減小水利樞紐工程截流施工難度措施的探討

陳 虎

(朝陽市凌河治理保護工程質(zhì)量監(jiān)督站，遼寧 朝陽 122000)

減小水利樞紐工程截流施工難度措施的探討

陳 虎

(朝陽市凌河治理保護工程質(zhì)量監(jiān)督站，遼寧 朝陽 122000)

截流是水利樞紐工程中的重要施工環(huán)節(jié)，截流施工的成功與否直接影響整個水利樞紐工程的施工進度。本文在介紹截流工程基本概念的基礎(chǔ)上，介紹了國內(nèi)某水利樞紐工程截流施工的過程，包括大江截流和明渠截流兩部分。另外，對大江截流和明渠截流的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入分析?？蔀樗麡屑~工程截流施工技術(shù)的提高，以及施工組織工作等提供應(yīng)用參考。

水利樞紐工程；截流工程；施工

本文以國內(nèi)某水利樞紐工程為實例，探討減小水利樞紐工程截流施工難度的措施。截流施工是水利樞紐工程中的關(guān)鍵建設(shè)環(huán)節(jié)，截流的效率和效果對整個工程的建設(shè)效果、建設(shè)進度都有著重要的影響。因此，本文對減小截流施工難度、提高截流施工技術(shù)水平、采用合理的截流施工方案等進行探討，目的是更好的完成整個水利樞紐工程建設(shè)。

在施工過程中，成功利用了水情氣象預(yù)報信息，準確的判斷出施工周期內(nèi)水流量較小的時間段，從而及時的調(diào)整了整個施工計劃，在流量較小的階段完成了難度最大的龍口合龍施工。通過有效利用基礎(chǔ)資料信息，合理調(diào)整施工計劃，降低了截流施工的工程難度，有效確保了整個工程的施工進度。

1 減小截流施工難度的措施

1.1 利用水文氣象預(yù)報信息

對施工所在地多年來的水文資料信息進行收集整理，利用水力學(xué)、水文科學(xué)、氣象科學(xué)等多個學(xué)科的知識和技術(shù)，對區(qū)域內(nèi)施工周期階段的河流水文情況進行定性或者定量的預(yù)測。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在枯水季節(jié)利用水文信息進行河流水文情況的預(yù)測基本是準確的，預(yù)測精度較高；而在汛期或需要對較長時期內(nèi)的水文情況進行預(yù)測的話，一般的預(yù)測精度還較差。因此，預(yù)測能力與施工周期是有很大關(guān)系的[2]。

1.2 利用河道天然流量變化

受到天氣以及施工現(xiàn)場上游蓄水建筑物情況等因素影響，河道的流量情況是在不斷變化的，而不會在施工期間保持固定的一個數(shù)字。在截流施工過程中，應(yīng)當高度關(guān)注河道的流量情況。

1.3 施工難度分析

對截流工程施工難度的分析是有效完成工程項目的重要前提，即使截流流量是完全相同的，不同的工程項目施工難度也是不同的。為了科學(xué)、合理的進行施工難度分析，需要應(yīng)用力學(xué)相關(guān)知識對項目建設(shè)各個階段中力學(xué)指標進行數(shù)學(xué)分析和計算。能夠反應(yīng)施工難度的參數(shù)包括龍口流速、截流落差、龍口單寬功率等。

本項目截流工程從龍口戧堤堆建施工開始，自龍口寬度100 m到完全合龍的整個過程中，反應(yīng)施工難度的各項參數(shù)指標隨著戧堤堆建的推進、龍口寬度的不斷縮小而逐漸加大，直到龍口寬度達到20～50 m時，整個施工難度達到最大值。在這之后，隨著戧堤繼續(xù)堆建，斷面面積繼續(xù)減小，各項指標也隨之減小，直至龍口最終合龍完畢。根據(jù)以往施工經(jīng)驗計算，對于寬度約為100 m的龍口來說，一般僅有30 m左右的戧堤施工是難度較大的。因此，只要合理利用水文氣象、水流流速等數(shù)據(jù)進行預(yù)測，及時的根據(jù)情況調(diào)整施工的進度計劃，避免在流量較大的階段開展難度最高的戧堤堆建施工，就可以有效的減小截流施工的難度。

2 大江截流和明渠截流施工情況

2.1 大江截流施工情況

在本項目中大江截流的施工部分使用的是上游戧堤立堵雙向進占、下游戧堤跟進的方式完成截流施工。本次項目的特點是截流水深深度大，最深位置的水深約為60 m(含覆蓋層厚度)，截流的流量大，約為14 000 m3/s，截流落差較小，約為0.65～1.05 m，戧堤施工的拋投強度較高，最大強度約為7000 m3/d，戧堤的堤基條件較為復(fù)雜，施工期間對河道的航運要求標準較高，拋投石渣料質(zhì)量較差。因此，本次施工的大江截流任務(wù)在世界范圍內(nèi)都屬于難度較高的。

在戧堤堆建的過程中，自龍口寬度130 m的位置到龍口完全合龍的過程中，施工最困難的階段出現(xiàn)在龍口寬度約為50～80 m的區(qū)間內(nèi)。根據(jù)當?shù)厮闹鞴懿块T水情氣象預(yù)測顯示，在10月1日—5日的階段，大壩的自然水流量遠小于設(shè)計方案中要求的15 000 m3/s的數(shù)值，僅為10 300～9700 m3/s，并且處于一個相對穩(wěn)定的周期。因此，施工部門迅速調(diào)整了施工計劃，在不影響整個航運要求的前提下，自10月1日起調(diào)配資源和人力集中于戧堤堆建的工程施工，加大了物料拋投的工作進度，從而加快了戧堤堆建的速度。9月30日時，龍口的寬度為120 m，至10月5日，寬度僅為45 m，成功的在水流量較少的階段完成了施工難度最大(寬度50～80 m)的施工任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，11月1日，整個水利樞紐工程的截流施工工作全面結(jié)束，按照原定計劃的時間安排成功實現(xiàn)了龍口合龍，截流工程取得了圓滿的成功[3]。

在大江截流的任務(wù)階段，成功利用了水文信息、水力數(shù)據(jù)分析技術(shù)，同時在高效的組織領(lǐng)導(dǎo)下，及時調(diào)整工作進度安排，及時抽調(diào)了充足的人員和物料、設(shè)備等，有效利用了水流量較小的優(yōu)勢，迅速完成了龍口合龍難度最大的施工部分，最終保證了截流工程的順利完工。

2.2 明渠截流施工情況

明渠截流部分的施工受到整體項目施工進度情況、工程技術(shù)難度、水文資料等因素的影響。明渠截流也采用的是戧堤立堵雙向進占的方案，其中上游戧堤承擔(dān)了2/3～1/2的落差，而由下游的戧堤承擔(dān)其余1/3～1/2的落差。與國內(nèi)、國際相關(guān)工程實踐情況相比，本次工程的各項力學(xué)指標難度都為最高，截流施工難度在國際上都是罕見的。

確定截流的方式。平堵截流的方式從力學(xué)指標角度來看是最優(yōu)的方案，但是實施平堵截流需要使用大量的鋼結(jié)構(gòu)，因此施工的費用較高且施工難度較大，一般來說完成平堵的準備工作都需要5～7 d的時間，這個過程的進度很難協(xié)調(diào)和控制。平、立堵相結(jié)合的方式也具有很好的力學(xué)指標，但是由于也采用了平堵的處理，因此具有和平堵截流方式相同的問題。立堵方式由于不需要前期準備工作，所以施工的過程比較簡單，而且可以快速組織開展高強度的施工，截流費用低，但是力學(xué)指標較差[4]。結(jié)合本項目的特點，最終選擇了立堵的截流方案，具體的戧堤布置結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 戧堤布置結(jié)構(gòu)圖

具體研究戧堤立堵雙向進占的方案后可知，隨著龍口寬度的不斷變窄，產(chǎn)生淹沒臨界點的h1/H0的值會不斷增加，直到戧堤堆建形成三角形斷面時達到最大值，之后，隨著戧堤堆建的繼續(xù)推進，值反而會不斷地減小。水流流量和河床本身的粗糙程度等因素對h1/H0的值影響相對比較小。在三角形斷面形成之前，要求h1/H0的值滿足大于等于0.67的要求，而在正式形成三角形斷面時，要求h1/H0的值能夠大于0.8。

急流水舌擴散邊界的計算方式如下：

(1)

式中：b為龍口寬度，m;x為戧堤進占長度，m;y為上游口門進占寬度，m;Fr為截流量，m3/s。

平均擴散角α的計算方式如下：

(2)

通過式(1)和式(2)，結(jié)合本項目的現(xiàn)場條件，可以計算得到戧堤的最小間距應(yīng)為0.53Fr·B。

由圖2顯示可知，截流落差對于戧堤的進占長度非常敏感。通過對戧堤進占寬度敏感性分析，發(fā)現(xiàn)了截流落差的規(guī)律，從而有針對性的制訂了控制截流落差的措施，成功的實施了戧堤立堵雙向進占方案。有效分散截流落差，降低截流施工的工程難度，為整個項目的成功打下了很好的基礎(chǔ)。

圖2 戧堤截流落差

3 結(jié) 論

水利樞紐工程是關(guān)系到國民經(jīng)濟發(fā)展、人民生活需要的重要工程項目，水利樞紐工程的質(zhì)量至關(guān)重要。截流施工是水利工程的重要部分，其設(shè)計的科學(xué)性、合理性直接決定了水利樞紐工程的安全性。本文介紹了截流工程的基本概念和工作流程，探討了減少截流施工難度的技術(shù)，包括利用水文氣象預(yù)報信息和利用河道流量變化情況減小水利樞紐工程截流施工難度兩種方式。并以國內(nèi)某水利樞紐工程截流施工為實例，分析了大江截流和明渠截流兩種施工關(guān)鍵技術(shù)。能夠為水利樞紐工程截流施工技術(shù)的提高以及施工組織工作等提供應(yīng)用參考。

[1] 楊文俊，鄭守仁.三峽工程明渠提前截流關(guān)鍵技術(shù)及措施研究[J].人民長江,2005,36(7):28-30.

[2] 段永芳.減小水利樞紐工程截流施工難度措施探討[J].水利水電快報,2003,24(16):32-33.

[3] 譚德寶，孫志禹.大江截流及二期圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)問題簡介[J].長江科學(xué)院院報，1997(4):7-9.

[4] 李風(fēng)標.大崗山水樞紐工程施工截流[J].水電與新能源，2012(5):41-43.

陳 虎(1983-)，男，陜西禮泉人，工程師，主要從事工程管理工作。E-mail:67871798@qq.com。

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