高海拔地區(qū)深水河道截流施工技術(shù)的研究與應(yīng)用

曹棟

（中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，四川 成都 611130）

0 引言

當(dāng)前，在三峽明渠、龍灘、長洲樞紐、錦屏一級、錦屏二級、沙灣、龍開口、亭子口、桐子林、楊房溝等重要水利項目的攔河工程中，均采用了立堵截流技術(shù)。由于該技術(shù)不需要搭建棧橋和浮橋，可以減少攔河施工的成本，因此成為當(dāng)前最佳的攔河技術(shù)。攔河施工中石料的拋投一般采用直接拋投、集中推運拋投和卸料沖砸拋投等方式。在建造高流量的深海河道時，使用鋼筋籠、混凝土四面體和巨型塊石填補空隙，建立一個阻擋洪水的區(qū)域。目前，我國高海拔地區(qū)截流工程普遍采用的大塊石拋填方法為單個塊石拋填或?qū)⑹瘔K整體鑿穿，用鋼絲繩捆扎串聯(lián)后拋填。例如，夏仲平［1］對水利水電工程導(dǎo)截流技術(shù)進行研究，提出采用混凝土四面體進行拋填的截流方法；針對高海拔地區(qū)截流施工技術(shù)，陳蕾［2］提出采用鑿穿大塊石進行串聯(lián)處理的方式，王憲芝［3］提出采用大型鋼筋石籠的方式拋填截流。這些截流方式解決了塊石串聯(lián)的問題，但無法解決施工效率和施工成本的問題。在高海拔地區(qū)，由于鉆孔工作量大，鋼絲繩用量多，鋼絲繩穿入塊石難度大，大型塊石在現(xiàn)場的汽車運輸成本高，因此造成整體成本投入較大、施工效率低下，尤其在高海拔地區(qū)人工勞動強度顯著降低的情況下，弊端更為明顯。因此，在高海拔地區(qū)的大流速深水河道，如何高效、精準(zhǔn)地完成截流一直是截流工程的難點問題之一。本文針對這個技術(shù)難題，以加查水電站截流施工工程為例，提出高海拔地區(qū)大流速深水河道的截流技術(shù)措施，以期為類似高海拔地區(qū)深水河道的截流施工提供借鑒。

1 工程概況與水文氣象

1.1 工程概況

加查水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)加查縣境內(nèi)，距離加查縣城上游約5 km，距上游梯級加查水電站約8.5 km，距下游梯級冷達(dá)水電站約26 km。加查水電站是雅魯藏布江干流中游桑日至加查峽谷段規(guī)劃5級電站的第5級，加查縣城距山南地區(qū)行署澤當(dāng)鎮(zhèn)約140 km，距拉薩約325 km，山南到林芝的306 省道從右岸通過，對外交通較方便。本工程為二等大（2）型工程，開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，無航運、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。電站具有日調(diào)節(jié)能力，河床式廠房內(nèi)安裝3臺120 MW 發(fā)電機組，總裝機容量為360 MW，設(shè)計引用流量為1 210 m3/s，額定水頭為34 m，平均年發(fā)電量為17.045億kW·h。

1.2 水文氣象條件

加查水電站坐落在青藏高原，該地區(qū)空氣非常稀少，大氣干燥，屬于高原的溫帶半潮濕氣候。壩址位于桑日—加查峽谷末端，加查縣城上游約5 km處，集水面積為158 031 km2，雅魯藏布江流域的徑流主要由降水、冰雪融水和地下水補給共同組成。經(jīng)調(diào)查，羊村水文站多年平均流量為986 m3/s，多年平均徑流量為311.2 億m3，徑流的年內(nèi)分配不均勻。加查氣象站在壩址以下約35 km 處，測站海拔為3 260 m。氣象站多年平均氣溫為9.3 ℃，其中極端最高、最低氣溫分別達(dá)到32.5 ℃和-16.6 ℃；平均年降水量為527.4 mm，長年日均蒸發(fā)霧量為2 084.1 mm，長年日均相應(yīng)溫濕度為51%，長年平均壓力為685.5 hpa；多年平均風(fēng)速為1.6 m/s，每年的最大定時風(fēng)力達(dá)到19.0 m/s；全年平均太陽輻射量為2 605.7 h，最高的凍結(jié)層高達(dá)19 cm。一年中的11 月到次年的4 月是干季，5月到10月是濕季。

2 截流施工技術(shù)要點

（1）在截流施工現(xiàn)場預(yù)先布置塊石加工區(qū)，對大型塊石進行鉆孔，深度一般為40 cm，通過高強植筋膠錨入?25 mm 鋼筋作為連接件，將連接件上部彎曲成圓形吊環(huán)。

（2）在截流施工中，將大型塊石用鋼絲繩穿過圓形吊環(huán)形成整體，鋼絲繩通過預(yù)制圓形吊環(huán)穿入比常規(guī)的方法更高效、經(jīng)濟，同時能達(dá)到快速吊裝、運輸、拋填的效果，解決常規(guī)方法施工鉆孔工作量大、鋼絲繩用量大、投入成本高等問題。塊石串在龍口能迅速抵擋水流沖刷，為搶占截流先機提供有利條件。

（3）將高強植筋膠錨入鋼筋材料，植筋膠錨固6 h后即可達(dá)到起吊拉拔的強度，可有效克服嚴(yán)寒氣候?qū)﹀^固強度的影響。

（4）形成整體的塊石串在大型河道工程截流施工中實用性強，能在龍口快速形成穩(wěn)固段，為實現(xiàn)成功截流提供有利條件。將塊石串的串聯(lián)組合應(yīng)用于截流工程，可節(jié)約鋼筋石籠、混凝土四面體等材料的投入。

3 施工工藝流程操作要點

截流施工的流程為測量放樣→截流預(yù)進占施工→塊石串制作→塊石串吊裝→龍口施工（合攏）。

3.1 測量放樣

戧堤的建造需要進行精確的測量和放樣，使用彩色旗幟區(qū)分其軸線、邊緣及材料的分布范圍、最大高度和最大寬度［2］。

3.2 截流預(yù)進占施工

使用25 t 的自動運輸工具將石灰和石料直接運送到戧壩上。在運輸過程中，需根據(jù)堤壩的穩(wěn)固狀態(tài)決定使用哪種運輸工具。運輸石灰和石料的方式一種是從堤壩上直接運輸，另一種是從河床上運輸；如果是河道內(nèi)運輸，應(yīng)選擇從河床上運輸。開挖石灰和石料過程使用1.6 m3和2.0 m3的液壓反鏟挖掘機，并且安排裝載機保證建筑物的安全。

3.3 塊石串制作

在截流施工現(xiàn)場布置塊石加工區(qū)，提前在加工區(qū)對大型塊石進行鉆孔。采用手風(fēng)鉆在大型塊石中間鉆孔40 cm，預(yù)埋?25 mm 鋼筋并留吊環(huán)，用割槍在預(yù)埋鋼筋的端頭切割5 cm 長的豁口，將專用的楔子打入塊石的孔中，打入前在孔中注滿植筋膠，保證塊石與預(yù)埋鋼筋能夠牢固地連結(jié)，植筋膠錨固的塊石在高海拔地區(qū)間隔6 h 后即可吊裝使用；端頭帶楔子的吊環(huán)裝置與大型塊石形成堅固整體，截流施工中將5～6個大型塊石連接成一體。

3.4 塊石串吊裝

使用16 t車輛吊把塊石串吊運至25 t自裝卸車，每輛車可以容納5～6個塊石。利用高強度的鋼絲繩、卡環(huán)把這些塊石緊緊地連結(jié)在一起，運輸至堤壩的最前端，用320/220推土機聯(lián)合推入龍口截流。

3.5 龍口施工（合攏）

（1）在戧堤龍口段，可采用全斷面推進和凸出上游挑角2種進占方式。

（2）為提高安全性，使用一種新的技術(shù)建造堤壩。這種技術(shù)可使堤壩的頂部與河岸軸線呈30°～45°的夾角，然后使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)建一個擋水堤壩，擋水堤壩由碎石、碎礫等材料支撐。根據(jù)堤壩的狀態(tài)，選擇使用不同的自動運輸工具完成拋填工作。

（3）為確保拋填的有效性，采用凸出上游的挑角法拋投塊石串。塊石串由工人在戧堤堤頭串成串，鋼筋石籠串和大塊石串采用推土機推趕，在龍口形成防沖磯頭，達(dá)到減少物料流失和穩(wěn)定龍口的目的，然后用塊石料和石渣料快速拋投跟進，并用鋼筋石籠對戧堤下游的坡腳進行防護。

3.6 注意事項

（1）戧堤非龍口段進占拋投采用的是中、小粒徑的材料，當(dāng)?shù)填^拋投的材料出現(xiàn)損耗時，應(yīng)先從堤頂?shù)纳嫌翁帓佂遁^多的大型的拋投物，維持堤頂?shù)姆€(wěn)定，使堤頭水流在下游側(cè)形成回流緩流區(qū)，再將中、小石塊拋填在戧堤軸線的下游側(cè)和上游側(cè)。

（2）為提升效率，應(yīng)盡快將現(xiàn)場廢棄物清理干凈，然后使用石頭和沙子填補河床。派遣專業(yè)人員修復(fù)河岸，以便能夠順利完成攔河作業(yè)。

（3）為確保施工安全，采取單戧雙向立堵進占的龍口合龍，把戧堤的頂部提升到1～1.5 m 的位置。為了更好地實現(xiàn)進占，可以利用自卸汽車把大塊的土方運到河里，或利用大型推土機把河里的土方運到岸邊。

（4）進行截流前，為確保自卸汽車、挖掘機、裝載機、推土機、吊車等重要工程設(shè)施的正常運行，需要定期維護和保養(yǎng)設(shè)備。此外，操作者只有在獲得相應(yīng)的技術(shù)資格認(rèn)可后才可以進行相關(guān)工作。

（5）為確保戧堤的穩(wěn)定性，需要增派專業(yè)的管理團隊監(jiān)督施工過程中的機器操控及汽車行駛的安全；建立石碴埂，定期檢查堤岸的穩(wěn)定性，如果發(fā)生崩潰，立即采取措施，避免災(zāi)難性后果的發(fā)生。

（6）在進行拋擲操作時，應(yīng)使用水平斜坡測量船尾到河岸的距離。

（7）為提高效率，一個車隊的車輛盡可能裝載固定料場的拋投物。應(yīng)將所有裝載同一種材料的汽車做上標(biāo)記，按照隊伍編號進行管理。

4 質(zhì)量控制和安全措施

4.1 質(zhì)量控制

（1）加強對重點和難點工序的研究，實施嚴(yán)格的生產(chǎn)流程和標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。

（2）必須仔細(xì)審核和監(jiān)督儲存區(qū)域，滿足工程所有的材料需求。如果發(fā)現(xiàn)問題，必須立即采取措施更換材料、重新組裝材料等，確保達(dá)到最佳的儲存效果。

（3）在施工現(xiàn)場，對工藝流程、方法和參數(shù)進行實際測試，編寫測試報告并提交監(jiān)理工程師審核，以便為施工提供指導(dǎo)。

（4）在使用拋填材料時，必須遵守相關(guān)的工藝標(biāo)準(zhǔn)。將材料搬運到新地點前，應(yīng)對材料進行全面的質(zhì)量檢查，確保材料的安全性。

4.2 安全措施

（1）所有起重操作都應(yīng)該有專人監(jiān)督。操縱者應(yīng)確保操縱的安全性，避免任何形式的超載。此外，應(yīng)避免將未知的重物放置操縱臺外，以防止發(fā)生意外?？變?nèi)套管起拔必須先用液壓千斤頂將套管頂升至地面后，再用起重設(shè)備吊放至指定部位。

（2）嚴(yán)禁任何人員在吊車、反鏟作業(yè)范圍的半徑內(nèi)指揮、站立。

（3）指揮人員必須接受專業(yè)的技能培訓(xùn)。指揮人員在指揮過程中需要使用標(biāo)志性的口號和哨子并穿著帶有反光標(biāo)識的背心。

（4）在戧堤的兩端，需每隔2.5 m 進行一次安全檢查，確保人員安全。在檢查過程中，要及時懸掛、安裝有效的防護措施，如鋼絲繩、插銷、救生裝具及其他緊急情況的報告牌。

（5）在進行自卸貨運輸時，應(yīng)確保車輛與堤壩之間的間隔至少有5 m。為確保工程的順利進行，應(yīng)使用拋投的方法堆放物品。在進行堆放時，確保司機的座椅和前擋風(fēng)板處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且及時啟動裝載機和推土機，以備不時之需。

5 結(jié)語

本文提出在特殊環(huán)境下用專用裝置及材料對大型塊石進行串聯(lián)處理，能有效抵擋高流速水流沖刷，在龍口快速形成穩(wěn)定區(qū)；同時，能減少材料用量，節(jié)約成本及工期，為實現(xiàn)成功截流提供有利條件。該技術(shù)的成功應(yīng)用，減少了人力、材料、設(shè)備等投入，有效節(jié)約工程成本約138.5 萬元，經(jīng)濟效益顯著。該技術(shù)解決了高海拔地區(qū)大流速河道截流效率低、鉆孔工作量大、運輸成本高、成本控制難度大等諸多問題，在復(fù)雜環(huán)境截流工程中具有較高的推廣價值。