率75 MW的9倍，也是葛洲坝大江截流的4．5倍，施工难度相当大但三峡工程有一流的施工队伍和设备，有在长江上2次截流的实践经验（三峡二期截流和葛洲坝大江截流），只要施工设备和抛投材料准备充分，取得三期截流的成功是有把握的，亦。