三峡工程导流明渠截流与三期土石围堰工程综述-水利施工-筑龙水利工程论坛

标签：导流明渠土石围堰混凝土下游围堰三峡工程

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yj3260331

发表于2005-10-12 | 只看该作者

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三峡工程导流明渠截流的施工组织与管理
刘金焕邢德勇李名章
三峡工程导流明渠截流是中国葛洲坝集团公司在长江上的第三次截流。该工程具有规模大，工期紧；合龙工程量大，强度高；截流水力学指标高，难度大；双戗立堵截流，上下戗协调配合要求高；截流进占受通航条件制约等特性。合同要求，2002年11月下半月开始截流，2003年1月31日完工，需完成土石方填筑310.48万m3，高压旋喷墙2.01万m2。综合各项指标，导流明渠截流难度位居世界前列，其后的防渗施工强度在世界上尚无先例。
导流明渠截流成功与否，直接关系三峡工程2003年蓄水、通航、发电三大目标的实现，关系三期工程全面启动乃至整个三峡工程建设的顺利进行。中国葛洲坝集团公司三峡施工指挥部克服准备时间短、准备工作量大、备料量大、截流抛投时间短、抛投量大、防渗施工工期紧迫等困难，精心组织，科学管理，圆满完成了三期截流工程施工任务：2002年11月6日，导流明渠截流一举成功；11月30日，上下游围堰实现单排防渗墙闭气；12月1日，基坑开始抽水。工程施工实现质量、安全零事故目标。
1 精心准备
针对导流明渠截流的艰巨性、复杂性、风险性，指挥部从施工组织、设备配置、备料、技术和现场等方面进行了扎实细致的准备，确保导流明渠截流一举成功。
1.1 组织准备
成立中国葛洲坝集团公司三期截流工程领导小组，负责导流明渠截流工作的统一组织与协调。集团公司成立三期截流项目部，负责制定详细的截流方案与技术措施，全面检查截流的准备工作和具体戗堤施工计划的落实。建立设备、人力资源、现场生产组织、技术保障、物资供应、质量、安全、宣传、竞赛、生产辅助、办公与生活等十大保障体系，把目标分解细化，责任层层落实到人。建立了强有力的组织指挥系统，成立中国葛洲坝集团公司三峡工程导流明渠截流总指挥部，下设上游左岸指挥分部、上游右岸指挥分部和下游指挥分部。同时还设置了施工技术、质量安全、设备保障、统计、物资供应、交通保卫、宣传报道、后勤服务、料源保障等职能组，负责各指挥分部与参战单位协调，各职能组协同配合，各司其职，各负其责。
在上游围堰左、右岸及下游右岸三个堤头分别确定一家责任单位，负责戗堤进占、堰体填筑、防渗墙施工平台提供及加高填筑的卸料指挥、计量、平整和碾压，落实堤头施工的安全保证措施，搞好测量放样和各种填料的分区标识，加强现场填筑料质量的检查与控制。各责任单位配备有一定工作能力、责任心强的堤头指挥管理人员，担负堤头的施工指挥管理工作，保证围堰进占按施工组织设计规定的方式，安全、高效、紧张有序地进行。
1.2 设备准备
在督促各施工单位落实自有设备的基础上，指挥部还积极组织转运和落实业主设备。共到位各类土石方设备399台套，用于上游围堰206台套（其中自卸汽车155台、装载容量5673m3），下游围堰193台套（其中自卸汽车140台、装载容量4840m3）。设备挖装、推运、运输能力均满足施工组织设计的要求并有富余。
1.3 截流备料
截流备料自2002年8月9日开始，10月10日结束。石渣料、石渣混合料、风化砂、特大块石及反滤料备料量分别为19.4万m3、49.6万m3、2.7万m3、0.91万m3、4.53万m3，加上业主备料，上游备料总量达到249.66万m3，与水下填筑设计工程量139.8万m3比较，实际备料系数达到1.78。同时将下游5号、6号料场1400块四面体转运1044块至上游7号备料场，浇筑30t四面体52块（3.25t/m3），以满足大块体抛投强度要求。
1.4 防渗试验及设备准备
三期土石围堰堰体内高压旋喷防渗墙施工合同工期仅一个多月，实际工程量为防渗墙20357m2，帷幕灌浆3000m，工期紧、要求高、施工难度大。根据三期土石围堰招标文件要求，在高喷防渗墙正式施工前需对钻孔、喷浆、机具、工艺等进行现场试验。指挥部于2002年8月10日～9月15日进行了以振孔高喷为主，常规高喷为辅，钻喷一体化和自凝灰浆防渗墙为技术储备的四项现场试验，10月14日完成补充试验项目。试验成果经专家评审，认为：四个方案均可用于三期土石围堰防渗墙施工，其中上游围堰宜采用“常规高喷+自凝
灰浆+钻喷一体化”方案；下游围堰宜采用“振孔高喷为主，辅以常规高喷”方案。
指挥部抓紧组织防渗设备到位，2002年10月20日，防渗设备基本到位，部分设备到上、下游设备安装平台调试安装，10月25日防渗工程开始施工。
1.5 技术准备
导流明渠截流具有工程规模大，工期紧；合龙工程量大，强度高；截流水力学指标高，难度大；截流准备工作受通航条件制约等特性。截流采用双戗立堵截流方案，上游双向进占，下游单向从右端进占。按上游戗堤承担2/3落差，下游戗堤承担1/3落差控制上、下游口门进占宽度，严格同步控制，上下游戗堤进占的口门宽度是达到分担截流落差的关键，实施中双戗进占适时配合难度很大，涉及信息、决策、指挥、反馈等多方面的组织管理和技术手段，截流难度综合指标位居世界前列。指挥部组织精干技术力量，对截流和防渗施工重点、难点进行深入研究和细致分析，制定了截流料源规划、垫底加糙拦石坎施工、安全进占与龙口段施工、上下游围堰防渗工程快速施工等施工计划和措施，力求全面

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yj3260331

发表于2005-10-12 | 只看该作者

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三峡工程导流明渠截流与三期土石围堰工程施工关键技术
朱忠华马德晰李友华
1 概述
三期上、下游土石围堰分别为4级、3级临时建筑物，围堰顶高程分别为83.0m、81.5m，围堰轴线全长分别为441.28m、447.45m，顶宽15m。围堰主要由风化砂、反滤料、石渣、石渣混合料和块石填筑而成，上、下游围堰填筑工程量分别为154.59万m3、169.94万m3。围堰防渗采用高压旋喷灌浆上接土石合成材料心墙形式，高压旋喷墙上游为单排，下游双排，上下游墙厚分别为0.8m、1.0m，上下游高压旋喷墙面积分别为1.02m2、0.99m2，高压旋喷防渗墙下部设帷幕灌浆钻灌至岩体透水率q≤50Lu止。导流明渠截流，采用双戗双向立堵截流方式，设计截流合龙时段选在2002年11月下半月（实施为2002年11月6日），截流设计流量为10300m3/s，相应截流总落差为4.11m。上、下游截流龙口宽分别为150m和125m，上、下游龙口部位均设置垫底加糙拦石坎。
2 关键技术的主要内容
2.1 料源平衡与备料量的确定
供导流明渠截流和围堰填筑施工的料场有18个，分布在导流明渠左、右侧，需要根据工程进展，对各料场料源的调用做好规划。规划既要满足导流明渠截流进占强度与抛投料种类和规格，并留有余地；又要满足土石围堰填筑的施工进度要求；同时要达到运输距离最短、耗用时间最少的目的。导流明渠进占前，必须备足围堰填料，填料备料系数的确定，涉及截流施工的成败和工程造价。
2.2 垫底加糙拦石坎施工与安全通航
龙口设置拦石坎能有效减少抛投材料的流失和降低龙口合龙过程中大粒径石料的用量。明渠截流进占前需进行水下垫底加糙拦石坎施工，上游抛投钢架石笼（25t），下游抛投合金钢网石兜（8t）。安排在2002年9月下旬开始施工，而2000年11月1日前明渠还在通航。导流明渠加糙坎施工中，要在确保通航条件下进行，这样势必增大加糙拦石坎水上作业难度。为了保证施工质量，发挥拦石坎作用，钢架石笼和合金钢网石兜必须准确定点抛投。
2.3 安全进占与龙口段施工
在三峡工程大江截流非龙口段和龙口段施工中，多次发生堤头塌滑，且范围大（据不完全统计，二期上、下游围堰施工中累计塌滑44次，由于采取了综合性防止堤头塌滑事故的措施，未造成任何安全事故）。三期围堰施工水深达22～24m，虽较二期大江截流小，但流速大，需在借鉴三峡大江截流成功经验的基础上，采取各种措施进行堤头防护，确保安全进占。龙口段施工是导流明渠截流工程成败的关键。在保证安全进占的前提下，要满足导流明渠截流连续高强度抛填的要求，其堤头布置、抛投方式、抛投强度、抛投料种类均需要科学策划、精心组织。
导流明渠截流采用双戗立堵截流方案，上游双向进占，下游单向从右端进占，按上游戗堤承担2/3落差，下游戗堤承担1/3落差控制上、下游口门进占宽度，严格同步控制。上下游戗堤进占的口门宽度是达到分担截流落差的关键，实施中双戗进占适时配合难度很大，涉及信息、决策、指挥、反馈等诸方面的组织管理和技术手段，加大了截流施工组织和协调难度。
2.4 上、下游围堰防渗工程快速施工
三期上、下游土石围堰要实现2002年12月20日闭气目标，必须在一个月左右完成2.01万m2的高压旋喷防渗墙和0.3万m的帷幕灌浆施工，高压旋喷墙施工强度在同类工程中没有先例。其最大深度达35.5m，在同类工程中最深实例仅22m。且上游围堰为单排墙，堰体填筑水下风化砂，限于工期固结时间短，要在满足质量要求的前提下，保证施工进度是该项目的重点。其机具选型、施工工艺选择都必须慎重考虑。
3 主要施工措施及对策
3.1 合理进行料源的时空平衡
为确保施工强度，节省运距，基本按“上游备料运至上游围堰，下游备料运至下游围堰”的原则进行平衡。由于现有备料中块石备料有富余，石渣混合料缺口大，为合理利用备料，增加戗堤抛投材料的稳定性，降低截流难度，采用块石部分替代截流戗堤的石渣及石渣混合料，并尽量利用现有备料，减少新开采备料量。将各堤头需要的各种填料细化到每一天，每一个料场。确定备料量时，根据不同的料种在不同的填筑部位的流失情况、备料转运的损失情况、堰体填料压实方与堆存松散方的比例关系，采用不同的备料系数。堰体填筑部分考虑10％损耗量，非龙口段考虑10％流失量，龙口段考虑20％流失量，在充分考虑截流风险的前提下，戗堤备料系数取1.8，四面体为2.0，堰体填筑料取值1.3～1.5。
3.2 确保垫底加糙拦石坎施工质量
为保证施工质量、加快施工进度，在9月下旬进场开始进行抛投试验，对钢架石笼、合金钢网石兜吊抛物在不同流量、流速等情况下的漂距参数、流失损耗等基础资料进行分析，以达到有效地指导施工的目的，同时得到各工序间的衔接及外围协调（尤其与航运的矛盾）的操作经验，取得指挥协调各工种矛盾、施工薄弱环节及质量控制难点的主动权，从而达到安全、优质、高速组织施工目的。进行抛投试验时，上游用抓斗船定位，GPS定位系统配合定点吊抛钢架石笼，下游用链斗船定位，拖轮拖底开驳投合金钢网石兜。定位船的水下锚，均设有水深4m以下的压缆装置，便于航行安全。试验完成后，10月11日开始从左向右施工，10月25日前上、下龙口段加糙拦石

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yj3260331

发表于2005-10-12 | 只看该作者

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三峡工程大江截流施工实践与三期截流安全进占工程措施
周厚贵
1 前言
长江三峡水利枢纽采用“三期导流、明渠通航”方案，第一期围右岸，修建导流明渠和混凝土纵向围堰；第二期围左岸，修建河床泄洪坝段、左岸厂房坝段及左岸厂房；第三期再围右岸，修建右岸厂房坝段、右岸非溢流坝段和右岸厂房。其中第二期截流即大江截流实际流量为11600～8480m3/s，最大水深达60m，均居世界首位。三期截流设计流量为10300 m3/s，截流最大水深达24m，相应截流总落差为4.11m。这两次截流有一个共同的难点，就是由水深引起的大规模堤头坍塌以及由于大规模的堤头坍塌而引发的堤头安全进占问题，换言之，能否安全进占是截流成败的关键。
根据大量的理论研究、物理模型试验以及数值计算成果，结合大江截流施工实际，在进占过程中，采取河床预平抛垫底、防护性进占、诱导坍塌及坍塌预报等一系列工程措施对于防止或减少堤头坍塌，保障安全进占具有十分显著的作用。本文即对此加以叙述。
2 安全进占工程措施
2.1 预平抛垫底
预平抛垫底是在戗堤进占前，向戗堤基础深槽部位从水面抛投砂卵石或块石等物料，以使戗堤底部河床高程整体抬高的工程措施。通过预平抛垫底可以降低水深、减少进占戗堤的高度，因此，在三峡工程大江截流中被选为防止堤头坍塌的最主要措施。
在预平抛垫底实施之前，进行了有关模型试验、现场实船抛投试验等研究，并取得了相应的研究成果。
研究成果表明：当水深由41m减至27m时，相应的坍塌面积、坍塌边与堤边的平均距离（即坍塌长度）、最大单次坍塌体积分别减少35％、27％、36％，当水深减至20m时，上述各值分别减少64％、49％、55％。上述试验成果可见，平抛垫底可以有效地减少坍塌范围、长度和坍塌体积，但是，坍塌的次数、频率未见有明显的降低。这是由于河床的断面形态呈不对称V字形，平抛垫底后，减少的有效过水面积不多，基本上没有改变抛投料粒径的止动流速与水流流速的相对关系，与未平抛垫底前相比，未发生本质变化，因此，坍塌的次数、频率不能明显减少。
另一方面，由于河床的断面形态呈不对称V形，底部平抛垫底的方量虽然不大，但能有效地减小水深。水深由41m减至27m，减少了34％；由41m减至20m，水深减少了51％。对于三峡大江截流而言，坍塌长度大抵是水深的0.4倍，因此预平抛垫底后可以有效地降低堤头坍塌规模。
三峡工程大江截流采用预平抛垫底再立堵进占的方案，一方面大大减少了坍塌的范围和规模；另一方面，由于平抛垫底，使一部分工程量提前施工，减少了截流时的施工强度；第三是减小了戗堤的底宽，防渗墙轴线与戗堤轴线的距离由126m减至81.3m，使第二阶段围堰的断面减小，从而减少围堰填筑量约159万m3；第四是预平抛垫底后，有效地减少了覆盖层的冲刷，相应也减少了因覆盖层被冲增加的填筑工程量。
三峡工程三期截流采用双戗双向立堵截流方式，上、下游截流龙口部位均设置垫底加糙拦石坎，可以十分有效地减小截流水深，进而减小进占堤头的坍塌规模，提高截流施工的安全度。
2.2 防护性进占
2.2.1 堤头挑流和堰体尾随抛投
堤头挑流和堰体尾随抛投是利用戗堤和堰体的设计特点，在戗堤进占时，向上游角或同时向上、下游角凸出进占，挑开急流，形成戗端缓流区，以保护堤头抛填进占，同时戗堤两侧的堰体跟进尾随抛填，以防护进占戗堤侧面坍塌的措施。
在三峡工程大江截流施工过程中，无论是在非龙口段，还是在龙口段，均出现了频繁坍塌致使抛投进占迂回不前的情况。如在非龙口段填筑中，1997年10月14日右上戗堤出现连抛130车仅延伸0.1～0.2m的迂回现象；1997年10月15日2～4时，由于当时流量和流速都较大，分别达17000 m3/s和3.27m/s，连续抛投200余车，戗堤几乎没有延伸。又如，在龙口段进占填筑中，1997年10月26日当龙口宽度缩窄至100m左右时，左上戗堤连续抛投近3h毫无进展，使截流进占陷入停滞状态等。对此，果断采取了动用大块石或特大石，在戗堤上游侧（或下游侧）集中抛投以形成挑角的工程措施，经过实施，效果非常明显，堤头在挑角的防护下继续向前推进了，有效地推动了进占的正常延伸。与此同时，三峡工程大江截流的上下左右4个进占堤头均采用了堰体材料尾随填筑的措施，它十分有效地防护了截流戗堤的侧向坍塌，同时，还为截流戗堤进占提供了较宽的作业平台，对于三峡工程大江深水截流堤头起到了安全保障作用。
三峡工程三期截流可采取宽戗（堤顶宽大于30m）双向进占措施，并在进占的过程中，运用堤头挑流和堰体尾随抛投的进占方式以顺利推进戗堤合龙。
2.2.2 高强度进占抛投
高强度进占抛投是从施工组织的角度所采取的一种防护性工程措施。它主要是在截流进占水力学条件最不利的情况下，加大抛填强度，突击进占，从而闯过水力学难关的截流方法。
在三峡工程大江截流中，运用优化堤头进占行车线路、采用大吨位运输车辆等措施大大提高了堤头进占的抛投强度。如在非龙口段实战演习中，实现了昼夜抛投强度19.4万m3；在龙口段截流进占最困难段的突击进占中，实现了昼夜抛投12.8万m3等；抛投强度都非常高。利用高强度进占抛投在三峡工程大江截流中产生了良好

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