三峡二期围堰工程几个问题的研究及实践

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第４期　三峡大学学报（自然科学版）　２００２年８月　Ｊ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｕｎｉｖ．（Ｎａｔｕｒａ１　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　三峡二期围堰工程几个问题的研究及实践　曹　芡　肖兴恒。　（１．三峡大学土木水电学院，湖北宜昌４４３００２；２．　中国长江三峡工程开发总公司，湖北宜昌４４３００２）　摘要：三峡工程二期围堰是三峡工程最重要的临时建筑物之一，大江截流水深大、流量大；防渗墙　深度大、工程量大、工期紧，且还要穿过各种复杂地层．通过试验、研究，采取有效对策确保大江安　全，顺利截流，基坑按三峡总工期目标要求抽干．检查渗漏量仅为设计估计量的ｌ／１０．　关键词：三峡；　围堰；　研究；　实践　中图分类号：ＴＶ１３２．２２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—７０８１（２００２）０４—０３００—０４　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｓｏｍｅ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ＳｔａｇｅⅡＣｏｆｆｅｒｄａｍ　ｆｏｒ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｐｒｏｊ　ｅｃｔ　ａｎｄ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　Ｃａｏ　Ｑｉａｎ　Ｘｉａｏ　Ｘｉｎｇｈｅｎｇ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ＆Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｕｎｉｖ，，Ｙｉｃｈａｎｇ　４４３００２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉ—　ｎａ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｙｉｃｈａｎｇ　４４３００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｓｔａｇｅ　ＩＩ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｅｍｐｏｒａｒｙ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｐｒｏｊｅｃｔ．　Ｆｏｒ　ｒｏｖｅｒ　ｃｌｏｓｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｄｅｐｔｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｉｖｅｒ　ｉｓ　ｌａｒｇｅ，ＳＯ　ｉｓ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ．Ｔｈｅ　ｃｕｔｏｆｆ　ｗａｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｈａｓ　ｌａｒｇｅ　ｄｅｐｔｈ，ｌａｒｇｅ　ｑｕａｎｔｉｔｙ，ｔｉｇｈｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ａｎｄ　ｐａｓｓｉｎｇ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｌｌ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｓｔｒａｔａ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　ｔａｋｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ，Ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｉｖｅｒ，　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｌｕｓｅｒｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅａｃｈｅｄ．Ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｏｆ　ＳｔａｇｅⅡｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｒａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｍａｓｔｅｒ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｅｎｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｌｅａｋａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｉｓ　ｏｎｌｙ　ｏｎｅ—ｔｅｎｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｗａｂｌｅ　ｄｅ—　ｓｉｇｎ　ｖａｌｕｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｐｒｏｊｅｃｔ；　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ；　ｓｔｕｄｙ；ｐｒａｃｔｉｃｅ　三峡二期深水围堰是三峡工程最重要的临时建　水位８６．２　ｍ．围堰轴线全长ｌ　４３９．６　ｍ，堰顶　筑物之一，其设计和施工是三峡工程重大关键技术项　８８．５　ｍ，堰顶宽度ｌ　５．０　ｍ．最大堰高约８２．５　ｍ，　目之一，上游围堰被列为三峡工程８个重点研究单项　防渗墙最大高度约７４　ｍ．围堰断面型式为风化砂　工程之一．在二期导流期间，由二期上、下游横向土　石渣堰体，深槽段为双排塑性混凝土防渗墙（如图　石围堰和先已建成的混凝土纵向围堰共同负担二期　１）、两岸漫滩段及接头段采用单排柔性材料或塑　基坑内施工安全．在设计洪水位时，上游拦蓄库容达　性混凝土防渗墙，防渗墙上接土工合成材料防渗，　２Ｏ亿ｍ　，一旦失事，不仅造成生命财产的损失，而且　下接灌浆帷幕．下游围堰按Ⅲ级临时建筑物设　会严重影响三峡工程施工总进度．其重要性不是一　计，设计标准为２　频率，相应流量７９　０００　ｍ。／ｓ，挡　般围堰工程所能比拟的．　水水位７８．３　ｍ．围堰轴线长度为１　０７５．９　ｍ，堰顶　上游围堰按Ⅱ级临时建筑物设计，设计洪水频　高程８１．５ｍ，堰顶宽度１５．０ｍ．最大堰高约６５ｍ．　率１％，相应流量８３　７Ｏ０　ｍ。／ｓ，上游水位８５．０　ｍ，　围堰断面型式为风化砂石渣堰体，单排塑性混凝　保堰洪水频率０．５　、流量８８　４Ｏ０　ｍ。／ｓ，相应上游　土防渗墙上接土工合成材料防渗，下接帷幕灌浆．　收稿日期：２００１—１１－０９　作者简介：曹芡（１９６３一），女，工程师　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷　第４期　曹　芡等　三峡二期围堰工程几个问题的研究及实践　３Ｏｌ　图ｌ　二期上游土石围堰河床深槽部位典型剖面　往物理模型试验发现在戗堤进占过程中，堤头会大规　ｌ　二期围堰施工技术难点和特点　葛洲坝工程建成蓄水达ｌ０多年，三峡坝址河床　产生普遍淤积，围堰基础下的淤砂层在承载力、渗透　稳定、动力稳定等方面的特性对围堰稳定会带来什么　模坍塌，为了确保进占过程中人员和机械设备安全，　通过数学模型＿１　和整体模型对此问题进行了试验研　究，分析原因，探讨措施．　在深水截流中，由于水深坡长，抛投料在水流的　冲击作用下很难一次到位，且截流戗堤坡面粗糙，使　大块体滚落一定距离就停留下来，形成堆积体，随进　占进行发生失稳坍塌．其基本过程为：抛投料滚落高　度５～７ｍ，随进占过程进行，堤顶至５～７ｍ水深处堆　料坡度变陡，达到一定程度（１：ｌ或更陡）后发生规　模较小的初次坍塌，约在ｌ０～１５　ｍ水深处止动，暂时　稳定；随着进占的继续，抛投料在此段进一步积累，进　而达到新的临界稳定状态（坡度ｌ：１．１或更陡），受　外界扰动（进占、大粒径石滚动、水力作用等），产生规　影响；围堰填筑总量ｌ　０３２万ｍ　，牵涉面大，料源分布　广，在施工方案、施工程序、施工进度、施工布置、土石　方平衡等一系列问题上难度较大；水深大（６０　ｍ）、流　量大（１４　０００　ｍ　／ｓ～ｌ９　４Ｏ０　ｍ。／ｓ），施工和截流期间还　要确保长江航运畅通，给大江截流带来困难．围堰堰　基存在淤砂、砂砾石和残积块球体等覆盖层，基础地　质条件复杂，特别在河床两边漫滩上分布较为广泛的　块球体层，由风化蚀余结晶块球体迭置而成，球块直　径ｌ～３　ｍ，呈弱、微风化状，性坚硬，架空缝０．１～　模略大的第２次坍塌；如此，若水深较大，随着进占，　还可能发生第３次、第４次，规模一次比一次大．因　此减小截流水深是减少堤头坍塌的有效措施之一．　１．５　ｍ，层厚ｌ～６ｍ，以及上游围堰右边有强风化深槽　达２４　ｍ，河床深槽段左侧还存在倾角达７５。～８３。、高　差３０ｍ左右的陡岩段，这些使得防渗墙施工和嵌入　弱风化岩层难度很大；围堰堰体大部分填料为水下抛　填，施工水深２０～６０　ｍ，抛填过程中进占堤头易坍　选用适当的小粒径抛投料，可以达到被水流直接带到　河床底部的目的，并形成ｌ：１．１６～ｌ：１．１７坡度，缓　于石渣抛投稳定坡度，不会发生坍塌现象．但小粒径　材料对流速极为敏感，随流速变化就得改变抛投材　料，工程实际中难以实施．因此采取平抛垫底来减小　塌，密实度也较低，对防渗墙造孔孔壁稳定不利，以及　建成后不久即需挡水运行，水头高达６０～８０　ｍ以上，　围堰堰体稳定性和安全度令人担忧；平抛砂卵石层因　水流分选作用，空隙率较大，河床原始砂卵石层粒径相　水深来防止大面积坍塌发生，以垫到高程４０　ｍ（抛投　水深减小为２９　ｍ）为宜．　在现场预进占过程中，水深在２０～２６　ｍ情况，戗　对较粗，空隙率也较大，二者均具有强烈的透水性；防　渗墙深度大、工程量大、工期紧、难度较大，与传统的冲　击钻生产工艺落后、工效较低之问矛盾也十分尖锐．　堤发生１６次堤头坍塌（见表１），坍塌面积４～６０　ｍ　不等．河床深槽部位采用平抛垫底到高程４０　ｍ，大江　截流龙口段（上游围堰）局部垫至高程４５　ｍ（抛投水　２几个问题研究及实践　２．１戗堤堤头坍塌　深为２４～２９　ｍ），戗堤坍塌情况见表１．并在截流进占　施工中，加强对堤头坡面、坡比测量和堤顶裂缝、沉陷　（即初次坍塌的发现）现象观察，及时采取措施，确保　了大江截流进占的安全．　三峡工程二期大江截流由于流量大、水深大，以　维普资讯 http://www.cqvip.com ３Ｏ２　三峡大学学报（自然科学版）　２００２年８月　表１上、下游围堰戗堤进占堤头坍塌情况表　地进行了规划储存．在左岸备料１　０００多万ｍ。，基本　项目—　堂　—ｊ堕　可满足左岸进占要求，但右岸备料受诸多条件限制，　“　予进占　截流进占　予进占　截流进占。　截止１９９７年３月备料仅２５万ｍ。，缺口达８２万ｍ。，　根据三峡工程总进度安排，ｌ９９７年５月１日导流明　渠进水，右岸备料场将成为孤岛，且右岸料源来源有　限，关门洞料场储料不规范，合格者较少，通过研究，　采取了从左岸转料的措施，即从左岸覃家沱料场和分　①：下游石渣堤坍塌次数Ｉ７次，水深２４～３Ｉ　ｍ，面积ＩＯ～　水岛料场向右岸转料，转料完毕，通过测量进一步确　６０ｍ。．最大一次９６ｍ　．　２．２龙口进占程序与土石方平衡　定右岸备料情况，以便在研究截流方案时统筹安排，　大江截流及二期围堰工程相关的合同项目有１１　右岸备料达到７６万ｍ。，但离设计仍有一定的差距．　个（含监测２个合同），施工单位较多，围堰填筑工程　因此截流进占程序定为：“预平抛垫底，上游围堰单戗　量巨大，料场分布范围广，道路复杂以及相邻标块关　立堵，双端进占合拢；下游围堰尾随，左端进占合拢”．　系等等，相互之间干扰相当大．二期土石围堰所需填　截流进占程序计划如表２，以适应备料条件．上游围　料有风化砂、石碴、石渣混合料、过渡料、块石料及平　堰于１９９７年１１月８　Ｅｔ合龙，截流期间，下游也采取　抛垫底砂砾石毛料，备料料源总设计量合计１　４００　双端进占，并于同Ｅｔ合拢．对各料场的储料情况，进　万ｍ。左右，按土石方平衡规划，左岸应备料１　０００多　行测量、计算，充分了解实际备料情况，以利于详细安　万ｍ　，右岸备料１０８万ｍ。，平抛垫底砂砾石毛料１００　排，优化土石方平衡，确保了大江截流及二期围堰工　多万ｍ。．在一期工程施工中，已结合右岸导流明渠，　程施工进度要求，也重点对风化砂料场进行补充勘探，　左岸临时船闸、厂坝工程和永久船闸工程开挖有计划　查清储量和特性，以确保围堰填料的质量和数量．∞∞∞∞　　加∞表２大江截流进占程序计划表　汛期　４６０　∞　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　口ｆ１　９月中下旬　６０　４０　３６Ｏ　进占　ｌＯ月上旬　４０　４０　２８Ｏ　程序　ｌＯ月中旬　２Ｏ　５０　２１Ｏ　ｌ０月下旬　３０　５Ｏ　ｌ３０龙口　伽渤渤啪　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　ｍ　Ｏ　Ｏ　５Ｏ　Ｏ　８Ｏ　３Ｏ　０　５Ｏ　月上旬　１Ｏ　１０　３Ｏ　程序　ｌ５　ｌ５　合龙　ｌ１月中旬　２．３强漏失层处理　浓浆，分Ⅱ～Ⅲ序进行钻孔灌浆，因此，根据先导孔资　平抛垫底砂卵石层由于平抛过程中水流的分选　料，布设灌浆孔进行预灌浓浆来处理，以全液压工程　作用，空隙率较高．原始河床砂卵石层颗粒较粗，级　钻机跟管钻进，钻进深度通过漏失层，自下而上分段　配不好，有些部位还含漂石，以及残积块球体夹砂层　静压灌注浓浆，浓浆浆液采用水泥浆或水泥膨润土砂　的存在等，这些地层均具有较强的渗漏性，严重影响　浆、水泥膨润土浆加速凝剂、膨润土浆加膨胀粉等，预　防渗墙施工槽壁稳定和设备安全．当进入这些漏失　灌浆后，较浅的槽孔液压铣能正常工作，较深的槽孔　层发生漏浆时，主要堵漏手段是投入粘土、风化砂和　采用抓斗也能顺利通过．但预灌浓浆受钻孔工艺水　小石，以平推钻机沿槽长方向冲击挤密，改善地层结　平控制，深槽段因工期紧，砂卵石层厚，成孔难度大，　构，冲击钻平打一定深度后，用抓斗抓取适当深度，再　仅在局部地段进行膨胀粉膨润土浆预灌浓浆试验，未　投料冲击后再抓斗抓挖，冲抓反复进行通过该地层．　大量采用．　对漏浆很快情况则迅速向槽内投水泥、膨润土、膨胀　２．４陡坡段嵌岩施工　粉、锯末、稻草等堵漏．在生产性实验时试验过预灌　在左岸接头段高压旋喷生产性试验中模拟陡坡　∞∞∞∞　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷　第４期　曹　芡等　三峡二期围堰工程几个问题的研究及实践　３Ｏ３　（７Ｏ。）进行试验，高喷桩虽与陡坡能形成牢固结合，但　在孔深较大情况下，受钻孔精度制约，使高喷仅成为　一种补强措施．陡坡段仍采用防渗墙．　首先加密陡坡段先导孔布置以摸清陡坡形状，以　此调整陡坡段防渗墙槽孔布置参数．然后，在防渗墙　槽孔施工中，先用冲击反循环钻机或冲击钻机施工槽　孔的两个端孔，接近基岩时采用冲击钻机钻凿，陡坡　上因座钻不稳，造孔极易歪斜，发生歪斜则回填块石、　碎石或采用定向聚能爆破修正．当陡坡上出现台阶　时，以定位器定位采用ＳＭ一４００全液压工程钻机进　行ｆ￣ＦｆＬ爆破，爆破后用冲击钻冲击破碎直到终孔．两　端孔中间部位采用抓斗（或液压双轮铣）作业，接近基　岩时换用冲击钻钻凿，从槽孔内基岩最高点向最低点　平推（平移距离０．　ｍ）钻凿，并结合爆破施工槽孔的　基岩部分．　Ｉ期槽孔施工成槽并浇筑墙体混凝土后，施工其　两边的Ⅱ期槽孔．在施工兀期槽孔时，由于已成墙的　Ｉ期槽孔的墙体两边的支撑土体被挖出，墙体极易沿　陡坡滑动，为此，提高了墙体下部混凝土标号　（８　ＭＰａ），在浇筑混凝土时预埋灌浆管，待墙体施工　完成后加强灌浆并在灌浆管内加设地锚等来增强墙　体与基岩的结合力．在Ⅱ期槽孔施工成槽后，先从较　低一侧兀期槽浇筑混凝土，到其浇筑到较高侧Ⅱ期槽　高度时两侧同时浇，并保持同步上升．　２．５块球体、块石　对块球体、块石的处理主要采取爆破作业，一是　通过先导孔揭示的分布情况，对块球体密集区预先采　用全液压工程钻ｆ￣ＦｆＬ预爆；一是在Ｉ期槽槽孔钻凿、　抓挖、铣削过程中遇到的块球体、块石，采用槽孔内钻　孔爆破，或聚能爆破或采取裸爆，以及重锤冲砸破碎　等方法．在Ⅱ期槽孑Ｌ内则主要采取冲击钻冲击破碎　或重锤冲砸破碎，通过爆破震动监测试验，也采取了　一些限制药量的钻孔爆破和聚能爆破．还利用先导　孔，ｘｆ：ＹＬ内块球体和防渗墙终孔高程２　ｍ以上的硬岩　进行预爆破．对于较小直径的块石或块球体，在施工　中可用液压双轮铣或抓斗夹出，或采取重锤直接冲砸　破碎．　３　结语　二期上、下游围堰填筑和防渗墙工程达到抽水及　渡汛形象要求后，自１９９８年６月２５　Ｅｌ开始基坑抽　水．１９９８年汛期长江连续出现了８次洪峰流量大于　５Ｏ　０００　ｍ　／ｓ的洪水过程（两次洪峰流量达６１　０００　ｍ　／　ｓ），围堰较长时期处于高水位运行．二期围堰工程经　受住了１９９８年洪水的冲击，安全渡过了汛期．较三　峡工程总目标工期要求略有提前抽干基坑．检查围　堰渗漏情况，上游围堰渗漏总量约１５　１／ｓ，下游围堰　渗漏总量约５０　１／ｓ．上、下游渗漏总量仅为设计估计　量的１／１０．　参考文献：　［１］蒋养成，周厚贵，孙志禹，等．长江三峡大江截流工程　［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，１９９９．　［责任编辑　王迎春］