單戧立堵截流施工工法

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1、前言
水利水電工程建設(shè)中，截流是工程建設(shè)的重要里程碑，截流施工的成敗直接影響到工程總體施工進度。截流方法的選擇，是截流成功的重要先決條件。在截流工程施工實踐中，以戧堤截流法最為常用，該法又可分為平堵、立堵和平立堵三類。其中立堵截流以其施工簡單、便于就地取材和機械化施工、施工準(zhǔn)備工作量小、較為安全可靠等特點，成為截流工程廣泛采用的施工方法。當(dāng)截流落差不是很大時，一般采用單戧立堵截流。
長江葛洲壩工程大江截流和三峽工程大江截流均采用單戧立堵截流法施工，針對截流施工中的關(guān)鍵技術(shù)，中國葛洲壩集團股份有限公司聯(lián)合清華大學(xué)、武漢大學(xué)等單位開展科研攻關(guān)，在成功解決了葛洲壩工程大江截流高水力學(xué)難關(guān)的基礎(chǔ)上，針對三峽工程深水截流堤頭坍塌和穩(wěn)定等新的技術(shù)難題，通過采取平拋墊底、防護性進占等技術(shù)措施，確保了截流高效、優(yōu)質(zhì)、安全地合龍。通過工程實踐，總結(jié)形成了適用于大流量、大深水、高流速條件下的單戧立堵截流施工工法。在長江三峽大江截流工程施工中，創(chuàng)造了截流流量突破10000m3/s、龍口水深突破60m、日拋投強度突破194000m3等多項世界紀(jì)錄，施工關(guān)鍵技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平，并獲得了1999年國家科技進步一等獎。
本工法此后又相繼在大渡河瀑布溝水電站截流、深溪溝水電站截流、雅礱江錦屏一級水電站截流等工程施工中得到應(yīng)用，并進一步優(yōu)化完善，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

2、工法特點
2.1  對戧堤龍口段深水部位進行平拋墊底，抬高底部高程，減小戧堤拋填水深，降低戧堤相對高度，從而減小堤頭坍塌規(guī)模。同時增加河床糙度，提高戧堤基礎(chǔ)抗沖刷能力，減少拋投料流失。
2.2  在戧堤進占過程中，采取裹頭防護、堤頭挑流、高強度拋投進占等防護性進占措施，增加堤頭的抗沖刷能力，防止堤頭坍塌。
2.3  在戧堤進占的不同區(qū)段，采用不同粒徑的拋投料和不同的拋投方式，增加堤頭穩(wěn)定性。
2.4  施工組織方便，能發(fā)揮機械化作業(yè)優(yōu)勢，受地形、水文條件等限制較少，安全可靠，適用范圍廣。

3、適用范圍
適用于截流最大落差不超過3m（一般情況下）、具備高強度拋投條件的大江大河截流工程施工。

4、工藝原理
單戧立堵截流是在河道截流的設(shè)計戧堤，從一岸單向或兩岸雙向向河床拋投進占，逐漸縮窄河床直至全部斷流的截流方式。在水深較大的情況下，可預(yù)先對截流戧堤龍口段深水部位進行水下平拋墊底，抬高底部高程，降低戧堤進占拋投水深；在水流流速、落差較大的情況下，可預(yù)先拋投攔石護底，抬高底部高程，增加糙度，減少拋投料的流失量。進占開始前，以預(yù)進占方式自兩岸構(gòu)筑戧堤進行非龍口段施工，形成龍口，并將預(yù)進占堤頭防護起來。與此同時，完成導(dǎo)流泄水建筑物，具備導(dǎo)流條件，根據(jù)水文氣象條件，選擇龍口進占時機，從一岸單向或兩岸雙向進行龍口段高強度拋投進占，一鼓作氣將龍口堵住，截斷水流。

5、施工工藝流程及操作要點
5.1  施工工藝流程
截流準(zhǔn)備→平拋墊底（護底）施工、預(yù)進占施工→非龍口段進占→龍口段進占→龍口合龍。在戧堤進占工程中，圍堰堰體跟進填筑。
5.2  操作要點
5.2.1  截流準(zhǔn)備
截流準(zhǔn)備是保證截流施工順利的前提，主要包括技術(shù)準(zhǔn)備、組織準(zhǔn)備、資源準(zhǔn)備、安全準(zhǔn)備、實戰(zhàn)準(zhǔn)備等。
1  技術(shù)準(zhǔn)備
1）截流水力學(xué)仿真計算
建立截流水流數(shù)學(xué)模型，模擬不同截流流量不同龍口寬度時河段內(nèi)的水流條件，計算得出龍口區(qū)域的水力學(xué)參數(shù)，包括流速、水位落差、單寬流量、單寬功率、龍口過流量等水力參數(shù)及其分布和變化規(guī)律，同時計算出不同區(qū)段截流拋投材料尺寸和重量，進行多方案對比分析。
2）截流模型試驗
根據(jù)《水電水利工程施工導(dǎo)截流模型試驗規(guī)程》（DL/T 5361-2006），考慮截流工程規(guī)模、河道特性、截流流量等因素，選擇適宜的模型類型和比尺，制作截流試驗?zāi)Ｐ?。采用單戧堤立堵方法進占，進行截流龍口位置及龍口寬度試驗、定床或動床試驗、拋投強度試驗，觀測龍口各項水力要素：截流流量、龍口過水寬度、流態(tài)、龍口流速、戧堤的上游和下游水位、導(dǎo)流工程進口前水位及導(dǎo)流流量、截流拋投料流失量以及堤頭坍塌規(guī)律等。
將試驗成果與仿真計算成果進行對比，驗證截流數(shù)學(xué)模型的科學(xué)性和合理性，并進行綜合分析，為制定施工方案和指導(dǎo)截流施工提供科學(xué)的參考依據(jù)，確保截流高效、優(yōu)質(zhì)、安全地合龍。
2  組織準(zhǔn)備
結(jié)合現(xiàn)場施工實際，組建高效、精干、反應(yīng)快捷的截流組織指揮系統(tǒng)。截流組織指揮系統(tǒng)由上而下分四個層次設(shè)置。第一層為決策系統(tǒng)，是截流總指揮部；第二層為指揮系統(tǒng)，由各個進占工作面的指揮所組成；第三層為保障和服務(wù)系統(tǒng)，由專家顧問組、施工技術(shù)組、生產(chǎn)調(diào)度組、質(zhì)量安全組、設(shè)備管理組、物資供應(yīng)組、勞人財務(wù)組、通訊保障組、醫(yī)療救護組、宣傳報道組、交通保衛(wèi)組等十一個專業(yè)組組成；第四層為實施系統(tǒng)，由施工作業(yè)隊伍組成。
每一層的各職能機構(gòu)要有明確的崗位，人員有明確的職責(zé)。設(shè)置有線和無線通訊進行聯(lián)絡(luò)，使決策的意圖能很快落實到現(xiàn)場施工中，得到認(rèn)真實施。
3  資源準(zhǔn)備
1）施工隊伍準(zhǔn)備。結(jié)合截流所需指揮員、質(zhì)檢員、各類司機、操作手及各種技術(shù)人員等的崗位要求，開展崗位培訓(xùn)，使每一個參加截流的上崗員工都訓(xùn)練有素。
2）施工設(shè)備準(zhǔn)備。根據(jù)截流施工強度進行設(shè)備配置，對拋投不同規(guī)格的材料要準(zhǔn)備相適應(yīng)的裝運設(shè)備。挖裝設(shè)備選用液壓挖掘機和裝載機，運輸設(shè)備選用大型自卸汽車，堤頭推動設(shè)備選用大功率推土機。對投入截流施工的大型設(shè)備提前檢修、保養(yǎng)，使每一臺設(shè)備都以良好工作狀態(tài)投入截流施工。
3）施工拋投料準(zhǔn)備。根據(jù)截流施工組織設(shè)計安排，做好各個料場的規(guī)劃工作和各種拋投料的儲備工作，并留有較充分的儲備系數(shù)，確保截流的需要。
4）施工道路和器材準(zhǔn)備。施工前，對截流道路進行規(guī)劃和維護，確保截流交通通暢。施工需要的各種物資器材均應(yīng)提前備足，并放置在最方便存取的地方。
5）水、電供應(yīng)及通訊準(zhǔn)備。根據(jù)施工規(guī)劃，提前將水、電供應(yīng)管（線）路鋪設(shè)到各工作面，將無線通信設(shè)施開通到各施工工作面。
6）施工監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)準(zhǔn)備。截流施工前，建立施工監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)，對截流施工進行全過程的監(jiān)測，通過信息管理系統(tǒng)及時把水情等信息傳遞給參加截流的各方，為截流施工決策提供依據(jù)，保障截流順利進行。
4  安全準(zhǔn)備
1）建立安全保障體系。實行安全責(zé)任人負(fù)責(zé)制，對安全人員進行系統(tǒng)的安全管理培訓(xùn)，對參與截流工程施工的全體人員開展安全知識培訓(xùn)，提高全員的安全意識。
2)安全措施準(zhǔn)備。根據(jù)施工組織設(shè)計中有關(guān)安全的要求，制定詳細(xì)的安全規(guī)定、安全措施和應(yīng)急預(yù)案，并在截流施工中貫徹落實。
3）安全設(shè)施準(zhǔn)備。根據(jù)施工安全規(guī)定和措施，提前配備陸上、水下施工所需的各種安全設(shè)施，包括：鋼絲繩、防滑鏈、插銷、手提式照明燈、指揮旗、口哨、望遠(yuǎn)鏡、信號槍、滅火器、救生衣、救生圈、鐵錨等等。
5.2.2  平拋墊底施工
1  平拋試驗
在平拋墊底施工前，進行平拋試驗，確定拋投料在不同水深、不同流速條件下的漂移距離以及水下分離情況，為平拋墊底定位拋投和料源控制提供依據(jù)。
2  施工方法
1）平拋區(qū)按垂直圍堰軸線方向每40～50m分成一個作業(yè)條帶，用一艘躉船在條帶內(nèi)定位。定位船五錨作業(yè)，定位、擺動、移位準(zhǔn)確靈活，在作業(yè)條帶范圍內(nèi)可左、右擺動，上、下移動。
2）拋投料采用對開駁或側(cè)拋駁運至拋填部位，依托定位船準(zhǔn)確按順序拋填。
3）組織測量專班，對拋投起點、終點、邊坡、轉(zhuǎn)點等控制點嚴(yán)密監(jiān)測。定位船每次移位、定位均用岸上經(jīng)緯儀交會，定位后的擺動和上、下移動用六分儀校位，準(zhǔn)確控制設(shè)計拋填斷面。
4）拋填5～6d后，施測1/1000水下地形圖，然后按間距20m畫橫斷面圖。超過20m水深用回聲儀施測，20m以內(nèi)用測繩施測，當(dāng)拋填接近設(shè)計高程時，用回聲儀檢測。
5）對照設(shè)計斷面，檢查水下拋填地形，發(fā)現(xiàn)漏拋及時補拋。
5.2.3  預(yù)進占施工
對于拋填工程量較大的截流工程，為緩解進占施工壓力，消減高峰施工強度，可提前進行預(yù)進占施工。
1）預(yù)進占的時間一般在截流的上一個枯水期。
2）進占前，清理圍堰防滲墻軸線上、下側(cè)各5.0m范圍內(nèi)的塊石和兩岸岸坡的覆蓋層。
3）在預(yù)進占堤頭形成回車場和碼頭，為非龍口段和龍口段進占創(chuàng)造條件。
4）預(yù)進占段施工完成后，對堤頭做防沖裹頭，裹頭要能抵抗汛期的洪水沖刷。
5.2.4  非龍口段進占
1）非龍口段應(yīng)盡量提前進占，為圍堰拋填及防滲墻施工贏得時間。截流當(dāng)年的汛期結(jié)束后即可開始非龍口段進占施工。
2）對于有通航要求的河道截流，需妥善解決進占施工與航運的矛盾，合理確定非龍口段的進占長度，避免進占施工與通航相互干擾。
3）非龍口段進占采取戧堤領(lǐng)先，圍堰堰體填筑和防滲施工隨后跟進的方式。各填料區(qū)保持滯后10m至20m跟進，防止各填料區(qū)相互侵占。
4）在進占過程中，拋投料出水面后，及時采用石渣加高，對戧堤頂面用碎石或粗顆粒風(fēng)化砂尾隨鋪筑，并安排專人養(yǎng)護路面，確保施工道路滿足大型截流車輛通行要求。
5）非龍口段戧堤進占頂高程，根據(jù)進占時段的水情，一般按照當(dāng)月5%頻率最大日平均流量不漫頂確定，其頂部可根據(jù)實際逐步降低，或形成斜坡道路，以增加戧堤頂面進占寬度和加大卸料點提高進占強度，減少拋投料流失。
6）選擇適當(dāng)時間，在非龍口段進占時，組織進行高強度拋投演習(xí)，全面檢驗截流施工的各項準(zhǔn)備工作及施工方案的合理性，為龍口段進占施工積累經(jīng)驗。
7）在進占期間，如水情預(yù)報有較大流量來水時，應(yīng)停止進占，對戧堤頭部拋填大、中石形成防沖裹頭。
8）非龍口段進占至龍口寬度時，對堤頭做防沖裹頭，等待時機進行龍口段進占合龍。
5.2.5  龍口段進占
1  進占時機的選擇
根據(jù)水情預(yù)報分析和施工進度選擇恰當(dāng)?shù)慕亓鲿r機，要保證截流后能及時加高到初期擋水高程，防止漫頂。恰當(dāng)?shù)慕亓鲿r機對爭取圍堰后續(xù)施工時間至關(guān)重要，為圍堰防滲施工提供充裕的施工工期，使圍堰盡快閉氣，使下階段施工盡早開始。
2  戧堤堤頭車輛行駛線路布置
截流車輛行車線路是高強度拋投進占的關(guān)鍵，如果線路布局得當(dāng)，可加大堤頭拋投強度，提高運輸設(shè)備的生產(chǎn)效率。根據(jù)圍堰和戧堤寬度、運輸車輛性能參數(shù)（長度、寬度和回轉(zhuǎn)半徑等）以及堰體跟進等情況對截流車輛的行駛路線作好規(guī)劃。一般有以下三種方案：
1）方案一：自卸汽車在距堤頭50m距離回車，然后在戧堤的上游側(cè)排成兩列縱隊編隊，倒車就位拋投，空車從戧堤的下游側(cè)退出。見圖5.2.5-1。
 
圖5.2.5-1  戧堤堤頭車輛行駛線路布置（方案一）
2）方案二：與方案一類似，自卸汽車倒車后，成單列編隊，卸料后，空車從戧堤中間退出。見圖5.2.5-2。
 
圖5.2.5-2  戧堤堤頭車輛行駛線路布置（方案二）
3）方案三：自卸汽車單列直接駛?cè)霊甑填^部回車，卸料拋填后，從戧堤中間退出。見圖5.2.5-3。
 
圖5.2.5-3  戧堤堤頭車輛行駛線路布置（方案三）
實際施工中，可根據(jù)實際情況選擇合適的行駛線路方案。
3  堤頭拋投方式
1）龍口段戧堤堤頭拋投主要采用全斷面推進和凸出上挑角進占兩種方式，根據(jù)不同口門寬度下的水深、流速特點分為不同區(qū)段，選擇不同的進占方式。對高流速、堤頭坍塌堤頭，采取凸出上挑角進占方式。
2）混凝土四面體等大體積截流材料的拋投，均采用堤頭集料，推土機趕料方式，石渣以直接拋投為主。特大石串采取在備料場將塊石正中部位鉆孔、吊裝，在車上穿繩以加快進度，運到堤頭卸料，用推土機趕料。