大藤峽水利樞紐工程圍堰拆除施工難點(diǎn)及對(duì)策

曾文專(zhuān)，謝濟(jì)安，張松濤

(1.中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，長(zhǎng)沙 410004；2.廣西大藤峽水利樞紐開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，南寧 537200)

1 概述

大藤峽水利樞紐工程是大(1)型水利樞紐工程，黔江主壩采用兩期導(dǎo)流方式施工：一期導(dǎo)流圍左岸，江水由束窄后的右岸主河道過(guò)流，在一期圍堰的保護(hù)下，左岸泄水閘、發(fā)電機(jī)組、船閘等工程于2020年全部建成并投入運(yùn)用；二期導(dǎo)流圍右岸，江水由左岸泄水建筑物過(guò)流，在二期圍堰的保護(hù)下，右岸泄水閘、廠(chǎng)房、擋水壩段及魚(yú)道等項(xiàng)目安全施工。二期圍堰由上、下游橫向土石圍堰和縱向混凝土圍堰組成。工程自2020年3月10日下閘蓄水，二期圍堰即承擔(dān)擋水重任，為右岸工程施工創(chuàng)造干地施工條件。2022年4月25日，工程通過(guò)建筑物擋水(52 m高程)驗(yàn)收，具備全線(xiàn)擋水條件，二期圍堰完成擋水使命。2022年5月1日，二期上游圍堰拆除施工正式啟動(dòng)，圍堰干地開(kāi)挖至48.6 m高程，充水完成后，48.6 m高程以下部分堰體拆除進(jìn)入水下施工階段。

二期上游圍堰在壩軸線(xiàn)上游約270 m處呈直線(xiàn)布置，上游圍堰左側(cè)與縱向圍堰上游段相連接，右側(cè)與右岸開(kāi)挖邊坡相連接[1]。圍堰總長(zhǎng)349.6 m，斷面結(jié)構(gòu)分上下兩部分，下部為擋枯水期圍堰，對(duì)枯水期圍堰進(jìn)行加高后形成擋大汛洪水圍堰。擋枯水期圍堰堰體的擋水標(biāo)準(zhǔn)為10 a重現(xiàn)期12月—2月月最大洪水，流量Q=4 920 m3/s，頂高程為29.87 m，防滲墻施工平臺(tái)頂高程為31.17 m。圍堰設(shè)計(jì)擋水標(biāo)準(zhǔn)為大汛50 a重現(xiàn)洪水，流量Q=44 900 m3/s，堰頂高程為54.30 m，堰頂寬10 m。對(duì)上游圍堰31.17 m高程以下填筑體及覆蓋層建造塑性混凝土防滲墻，并對(duì)防滲墻兩側(cè)砂礫石填筑體加密處理。土石圍堰31.17 m高程以上填筑體采用反濾料+土工膜+粘土進(jìn)行防滲處理。圍堰塑性混凝土防滲墻軸線(xiàn)長(zhǎng)279.58 m，防滲墻厚度1.0 m，嵌入弱風(fēng)化巖體1.0 m，最大深度約25.0 m，防滲墻采用“鉆鑿法”成槽施工方案。帽蓋混凝土拆除長(zhǎng)度為133.87 m，帽蓋梁混凝土厚度為0.5 m，寬度與防滲墻一致為1.0 m，混凝土量為67.0 m3，混凝土內(nèi)增加配筋，主筋為Φ16，分布筋為Φ8，鋼筋合計(jì)總量7 t。

二期上游圍堰拆除總方量為74.19萬(wàn)m3，最大開(kāi)挖水深為27 m，最大水下日開(kāi)挖強(qiáng)度達(dá)1.1萬(wàn)m3(右岸二期上游圍堰典型剖面見(jiàn)圖1)。

2 高水頭圍堰拆除施工

2.1 拆除施工難點(diǎn)

1)圍堰水下開(kāi)挖施工過(guò)程中受工程樞紐上游庫(kù)區(qū)水位及下游水位影響干擾較大，影響施工效率，同時(shí)需保證防洪度汛、船閘通航及機(jī)組發(fā)電需求，且受枯水年保旱調(diào)度要求，蓄水位較高，拆除水下最大水頭達(dá)27 m，施工難度較大。

2)防滲墻及上部帽蓋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)需水下爆破拆除，爆破后，水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)需結(jié)合探測(cè)情況進(jìn)行調(diào)整[2-3]。

3)拆除時(shí)間緊、任務(wù)重，開(kāi)挖設(shè)備如何合理布置，資源合理調(diào)配，保證施工進(jìn)度是拆除施工的難點(diǎn)。

2.2 拆除施工對(duì)策

通過(guò)分析研討，決定按照“先上后下，先背水面后迎水面，先左側(cè)后右側(cè)，先水上后水下”的原則分4區(qū)拆除施工[4]。具體分區(qū)見(jiàn)圖2。

根據(jù)施工規(guī)劃，對(duì)圍堰堰頂進(jìn)行了混凝土硬化，作為壩頂交通道路使用，因此圍堰拆除前用破碎錘對(duì)道路進(jìn)行拆除。

1)“1階段”拆除：為Ⅰ區(qū)干地開(kāi)挖階段，主要拆除圍堰48.6 m高程以上及圍堰背水側(cè)堰體。上游發(fā)電最低水位47.6 m，所以采用高于發(fā)電最低水位1 m的48.6 m高程為臨時(shí)擋水高程，Ⅰ區(qū)拆除范圍為48.6 m高程以上部分及圍堰背水側(cè)部分堰體。此時(shí)未拆除部分圍堰具備擋水條件，基坑不進(jìn)水，將干地施工最大化，月平均開(kāi)挖強(qiáng)度為34.1萬(wàn)m3/月。

2)“2階段”拆除：圍堰破口，二期基坑充水，3天完成充水，缺口位置選擇在上、下游圍堰與縱向圍堰接頭處，充水完成后上游基坑水位基本齊平上游水位，下游基坑水位基本齊平下游水位。

3)“3階段”拆除：為Ⅱ區(qū)水上開(kāi)挖階段，主要拆除圍堰48.6～43.6 m高程部分堰體。此時(shí)基坑內(nèi)開(kāi)始進(jìn)水，但堰頂仍高于庫(kù)水位。Ⅱ區(qū)圍堰拆除采取倒退拆除方式，采用反鏟挖掘機(jī)水下挖渣?？紤]長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)挖土深度為5.0 m，由此確定Ⅱ區(qū)拆除底高程為43.6 m，月平均開(kāi)挖強(qiáng)度為6.4萬(wàn)m3/月。

4)“4階段”拆除：為Ⅲ區(qū)、IV區(qū)防滲體水下開(kāi)挖階段[5]，主要拆除圍堰43.6～25.0 m高程部分堰體。此時(shí)堰體已完全淹沒(méi)在上游52.0 m高程水位以下，進(jìn)行水下開(kāi)挖施工。主要利用13 m3抓斗式挖泥船、4 m3抓斗式挖泥船進(jìn)行挖渣施工，泥駁配合運(yùn)輸渣料至臨時(shí)施工碼頭，碼頭處布置長(zhǎng)臂反鏟挖機(jī)+自卸汽車(chē)進(jìn)行渣料轉(zhuǎn)運(yùn)至棄渣場(chǎng)，月平均開(kāi)挖強(qiáng)度為13.3萬(wàn)m3/月。

2.3 圍堰結(jié)構(gòu)拆除

2.3.1結(jié)構(gòu)初步拆除

按照拆除程序，按計(jì)劃完成了Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)以及部分Ⅲ區(qū)、IV區(qū)結(jié)構(gòu)，依據(jù)拆除施工特點(diǎn)，圍堰塑性混凝土在圍堰上部48.6 m高程平臺(tái)跟管鉆孔至設(shè)計(jì)高程，一次爆破。水下出渣采用13 m3抓斗式挖泥船、4 m3抓斗式挖泥船配合泥駁統(tǒng)一拆除。對(duì)泄水閘上游150 m范圍內(nèi)以及廠(chǎng)房上游110.3 m范圍內(nèi)進(jìn)行了堰體松動(dòng)爆破，拆除工作總體受控。

水下聯(lián)網(wǎng)爆破單孔裝藥量計(jì)算：

Q=0.9×q0×a×b×H

式中：

Q——單孔裝藥量，kg；

q0——水下爆破單位炸藥消耗量(kg/m3)，暫取經(jīng)驗(yàn)值q0=1.0；

a、b——鉆孔的孔距、防滲墻寬度或鉆孔排距；

H——設(shè)計(jì)開(kāi)挖的厚度，m。

考慮水體阻力，單耗較陸地較大，同時(shí)為保護(hù)臨近混凝土、灌漿、錨桿(錨索)、設(shè)備及儀器安全，嚴(yán)格控制最大段單響藥量，對(duì)圍堰臨近主體建筑物處堰體等特殊部位拆除爆破時(shí)，最大段單響藥量根據(jù)允許的安全質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表1、表2)。

表1 建筑物允許爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn) cm/s

表2 機(jī)電設(shè)備及儀器的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn) cm/s

結(jié)合工程布置，針對(duì)不同保護(hù)對(duì)象類(lèi)型、距爆區(qū)距離及安全允許振速要求，核算出爆破最大單響藥量(見(jiàn)表3)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，爆破最大單響藥量按照45.4 kg控制[6]。

表3 不同保護(hù)對(duì)象爆破最大單響藥量

2.3.2拆除難點(diǎn)及對(duì)策

隨著Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)拆除工作逐步進(jìn)展，防滲墻附近帽蓋梁及導(dǎo)向槽部位開(kāi)挖進(jìn)展緩慢，開(kāi)挖效率低，初步分析原因后，對(duì)防滲墻爆破后水下開(kāi)挖斷面進(jìn)行了測(cè)量和水下攝像，水下探測(cè)顯示：① 帽蓋梁、導(dǎo)向槽爆破后，鋼筋與混凝土未解體，部分鋼筋外露，但未完全分離，形成了鋼筋與混凝土相連的大塊體；② 鋼筋被抓斗船抓取后，形成了扭結(jié)彎曲，鋼筋分布較為散亂；③ 防滲墻下游側(cè)倒?jié){平臺(tái)及硬化道路爆破后，混凝土面板僅部分出現(xiàn)了裂縫，未解體，面板完整性較好，現(xiàn)狀水下為整塊的混凝土面板，抓斗船開(kāi)挖施工難度大。

探測(cè)結(jié)果與初步分析原因基本吻合，處理對(duì)策如下：

1)倒?jié){平臺(tái)及硬化道路拆除

采用水下沖擊重錘進(jìn)行錘擊破碎，利用重錘下落的沖擊力，將水下現(xiàn)有混凝土面板破碎解體，混凝土面板厚度為0.3 m，重錘重量為15 t，將抓斗式挖泥船的抓斗更換為懸掛沖擊重錘，在倒?jié){平臺(tái)及硬化道路區(qū)域，根據(jù)測(cè)量放樣航標(biāo)示意，利用沖擊重錘將面板破碎解體，同一點(diǎn)位連續(xù)落錘，錘擊結(jié)束后利用13 m3抓斗式挖泥船在錘擊區(qū)域抓取渣料，通過(guò)抓取開(kāi)挖效率判斷，錘擊效果明顯，將倒?jié){平臺(tái)與施工道路混凝土面板徹底開(kāi)挖干凈[7]。

2)鋼筋水下切割

采取水下聚能藥包對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行爆破，經(jīng)水下探測(cè)爆破效果不理想，因此改用水下繩鋸切割施工工藝。繩鋸切割前對(duì)外露部分鋼筋進(jìn)行切割，由專(zhuān)業(yè)潛水員下潛至水下作業(yè)區(qū)域，對(duì)鋼筋外露部分進(jìn)行切割，切割主要針對(duì)帽蓋梁和導(dǎo)向槽混凝土內(nèi)Φ25、Φ16鋼筋(主筋)，按照順序，從右岸側(cè)向左岸側(cè)依次切割，按照2～3 m一段，依次切割完成。

3)鋼筋混凝土繩鋸切割

繩鋸切割范圍主要為上游圍堰右岸泄水閘上游150 m范圍堰體內(nèi)防滲墻頂部帽蓋梁、防滲墻兩側(cè)導(dǎo)向槽鋼筋混凝土[8]。

施工程序及方法：

① 防滲墻兩側(cè)范圍渣料清理：施工前，對(duì)防滲墻導(dǎo)向槽兩側(cè)區(qū)域內(nèi)填筑渣料進(jìn)行清理，為下一步繩鋸切割創(chuàng)造有利條件[9]。

② 設(shè)備定位：派潛水員探摸上游圍堰防滲墻帽蓋及導(dǎo)向槽水下情況，確定設(shè)備安放位置并定位，安裝切割機(jī)，對(duì)切割物件安裝金鋼繩，然后進(jìn)行繩據(jù)切割。

③ 切割：對(duì)水下導(dǎo)向槽及帽蓋鋼筋混凝土進(jìn)行切割拆除，具體方法為：利用金鋼繩鋸進(jìn)行分段切割，每段切割長(zhǎng)度約為1.5 m，每塊重量約為19 t，分次吊裝，切割完畢后利用抓斗吊裝船抓取上岸，利用泥駁船轉(zhuǎn)運(yùn)至臨時(shí)碼頭處堆放。

切割前用36 cm工字鋼做一個(gè)切割用的操作架，用吊機(jī)放在切割物件上，再用金鋼繩進(jìn)行反切，當(dāng)切割至物件下2 m深時(shí)，再轉(zhuǎn)向橫切，橫切長(zhǎng)度為1.5 m一段，每切一段后由潛水員攛切割繩往上切，切割完成后分2次吊裝[10]。繩鋸切割作業(yè)見(jiàn)圖3。

圖3 繩鋸拆除施工示意

2.4 施工安全、質(zhì)量保證措施

1)專(zhuān)項(xiàng)安全措施：密切監(jiān)控上游來(lái)水流量，流量小于20 000 m3/s時(shí)，船只正常工作。船只設(shè)備狀態(tài)完好并錨定，嚴(yán)格做好相關(guān)安全防范措施，定期對(duì)船上作業(yè)進(jìn)行安全檢查[11]。

2)潛水作業(yè)：提前做好入場(chǎng)安全教育，檢查潛水裝備完好，定期和水上聯(lián)系并聽(tīng)從水面電話(huà)員指令，作業(yè)過(guò)程設(shè)置專(zhuān)業(yè)人員全程監(jiān)護(hù)。

3)應(yīng)急預(yù)案：針對(duì)作業(yè)過(guò)程可能發(fā)生的船只損壞、溺水事故、爆破安全事故、機(jī)械傷害、和車(chē)輛交通事故等情況，明確了組織機(jī)構(gòu)并編發(fā)了應(yīng)急處置預(yù)案。

4)開(kāi)挖設(shè)備選型：圍堰水下拆除施工受上游水位影響較大，對(duì)水下開(kāi)挖抓斗式挖泥船及泥駁等要求高，施工前，提前聯(lián)系廠(chǎng)家并實(shí)地考察，提前選定設(shè)備型號(hào)及數(shù)量，設(shè)備水下最大開(kāi)挖深度、作業(yè)時(shí)最大水流速度等參數(shù)滿(mǎn)足施工要求[12]。

5)水下地形測(cè)量：在開(kāi)挖施工過(guò)程中及時(shí)跟進(jìn)水下地形測(cè)量，對(duì)欠挖區(qū)域及時(shí)補(bǔ)挖處理，避免重復(fù)二次開(kāi)挖[13-14]。

3 結(jié)語(yǔ)

大藤峽水利樞紐工程二期上游圍堰拆除工程，采取分區(qū)拆除方式將干地開(kāi)挖最大化，采用水下割除鋼筋、水下繩鋸切割鋼筋混凝土方式，拆除工作一次完成，施工效率高、成本較合理，達(dá)到拆除工作預(yù)期目標(biāo)，為工程安全運(yùn)行提供良好的條件，對(duì)類(lèi)似工程有重要的參考價(jià)值和借鑒意義。