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1、三峽工程的施工導流方案 在江河上修建水利水電工程,施工導流是工程施工必須研究的重大技術問題之一。由于受江河來水周期性控制,工程施工進度往往是和洪水賽跑。又由于施工導流建筑物屬于大型臨時工程,在工期緊、任務重的情況下,往往采用施工技術超前、大膽、靈活多變的處理方案,在實踐中取得了豐富的施工方法和經驗。三峽工程也不例外,在施工導流各階段都遇到不少技術難題,但都得到妥善的解決,為水電工程施工做出了新的貢獻。 1、一期圍堰施工 一期土石圍堰布臵經過中堡島左側,束窄河床30%,軸線長度2 502.36 m,堰頂高程為80 m,圍堰高度為3040 m,渡汛標準P=5%,Q=72 300m3 /s,渡汛水位2、為78.3m,土石方填筑工程量為328.5萬m3,開挖29.9萬m3,混凝土防滲墻4.9萬m2,帷幕灌漿0.41萬m,土工膜4.92萬m2,旋噴墻0.45萬m2,1993年10月24日開工,1994年6月完成施工任務。該工程技術難點是,工期緊、強度高、施工技術復雜,為保證在一個枯水期內完成一期圍堰工程施工,除加大圍堰施工拋填設備外,還在圍堰軸線的70m 平臺布臵鉆機打先導孔,探知圍堰軸線的地質變化情況。根據探測資料研究和修改圍堰防滲結構型式,選用和加大施工設備的投入,以適應變化了的設計方案。在砂礫石覆蓋層內含有0.52.5m的花崗巖風化塊球體的地段,堅硬塊球體除對沖擊鉆施工帶來困難外,還容易把3、塊球體誤認為是基巖,既影響施工進度,也影響質量。在這種地段,就改用混凝土防滲墻下接雙排高壓旋噴墻,既加快了進度,又保證了質量。在堰基強風化巖層較厚地段、巖脈和斷層帶的強透水層地段,就改為混凝土防滲墻下接磨細水泥灌漿的施工方案,同樣加快了施工進度,滿足了設計要求。 由于所采取的施工措施得力,技術可靠,使一期圍堰按預定工期完成了任務,滿足了渡汛要求。圍堰防滲體系的總滲水量在85115 m3/h之間,滿足了明渠干地施工的要求。 所以,一期圍堰防滲形式有3種:混凝土防滲墻頂接土工膜;防滲墻頂接土工膜,墻下接雙排旋噴墻;防滲墻頂接土工膜,墻下接磨細水泥灌漿。根據實際地質條件,靈活的變更處理方案,為水電工4、程施工提供了成功的經驗。 2、明渠通航 長江是黃金水道,三峽工程建設必須解決施工期通航問題。經多方研究,根據三峽壩址地形和水文特性,制定了三期通航的導流方案:即一期導流為大江通航;二期為明渠加臨時船閘通航;三期為永久船閘通航。臨時船閘和永久船閘都是按船隊通航要求設計的過船建筑物,但明渠是以過水為目標兼顧過船的建筑物,所以體型和水力學條件要求高。當來水m/s 以下,可通過長航船隊;當來水流量超過20 000m3/s時,所有船隊從臨時船閘通過;當來水流量超過45 000 m3/s時,實行長江斷航,與天然河道通航情況無太大區別。 為滿足通航和導流要求,導流明渠設計成新月狀,伏臥在長江右岸,明渠軸線長5、度3 950 m,其中上游引航道長1 050 m,渠身長1 700 m,下游引航道長1 200 m。明渠設計成復式斷面,最小底寬為350 m,右側渠底寬100 m的底高程為85 m,左側渠底寬250 m的渠底高程,從上引航道到下航道沿流程分5級,即上引航道底高程為59m、58m、渠身段為50m、45m出口段為53m于三峽壩址處在葛洲壩水庫回水區,根據渠身變化渠底高程也有所變化,使明渠水面線保持為均勻坡降,以滿足通航要求。 經過幾年的運行,導流明渠實際通航情況為,來水流量在10 00025 000 m3/s時,各類船隊均能通過明渠,隨著來水量的增大,船舶有所減少,當Q=30 000 m3/s時,6、只有大型客、貨輪通過明渠,且下水多上水少;當Q=35 000 m3/s時,水翼船仍可通過。實踐證明,明渠實際通航水流條件優于設計情況。 3、明渠分流 由于導流明渠的體型是在不同流量情況下滿足通航條件進行設計的,明渠進出口高程和水面線與大江連接平順,所以過流量大,可以降低二期上游圍堰的高度,分流條件好,可減輕大江截流的難度。明渠分流條件的好壞,除渠身體型按設計要求施工外,明渠進出口底坎的挖除也是個關鍵問題,必須滿足設計要求。為解決這個問題,三峽工程提前一個枯水期在主圍堰外修筑了低水圍堰,將明渠進口段用干地開挖的方法,提前挖到設計高程,使明渠破堰進水時間提前5個月,為明渠進出口圍堰的水下拆除贏得了7、時間,并保證了圍堰拆除質量。所以在截流圍堰預進占龍口寬度為280 m時,實現了大江斷航,全部船隊經導流明渠通過,為減少截流龍口施工干擾創造了條件。1997年11月8日,龍口最終合攏前夕,明渠過水面積已達設計斷面的81.3%97.6%,分流比為94.22%,已達到設計 要求。由于導流明渠分流條件好,為確保大江截流的順利合攏提供了可靠的條件。 4、截流龍口護底 三峽工程大江截流的難點是江水深、流量大,經水工模型試驗,當水深大于30 m時,截浪戧堤堤頭拋料一次不能滾到底,在堤頂下57 m水深處形成堆料陡坡,當坡度達到11或更陡時,就出現堤頭失穩坍塌,在1015 m處拋投料又形成暫時穩定坡,當受到擾動8、就形成第二次坍塌,對戧堤進占和施工機械及人員安全造成威脅。為解決截流水深這個難題,參考國內外施工截流經驗,結合三峽實際情況,決定采取分期拋料墊底的施工措施,即沿截流圍堰軸線低于40m的深槽部位寬180 m,順水流方向長140 m的范圍進行平拋墊底至40m于河床流速小于3 m/s,在截流前的一個枯水期用底開式駁船拋填砂礫料和中小塊石進行河床墊底。經過一個汛期的沖刷,墊底高程無大的變化,汛后又將墊底高程提高到45m墊底拋投量達74萬m3。使龍口水深降至2123 m,這對保證截流成功起到了重要作用,既可減少截流水深又可減少截流龍口合攏工程量。 5、二期圍堰預進占 三峽工程由于截流水深、流量大,相應的9、圍堰工程量也大。為降低截流拋填強度和施工難度,采用分期預進占的施工措施,從上下游圍堰預進占到截流戧堤合攏,整個圍堰工程分2個枯水期拋填完成。1996年汛后至1997年汛前,上下游圍堰從兩岸同時預進占到龍口寬度為460 m和480 m,又同時進行龍口河床墊底至40 m高程,以滿足20年一遇流量72 300 m3 /s的渡汛和通航要求,相應流速為34 m/s。1997年910月,上游截流戧堤預進占到龍口寬度為130 m,下游圍堰龍口寬度202 m。上游截流戧堤預進占拋投量達122.3萬m3,龍口合攏段只剩下20.3萬m3的拋投量,這說明截流戧堤分期預進占的措施,給削減龍口合攏工程量、降低截流難度起10、到關鍵的作用。 6、截流合攏 由于葛洲壩水利樞紐的興建,使三峽壩址水位抬高2227 m,致使三峽大江截流水深達60 m。但事物總是有兩面性,由于葛洲壩水庫水位壅高,盡管三峽工程截流流量達11 600 m3/s,但截流龍口落差只有0.66 m,又由于龍口落差小,相應的流速也只有4.2 m/s,這樣就減少了三峽工程截流的難度。1997年汛后截流戧堤繼續進占,從9月12日至10月23 日形成130 m寬的龍口,實測龍口流速3.33m/s,落差0.28 m。又從10月26日開始分2個階段進行合攏進占,第一階段為10月26日至10月27日,使龍口縮窄至40 m暫停進占,實測流量11 600 m3/s,龍11、口最大流速4.22 m/s,落差0.66m。第二階段從11月8日上午9時,中央領導宣布截流合攏開始至11月8日下午3點30分,歷時6.5h,截流戧堤合攏成功。實測長江來水流量為8 480m3/s,龍口流速2.6 m/s。 三峽工程截流戧堤頂寬30 m,施工中可3輛大型自卸汽車并排同時拋料,單戧堤進占的小時拋投強度可達0.3萬m3以上。據統計上下游戧堤和圍堰進占最大日拋填量達19.4萬m3,小時拋投強度1.71萬m3,共用施工設備為2077 t大型自卸汽車300多輛,大型挖掘機60多臺,大馬力推土機29臺。由于有以上施工措施和有利因素,使三峽工程大江截流合攏順利完成。 7、二期圍堰施工 三峽工程12、二期圍堰按百年一遇洪水設計,設計流量為83 700 m3/s,相應最高水位為85m;用二百年一遇洪水保堰,流量為88 400 m3/s,相應最高水位為86.2m。二期上游圍堰軸線長度為1 439.6 m,堰頂高程為88.5 m,最大堰高為82.5 m。下游圍堰軸線長度998.5 m,堰頂高程為81.5 m,最大堰高為73 m。二期圍堰土石方填筑量為1 128.4萬m3,混凝土防滲墻為9.6萬m3,土工膜7.67萬m2,帷幕灌漿11 790 m,高壓旋噴墻8 570 m2。上游圍堰混凝土防滲墻厚1.0 m,在作用水頭超過50 m的部位采用雙排混凝土防滲墻,墻中心間距為6 m,墻頂高程73 m,墻13、頂接土工膜至86.2m混凝土防滲墻底部進行帷幕灌漿。下游圍堰70m 高程以下為一排混凝土防滲墻,墻頂接土工膜至79m進制同m 高程,墻底進行帷幕灌漿,當作用水頭超過50 m時,在混凝土防滲墻背水側1 m 距離設一排高壓旋噴墻,施工中為趕工期,把下游圍堰混凝土防滲墻厚度由1m改為1.2 m,取消高壓旋噴墻,縮短了施工時間。 二期土石圍堰,除圍堰軸線上下游拋填塊石和石渣棱體外,沿圍堰軸線防滲墻部位拋填風化砂。深水中拋填風化砂靠自重密實度低,對防滲墻造孔孔壁穩定性差,所以在防滲墻軸線上下游4 m范圍內采用振沖加密措施,用540 mm碎石充填,最深可加密30 m深,振沖加密后風化砂干容重可達1.8t/14、m3。 三峽二期圍堰,1997年11月8日截流合攏,1998年6月22日上下游防滲墻單墻封閉,基坑開始抽水,8月6日上游圍堰第二道防滲墻完工,9 月12日基坑抽水按計劃抽干,實測最大滲水量為90L/s,低于設計值600 L/s的要求。二期圍堰防滲墻施工,用液壓雙輪銑槽機、鋼絲繩抓斗、液壓抓斗、多頭長墻鉆機、沖擊鉆和沖擊反循環鉆機等,這些設備對三峽二期深水圍堰防滲墻的施工適應性強,工程質量有保證,可靠度高。防滲墻施工中,用先導孔對圍堰拋填料形成架空的部位進行投入堵漏料和水泥膨潤土濃砂漿充填,保證防滲墻造孔施工安全,創成墻6 600 m2/月的施工記錄,確保近10萬m2防滲墻以高質量的按期完成任務15、。經觀測儀器測知,上游圍堰第一道防滲墻最大變位0.5 914 m。但變位曲線平滑,防滲墻最大壓應力為2.73 MPa,最大拉應力為0.045 MPa。均在墻體材料允許范圍內,滿足設計要求。 8、三期截流 三峽工程三期截流即是用低水土石圍堰封堵導流明渠,江水由22個導流底孔通過,客、貨船從臨時船閘通過。由于截流時段選擇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之間設計,但三期截流的分流條件比二期截流條件相差懸殊。導流明渠底寬為350 m,進口底高程為50 m,而22個導流底孔的總寬度也只226 m=132 m,且底孔進口高程為56 m。由16、這些基本條件比較就可知,三期截流遠比二期截流困難。截流落差達5.79 m,截流總功率為689.9 MW,是二期截流總功率75 MW的9倍,也是葛洲壩大江截流的4.5倍,施工難度相當大。但三峽工程有一流的施工隊伍和設備,有在長江上2次截流的實踐經驗(三峽二期截流和葛洲壩大江截流),只要施工設備和拋投材料準備充分,取得三期截流的成功是有把握的,亦可用葛洲壩水庫進行反調節,提高三期截流龍口的淹沒度,以降低明渠截流的難度。 9、三期碾壓混凝土圍堰 三期截流時,是在明渠進出口修筑低水土石圍堰,并在壩軸線以上114 m處修筑一道碾壓混凝土高水圍堰,與縱向圍堰堰內段共同攔擋135m的初期發電水位。并與三期下17、游土石圍堰(堰頂高程81.5 m)形成三期基坑,保護右岸廠房和壩段施工。三期碾壓混凝土圍堰按20年一遇洪水設計,百年一遇洪水保壩。 三期碾壓混凝土圍堰軸線長度572 m,最大堰高121 m,總混凝土量168萬m3。圍堰頂寬8 m,迎水面為垂直,在7060 m高程以下為10.3的斜坡。下游坡為10.75,最大堰底寬度為106 m。堰體碾壓混凝土為3級配R90=150#,抗滲標號為S4,迎水面設48 m厚的二級配R90=200#、 S8的富漿混凝土。明渠底板高程58 m、50 m以下40萬m3混凝土已先期澆筑,待明渠斷流后45個月內,要從50 m、58 m高程澆筑碾壓混凝土至140 m高程。堰體升18、高達90 m,最大升高23 m/日,最高月澆筑強度達到39.8萬m3/月。工期緊、強度高而且是背水一戰。需要有嚴密的施工組織和詳細的網絡計劃控制,才能完成這一攻堅任務,確保當年6月中旬蓄水,實現三期圍堰擋水發電目標。 10、導流底孔渡汛 三峽工程布臵有23個泄洪壩段,壩段分縫間距為21 m(大壩最大底寬126 m),在23個壩段中共布臵67個泄水孔口,即在158 m高程布臵8 m18 m表孔22個,在90 m高程布臵7 m9 m深孔23孔,在高程56 m 布臵6 m8 m導流底孔22孔。其中除深孔布臵在壩段中間外,表孔和導流底孔均為跨壩段布臵。導流底孔主要承擔三期導流和渡汛任務,其進口高程主要19、是根據三期截流的分流條件、碾壓混凝土圍堰施工進度、初期蓄水發電階段的流量調節,保證下泄流量滿足通航要求、導流底孔和深孔聯合運用承擔圍堰擋水發電期間的渡汛任務等條件確定的。三期碾壓混凝土圍堰頂高程140 m,按20年一遇洪水設計,百年一遇洪水不漫碾壓混凝土圍堰頂校核。 導流底孔軸線長度115 m,進口高程56 m,出口高程55 m,孔口斷面為6 m8 m。由于導流底孔實際是導流泄洪孔,運行條件特殊,在壩軸線下游15.3 m的孔身設平板檢修閘門,在壩軸線下游77m處設弧形工作門,并在底孔進出口設反鉤疊梁檢修閘門,以滿足泄洪和封堵底孔的要求。 由于導流底孔為跨縫布臵,發電渡汛最高水頭可達80 m,工作門出口流速達32 m/s的含沙水流,為確保導流底孔的運行安全,采用跨縫板處理方案。即在6 m寬的地板上預留1 m厚的二期混凝土,在低溫季節澆筑抗沖耐磨的鋼筋混凝土跨縫板,加強導流底孔的整體性,以適應高速水流的要求。在跨縫板澆筑前,先進行橫縫灌漿,以減小壩體混凝土收縮對橫縫的影響,在工作門前后14.5 m的范圍內還采用鋼襯處理。為減少頂部跨縫板的施工難度,只在檢修門槽前后3 m和工作門前5 m范圍進行跨縫處理。并在頂部跨縫板內配3層4020的鋼筋,在底部跨縫板內配2層4020的鋼筋,還在有壓段孔周順水流方向布臵2層3220的溫度鋼筋,確保導流底孔的安全運行。