石角咀水閘重建工程中導(dǎo)流建筑物施工技術(shù)分析

何利芳

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

1 工程概況

石角咀水閘重建工程位于珠海市香洲區(qū)前山水道東側(cè)出口，下連灣仔水道，距離澳門水道約4.6 km，西北連香洲城區(qū)，東南與澳門接壤。閘址距珠海市城區(qū)中心約12 km，距廣州市中心約130 km，工程地理位置及對(duì)外交通見圖1。本工程是一座涵蓋擋潮、排水、御咸、航運(yùn)和交通等功能的大型水利工程。主要建筑物包括攔河水閘、船閘、泵站、市政橋及兩岸連接道路等。樞紐布置從右至左依次為10孔水閘總寬度145.00 m、排澇泵站擋潮閘總寬度31.25 m、江心洲總寬度32.60 m、5孔水閘總寬度72.20 m及船閘下閘首總寬30.00 m。交通橋布置在水閘的上游，兩岸連接公路約1 km。水閘管理所仍位于江心洲現(xiàn)水閘管理所的位置不變，船閘管理所位于船閘下閘首左岸。本次重建工程雖然布置有船閘，是滿足長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃要求，但目前前山河段無通航要求，故施工期無通航要求及影響；取水口不在工程施工范圍內(nèi)，也不影響周圍供水需求[1]。

圖1 石角咀水閘重建工程地理位置

2 工程地質(zhì)條件

區(qū)域位于珠江三角洲斷陷區(qū)南緣，珠江口西岸，西部有西江磨刀門出?？?，南臨南海。區(qū)內(nèi)原為淺海環(huán)境下的古海灣，孤立海島分布其間，隨著時(shí)間的推移，大量泥沙不斷淤積，淺灘逐漸升高，岸線向南推進(jìn)，孤島與平原相連，形成現(xiàn)今低山丘陵與三角洲沖積平原相間分布的地貌形態(tài)。

閘址區(qū)位于前山河出?？诟浇?，地貌類型主要為海陸交互沉積形成的三角洲平原地貌。地形平坦、開闊。水閘西面為南屏山，山脊走向?yàn)镹EE-SWW，山脊高程100 m～200 m。水閘東部為跨境工業(yè)園，房屋建筑密布，地面高程一般為1.0 m～5.0 m。

3 施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)

3.1 導(dǎo)流時(shí)段及導(dǎo)流流量

前山河流域洪水主要通過中珠聯(lián)圍內(nèi)的大涌口水閘、廣昌水閘、洪灣水閘和石角咀水閘等4座排水閘排除。石角咀水閘排水占整個(gè)中珠聯(lián)圍的55%，廣昌水閘占排水總量的6.15%，考慮到廣昌水閘改擴(kuò)建工程與石角咀水閘重建工程可能存在工期重疊，如果石角咀水閘施工期間，廣昌水閘亦因施工期影響不能導(dǎo)流，石角咀水閘需承擔(dān)60%的分流流量，所以石角咀水閘全年及分期施工洪水及閘上水位可能會(huì)出現(xiàn)廣昌水閘參與導(dǎo)流或不參與導(dǎo)流兩種工況。石角咀水閘全年及分期施工洪水特征值見表1。

表1 石角咀水閘全年及分期施工洪水特征值

本工程若選用全年導(dǎo)流，施工洪水流量較大，可全年施工，施工時(shí)間充裕；而11月～次年2月洪水流量最小，但時(shí)段太短，難以安排組織施工。根據(jù)本工程布置及現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)流條件，初步確定一期施工選用10月～次年4月的導(dǎo)流時(shí)段，二期施工選用全年的導(dǎo)流時(shí)段[2]。

3.2 導(dǎo)流方式

本工程有一非常有利的施工導(dǎo)流條件就是利用現(xiàn)有的河中江心島將項(xiàng)目劃分為左右岸實(shí)施，也就是分期導(dǎo)流。

(1)一期施工導(dǎo)流

第一期(第1年10月～第2年4月)先于江心島右側(cè)河道(主河道)中施工一期上下游橫向圍堰封閉形成基坑，于第一個(gè)導(dǎo)流時(shí)段內(nèi)完成右岸12孔水閘、泵站及右岸建筑物，此施工時(shí)段利用現(xiàn)狀左岸8孔舊閘及船閘控制上游水位及導(dǎo)流。一期導(dǎo)流期主要完成水閘閘頂(含泵站防潮閘)以下的主體結(jié)構(gòu)、上下游兩側(cè)翼墻、安裝調(diào)試好水閘閘門；同時(shí)泵房進(jìn)水池(含閘門)、泵房、出水池完成形象在拆除一期圍堰后應(yīng)具備擋水條件。

左岸現(xiàn)狀8孔舊閘閘孔凈寬5 m，底高程為-2.91 m；舊船閘凈寬14 m，底高程-3.2 m，一期導(dǎo)流總凈寬為54 m。根據(jù)表2當(dāng)發(fā)生10年一遇施工期洪水，10月～次年4月閘下水位為0.65 m，當(dāng)過閘流量選擇廣昌水閘參與導(dǎo)流流量為628.6 m3/s時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出相應(yīng)閘上水位為0.9 m，壅高0.25 m，未超過水閘上游警界水位0.9 m，故該導(dǎo)流方式可行。當(dāng)過閘流量選擇廣昌水閘不參與導(dǎo)流流量為685.8 m3/s時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出相應(yīng)閘上水位為1.02 m，壅高0.37 m，超過水閘上游警界水位0.9 m，故廣昌水閘不參與導(dǎo)流將造成上游圍內(nèi)受淹，統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 施工導(dǎo)流閘上水位計(jì)算表

本一期導(dǎo)流需利用舊船閘參與導(dǎo)流，考慮現(xiàn)船閘現(xiàn)狀多年未通航，需先清淤后過流，考慮船閘及其上下游共500 m范圍內(nèi)清淤厚1 m。并且要調(diào)試上下閘首閘門確保在一期導(dǎo)流期間能正常啟閉，滿足排水及擋潮功能，故更換現(xiàn)狀船閘上下閘首人字門的啟閉設(shè)備，選用型號(hào)為QRWY-2×800/2×400-3.0-B的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)及動(dòng)力站，上下閘首各一套，共2套。同時(shí)需拆除現(xiàn)狀下閘首封堵閘門及下游引航道中的封堵樁[3]。

(2)二期施工導(dǎo)流

第二期(第2年5月～第3年12月)于江心島左側(cè)河道中施工二期上下游橫向圍堰封閉形成二期施工基坑，于第二個(gè)導(dǎo)流時(shí)段內(nèi)完成左岸5孔水閘、船閘及左岸建筑物，施工項(xiàng)目較復(fù)雜，此施工時(shí)段利用一期建成的右岸10孔新閘過流控制上游水位及導(dǎo)流。

右岸12孔，過流10孔，新閘閘孔凈寬12 m，底高程-3.5 m，二期導(dǎo)流總凈寬為96 m。根據(jù)表3所示：當(dāng)發(fā)生10 a一遇施工期洪水，全年時(shí)段閘下水位為0.65 m，過閘流量選擇廣昌水閘參與導(dǎo)流流量為1195 m3/s時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出相應(yīng)閘上水位為0.767 m，壅高0.117 m，未超過水閘上游警界水位0.9 m，該導(dǎo)流方式可行。當(dāng)過閘流量選擇廣昌水閘不參與導(dǎo)流流量為1287 m3/s時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出相應(yīng)閘上水位為0.797 m，壅高0.147 m，未超過水閘上游警界水位0.9 m，該導(dǎo)流方式亦可行，統(tǒng)計(jì)詳見施工導(dǎo)流閘上水位計(jì)算表3。

本工程閘下游圍堰由于受外海潮位影響，圍堰需滿足表2中外海10 a一遇10月～次年4月潮位2.16 m；閘上游圍堰需滿足表3中當(dāng)水閘下閘擋潮時(shí)可能出現(xiàn)的10 a一遇全年時(shí)段閘上最高水位1.96 m。

3.3 導(dǎo)流建筑物

(1)導(dǎo)流建筑物布置

根據(jù)主體建筑物的布置特點(diǎn)及地形、地質(zhì)條件等進(jìn)行布置：

第一期(第1年10月～第2年4月)布置一期上下游橫向圍堰封閉右側(cè)河床形成一期基坑，利用現(xiàn)狀左岸8孔舊閘及船閘控制上游水位及導(dǎo)流，導(dǎo)流流量628.6 m3/s。

第二期(第2年5月～第3年12月)布置二期上下游橫向圍堰封閉左側(cè)河床形成二期基坑，利用一期建成的右岸10孔新閘控制上游水位及導(dǎo)流，導(dǎo)流流量1195 m3/s。

導(dǎo)流建筑物布置詳見圖SL 1924CT-910-02～03[4]。

(2)導(dǎo)流建筑物型式選擇

施工圍堰可選用鋼板樁、鋼筋砼、土石圍堰等結(jié)構(gòu)。

①鋼板樁圍堰。鋼板樁圍堰有結(jié)構(gòu)斷面小，占用河床少，可水下施工，但造價(jià)高，施工難度大，遇河床存在拋石孤石難以進(jìn)行下去等特點(diǎn)。由于單根鋼板樁最長(zhǎng)為18 m，一般建議5 m～6 m高度以下的圍堰根據(jù)地質(zhì)情況選用。

②鋼筋砼圍堰。鋼筋砼圍堰有可靠性高，結(jié)構(gòu)斷面可控制更小，但造價(jià)高，需干地施工等特點(diǎn)?？筛鶕?jù)不同的擋水高度選用不同的擋墻形式，多用于分期導(dǎo)流并可在一期圍堰保護(hù)下實(shí)施的二期縱向圍堰。

③土石圍堰。土石圍堰占用河床斷面大，但施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低，為河床水下填筑圍堰常規(guī)應(yīng)用。

④圍堰形式比選。本工程利用江心洲左右岸分期實(shí)施，只需設(shè)置攔河上下游橫向圍堰，一二期上下游橫向圍堰高度在5.8 m～7.5 m之間，此高度范圍適宜采用土石圍堰。故本階段選用膜袋砂圍堰及填土圍堰經(jīng)比較后確定。

(3)堰頂高程的確定

圍堰堰頂高程=設(shè)計(jì)洪水靜水位+堰頂超高。本工程一二期施工圍堰按10年一遇相應(yīng)時(shí)段施工洪水水位加安全超高0.5 m、風(fēng)浪壅高0.006 m以及波浪爬高0.734 m，經(jīng)計(jì)算圍堰堰頂高程為：一期上游圍堰堰頂高程為2.8 m，一期下游圍堰堰頂高程為3.4 m；二期上游圍堰堰頂高程為3.2 m，二期下游圍堰堰頂高程為4.0 m。施工導(dǎo)流特性見表3。

表3 施工導(dǎo)流特性表

4 導(dǎo)流工程施工

一期圍堰：第1年9月開始施工，為爭(zhēng)取時(shí)間，擬設(shè)兩個(gè)工作面分別從上游、下游右岸同時(shí)施工，于江心島處合攏，圍堰在第1年10月底前填筑完成。二期圍堰：第2年5月開始施工，亦設(shè)兩個(gè)工作面分別從上游、下游江心島開始同時(shí)施工，于左側(cè)河岸合攏，圍堰在第2年6月底前填筑完成。

(1)膜袋砂圍堰填筑

充填膜袋砂采用人工鋪設(shè)、定位土工膜袋，充填所需砂料由外購(gòu)砂料場(chǎng)提供，泵砂船運(yùn)至充填區(qū)，吹填至圍堰填筑位置，模袋按照一次充填→迸漿→二次充填→再二次進(jìn)漿→袖口部位人工補(bǔ)鎮(zhèn)的順序填至設(shè)計(jì)高程，保證袋體充填飽滿度不大于85%，厚度控制在400 mm～500 mm之間，充填體干密度不得小于14.5 kN/m3。

防滲土工膜由船運(yùn)、潛水員配合鋪設(shè)。

一期圍堰拋填塊石從Ⅲ1外購(gòu)石料場(chǎng)購(gòu)買，由2 m3挖掘機(jī)挖裝15 t～20 t，自卸汽車運(yùn)至工區(qū)，水下部分由小船運(yùn)、潛水員配合拋填，水上部分由人工裝8 t～12 t自卸汽車運(yùn)輸至施工面，人工拋填[5]。

二期橫向圍堰的填筑砂料、石料部分可利用一期圍堰的拆除料，不足部分從外購(gòu)料場(chǎng)購(gòu)買，施工工序同一期圍堰。

(2)圍堰拆除

一、二期橫向膜袋砂圍堰拆除：水上挖掘機(jī)配合破膜及拖膜拆除圍堰，堰體由自吸式泵砂船吸運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)統(tǒng)一由政府調(diào)配再利用，不列入永久棄渣量。

5 結(jié)語

本工程隸屬中山市管理的前山河石角咀水閘，位于珠海繁華的城區(qū)內(nèi)，又處在與澳門邊防交界，現(xiàn)狀舊閘連通兩岸的國(guó)防公路。水閘左岸上游為武警法二支隊(duì)營(yíng)區(qū)，下游為珠澳跨境工業(yè)園區(qū)，水閘右岸下游為邊防巡邏及瞭望塔區(qū)。在對(duì)工程建設(shè)條件進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了施工導(dǎo)流布置方案：利用現(xiàn)有的河中江心島將項(xiàng)目劃分為左右岸實(shí)施分期導(dǎo)流，為珠海市的發(fā)展提供必要的水源保證，更重要的是解決了居民生活供水問題。石角咀水閘重建工程導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)流方案的成功運(yùn)用，將會(huì)為其他類似重建工程提供寶貴的借鑒。愿我國(guó)的水電事業(yè)蓬勃發(fā)展。