——明渠截流的特点、技术措施与实施方案介绍

　　明渠截流的规模虽不及1997年的三峡工程大江截流，但由于其水位落差大、水流流速高，加之施工条件又受到许多限制，明渠截流水流总能量表征的综合难度将是世界之最。

　　-明渠截流的特点

　　一、明渠截流落差大、龙口江水流速快、明渠底部又是平整光滑的混凝土面，抛投物料难以站住。

　　1997年大江截流的特点是水深。由于下游葛洲坝工程已建成，三峡大坝坝址最大水深达60米，因此大江截流可以说是在水库里截流，截流围堰是深水围堰。既是深水围堰截流，截流戗堤堤头极易坍塌，截流风险和难度很大。与1997年的大江截流相比，今年要进行的明渠截流的风险和难度更大。为什么呢？大江截流是截断900多米的主河床，把坝址上游来水逼到从人工开挖的350米宽的导流明渠通过，其过流断面是5600平方米。明渠截流则是截断350米宽的导流明渠，把坝址上游来水逼到从22个宽6米、高8.5米的导流底孔通过。而22个导流底孔的过流断面只有1122平方米，只是导流明渠的五分之一。江水在被逼改道时，江水通过导流底孔不像通过导流明渠那样畅通。于是，截流过程中，就必然出现截流戗堤上游水位上涨幅度大、江水通过龙口的流速加快的情况。根据模型试验和水力学计算，截流设计流量为每秒10300立方米。明渠截流时上下游的最大落差有4.11米，截流龙口最大平均流速每秒7米左右。这样的落差和流速，使得抛投下的单个重3-5吨的特大石块和目前制作的比重2.4、单个重量20吨的混凝土四面体都站不稳。加之导流明渠系由人工开挖而成，明渠底部是平整、光滑的混凝土面或基岩面，要使抛投物料站稳更加困难。这样的落差、流速及渠底形态，使得明渠截流的难度和风险很大，以目前的施工手段和强度，采用单戗堤立堵进占是没有把握的。

　　二、难度既高，而截流施工条件又受到许多制约。

　　导流明渠截流的左岸是二期工程的混凝土纵向围堰，有如孤岛，没有陆路交通，截流进占只能以从右岸进占为主。虽然，在左岸混凝土纵向围堰上游端，已开辟了一个左岸截流基地，但只能存储5万方备料。这5万方备料只能在上游戗堤合龙时用，以尽可能地增大抛投强度，降低一点截流风险。下游戗堤则是完完全全的单向进占了。再者，长江是黄金水道，截流施工需兼顾通航。要兼顾通航，这就使截流戗堤预进占的长度受到制约，给准备工作增加了难度。

　　-明渠截流的技术措施

　　一、针对明渠底部光滑平整的情况，截流进占前，先在上下游围堰截流戗堤的龙口部位抛投钢架石笼和合金网石兜，垫底加糙，进而形成一道水下拦石坎，以减免截流合龙时抛投物料流失到戗堤以外。

　　明渠上游戗堤长441米，进占以右岸进占为主，从左岸截流基地预进占仅有10米，故其龙口段仍是在围堰左端，龙口段长设计为150米。下游戗堤长447米，完全是从右岸单向进占，故其龙口段紧靠左岸混凝土纵向围堰，龙口段长设计为125米。上游围堰的水下拦石坎是用318个长宽高均为2.5米、重25吨的钢架石笼铺就的，拦石坎长132米、宽15米、高2.5米。由于下游围堰的水下拦石坎在三期工程完工后需要全部拆除，为便于水下拆除，下游戗堤的水下拦石坎是用1000多个单重10吨的柔性合金网石兜垒成的。拦石坎长90米、宽3米、高3米。这样，在截流合龙时，抛投物料被高速水流冲走时，就会在这道水下拦石坎的上游方停下站住。

　　二、采用上下游双戗同时进占以分担落差，降低截流难度。

　　由于明渠截流的落差和流速等水力学指标都很高，单戗堤立堵截流没有把握，经过模型试验和水力学计算，采用上下游围堰截流戗堤同时进占分担落差的截流方案，可以有效降低截流难度。分担的比例以上游围堰承担三分之二，下游围堰承担三分之一最为理想。明渠截流时采用上下游双戗立堵方案，实施时必须精心组织、统一调度，确保上下游戗堤按设计要求同步进占，分担落差。

　　三、在合龙的关键时刻，采用特大石块串、混凝土四面体串、加重混凝土四面体和加重混凝土四面体串，以确保截流一举成功。

　　尽管采用了上下游双戗同时进占的截流方法，假定进占的速度与分担的落差也符合设计的要求，上游龙口宽部位的流速仍很高，单宽能量仍很大。以上游龙口宽50米为例，每米宽的江水在每秒所产生的能量近150吨。这样大的单宽能量，可以使比重为2.4吨、单个重20吨和30吨的混凝土四面体一入水就被冲走，当混凝土四面体漂移下沉到江底时，已越过了围堰下游侧的水下拦石坎，从而使混凝土四面体和3-5吨的特大石块根本发挥不了作用。

　　如果说特大石块、混凝土四面体都还是截流的常规武器的话，那么特大石块串、混凝土四面体串、加重混凝土四面体和加重混凝土四面体串，则无疑是重型武器甚至是导弹了。当常规武器发挥不了作用时，就用重型武器、用导弹。施工时，当特大石块、混凝土四面体运到围堰戗堤堤头后，就用强度足够的钢丝把它们串起来，再用大功率长臂推土机将其推至堤端入水。如果出现上游戗堤分担的落差超过三分之二的不利情况，就直接加抛含有15%的废铁块、比重达到3.25、单个重量30吨的加重混凝土四面体。如果再出现更为恶劣的情况，还可以将加重混凝土四面体也串起来，用大马力长臂推土机推赶抛投。根据模型试验和水力学计算，采用特大石块、普通混凝土四面体和特大石块串、普通混凝土四面体串已能够截住明渠。但为保险起见，还是决定制作一定数量的加重混凝土四面体，作为应对意外的截流预案。

　　四、利用先进技术，进行有效的水情雨情预报，选择截流有利时机。

　　考虑到围堰形成后还要在其保护下，在明年6月10日前完成110多万方的碾压混凝土围堰，明渠截流的时段并非选择在江水流量最小的1月下旬至2月下旬，而将明渠截流的合龙时段选择在11月下半月。经过对120年水文资料分析，选定截流合龙流量为每秒10300立方米。明渠截流的设计及施工安排即以这个流量标准来考虑。所以，只要预报流量连续3-5天低于每秒10300立方米，合龙施工就可以开始。

　　从10月8日起，三峡梯级调度中心在完成长期水情气象预报的基础上，已推出预报精度更高、预见期为7天的滚动预报。截流期间，三峡梯级调度中心还将逐日发布未来1-3天、3-7天的三峡坝址流量、水位预报，未来12、24、48小时三峡区间、乌江、嘉陵江、沱江、岷江各流域定量降水。在每旬末制作发布下旬流量预报，并逐月制作发布最大、最小流量及相应坝区各站水文预报和月平均流量预报。

　　五、加强现场监测、实施现场数据及时反馈、动态决策，科学有效地组织截流实施。

　　截流时，上下游戗堤同时进占，使其按设计要求分担落差，对明渠截流成功至关重要。但由于上下游戗堤进占施工的水力学条件不一样，也由于上下游戗堤的抛投物料并不完全相同，抛投强度也不尽相同。要使上下游围堰同步进占，按设计要求分担落差，是有相当难度的。实施过程中，上下游戗堤的推进速度、上下游戗堤头的水流流速、流态、上下游水位、上游来水流量、导流底孔分流量以及水下地形、抛投料流失、河床冲淤等情况的反馈是十分重要的，只有这些数据反馈得及时准确，截流指挥才不至于出现失误。目前，坝区现有水文站14个，截流施工时，还将在截流河段的上下端、上下游围堰与连接处的上下侧、上下游戗堤堤头的上下侧、上下游截流戗堤之间的左右岸设置水文站。这些水文站将通过各种快速测验设备观测各相关部位的水位、流速、流量、水下地形冲淤等，并通过先进的信息传输系统向截流指挥机构反馈信息。另外，水工模型也将及时进行跟踪试验，为决策提供依据。

　　-明渠截流准备及实施方案

　　一、上下游围堰总工程量为310万方，现有备料560万方，综合备料系数为1.6。

　　560万方备料分布在18个料场。其中1个料场在上游围堰左端的左岸截流基地，17个在明渠右岸。右岸17个料场中，靠近上游围堰的有9个，靠近下游围堰的有7个。在上下游围堰之间设有备用料场1个。上述18个料场现有备料560万方。备料的种类有块石料、风化沙、石渣混合料、风化沙混合料、大石块、特大石块、混凝土四面体。作为截流预案的200个加重混凝土四面体，葛洲坝集团正在加紧制作。

　　二、截流施工道路宽阔、坚实、畅通；截流指挥中心、停车场、油库、设备拼装调试平台全面建成；风、水、电布置完毕；各监测人员及设备全部到位。

　　截流施工道路在10月中旬已全面形成。西陵大道延长段已将明渠右岸的三让路和西陵大道连在一起。上游9个料场间的临时道路已形成环行线，让茅路横穿上游围堰料场。下游料场紧临西陵大道，下游料场之间的道路已延伸拓宽并与西陵大道接通。从上下游截流基地到上下游截流戗堤的进占道路已于10月中旬形成。

　　320平方米的上游截流指挥中心位于关门洞开采料场左侧，240平方米的下游截流指挥中心紧靠右岸24-26号机开挖基坑。上游停车场位于11号料场左侧，面积20000平方米，上游停车场位于14号料场，面积8000平方米，场内皆有120平方米的活动房。用于拼装调试防渗振孔高喷设备的两个拼装调试平台，分别位于上下游围堰的右上角。作为明渠截流油库的右岸青树坪油库总库容120立方米，有一台加油泵、三台加油机。现场加油将用油罐车送油到现场加油。为防渗高喷墙施工提供动力和水的风、水、电设备也已布置完毕。另外，为截流指挥提供相关数据的监测人员及设备也已全部到位。

　　三、上下游围堰水下拦石坎已于10月中旬抛投铺筑完毕。

　　事关截流成败的上下游围堰水下拦石坎从9月20日开始施工，到10月18日已全部结束。

　　四、等待决战：围堰进占及围堰填筑施工。

　　目前，三斩长江的葛洲坝集团已建立起截流的设备、人力资源、现场生产组织、技术、物资供应、质量、安全等10大保障体系，将在长江截流初试牛刀的武警水电部队也已经做好全面准备，正严阵以待，只待国务院下达截流开工令了。

　　围堰建成后的断面是下大上小、叠在一起的两个梯形。下面的大梯形多在水下，上部小梯形全在水上，水下部分施工完成后再施工上面部分。

　　其宽度及高程见表(单位：米)。(备注：表格见当期报纸)

　　上游围堰水下梯形的背水侧是截流戗堤，迎水侧是石渣戗堤。两堤中间的凹槽因为要做防渗墙，故用细小的风化砂填筑。

　　围堰戗堤进占时，在堤头分三处卸料，戗堤轴线及上下侧各一个。运料自卸车以不同的颜色标识不同的抛投物料，每辆运料车辆皆有编号，运料车辆抵达戗堤堤头时，编队指挥人员根据车辆颜色标识指挥编队。进场车辆从戗堤两侧走，中间留出一条空车退场道路。

　　上下游戗堤施工水深分别达18米和23米，也就是说，要在水下筑起一道六、七层楼高的戗堤。因此，要特别防止堤头坍塌的险情。预防堤头坍塌的办法是尽量采用戗堤全断面进占，当全断面进占难以推进时则采用凸出堤头上游侧形成挑角，使挑角下游形成回流区，防护堤头进占。进占时根据堤头稳定情况，相机确定自卸汽车直接抛投或自卸汽车在堤头卸料再用推土机赶料入水。另外，适当降低进占面高程，加宽进占面宽度，也可以增加安全裕度。在龙口段进占时，如果出现戗堤推进缓慢甚至停滞不前时，就抛投大石块和混凝土四面体，若仍不见效，就在堤上将大石块和混凝土四面体用钢丝绳串起来，用推土机赶推到江中。

　　围堰填筑在戗堤进占到一定长度后尾随跟进，一般大约滞后戗堤30-40米。戗堤合龙施工时，因为抛投强度非常高，围堰填筑停下，合龙结束后，再进行龙口段的围堰填筑。

　　五、高强度的围堰防渗施工和帷幕灌浆施工是明渠截流工程的又一硬仗。

　　明渠围堰防渗施工主要采用钻喷一体化的振孔高喷技术，施工时以大功率的振动锤将高喷管快速穿过围堰插至基岩的设计深度，然后旋转提升喷管，提升的过程中进行高喷灌浆。提至孔口后再移至相邻孔。这种新技术送管速度快，中间不用装卸喷管，可以连续施工，不分序，不待凝，既可快速施工，又能保证防渗墙体的连续完整性。

　　尽管如此，要在一个月的时间里完成20090平方米防渗墙施工，仍是有相当难度的，其施工强度在国内尚无先例。由于工期太紧，防渗施工将紧随围堰填筑进行。

　　三期上下游土石围堰高喷防渗墙形成后，对于墙体与堰基接触面、基岩透水岩体右岸坡透水带采用帷幕灌浆处理，其强度高、工期短，也是一场硬仗。(田宗伟)

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