1、三峡工程施工导流中的几个技术问题魏根成 （国电公司西北勘测设计研究院西安，710065） 关键词：施工导流；明渠通航；截流合拢；防渗墙；围堰挡水发电摘 要：三峡工程采用三期导流、明渠通航的施工方案，由于长江水量大、截流水深，致使围堰工程量大、工期紧、施工强度高，在各期围堰施工中遇到不少技术难题，但通过施工实践，取得了成功的经验，其中碾压混凝土围堰挡水发电、导流底孔与深孔联合渡汛、导流底孔跨缝布置的处理方法、二期围堰施工措施、二期大江截流经验等，都具有三峡工程特色。在江河上修建水利水电工程，施工导流是工程施工必须研究的重大技术问题之一。由于受江河来水周期性控制，工程施工进度往往是和洪水赛跑。又由
2、于施工导流建筑物属于大型临时工程，在工期紧、任务重的情况下，往往采用施工技术超前、大胆、灵活多变的处理方案，在实践中取得了丰富的施工方法和经验。三峡工程也不例外，在施工导流各阶段都遇到不少技术难题，但都得到妥善的解决，为水电工程施工做出了新的贡献。1 一期围堰施工一期土石围堰布置经过中堡岛左侧，束窄河床 30，轴线长度 2 50236 m，堰顶高程为 80 m，围堰高度为 3040 m，渡汛标准 P5，Q72 300m3s，渡汛水位为78.3m,土石方填筑工程量为 3285 万 m3，开挖 299万 m3，混凝土防渗墙 49 万 m2，帷幕灌浆 041 万 m，土工膜 492 万 m2，旋喷墙
3、 045 万 m2，1993 年 10 月 24 日开工，1994 年 6 月完成施工任务。该工程技术难点是，工期紧、强度高、施工技术复杂，为保证在一个枯水期内完成一期围堰工程施工，除加大围堰施工抛填设备外，还在围堰轴线的70m 平台布置钻机打先导孔，探知围堰轴线的地质变化情况。根据探测资料研究和修改围堰防渗结构型式，选用和加大施工设备的投入，以适应变化了的设计方案。在砂砾石覆盖层内含有 0525m 的花岗岩风化块球体的地段，坚硬块球体除对冲击钻施工带来困难外，还容易把块球体误认为是基岩，既影响施工进度，也影响质量。在这种地段，就改用混凝土防渗墙下接双排高压旋喷墙，既加快了进度，又保证了质量。
4、在堰基强风化岩层较厚地段、岩脉和断层带的强透水层地段，就改为混凝土防渗墙下接磨细水泥灌浆的施工方案，同样加快了施工进度，满足了设计要求。由于所采取的施工措施得力，技术可靠，使一期围堰按预定工期完成了任务，满足了渡汛要求。围堰防渗体系的总渗水量在 85115 m 3h 之间，满足了明渠干地施工的要求。所以，一期围堰防渗形式有 3 种：混凝土防渗墙顶接土工膜；防渗墙顶接土工膜，墙下接双排旋喷墙；防渗墙顶接土工膜，墙下接磨细水泥灌浆。根据实际地质条件，灵活的变更处理方案，为水电工程施工提供了成功的经验。2 明渠通航长江是黄金水道，三峡工程建设必须解决施工期通航问题。经多方研究，根据三峡坝址地形和水文
5、特性，制定了三期通航的导流方案：即一期导流为大江通航；二期为明渠加临时船闸通航；三期为永久船闸通航。临时船闸和永久船闸都是按船队通航要求设计的过船建筑物，但明渠是以过水为目标兼顾过船的建筑物，所以体型和水力学条件要求高。当来水 ms 以下，可通过长航船队；当来水流量超过 20 000m3s 时，所有船队从临时船闸通过；当来水流量超过45 000 m3s 时，实行长江断航，与天然河道通航情况无太大区别。为满足通航和导流要求，导流明渠设计成新月状，伏卧在长江右岸，明渠轴线长度 3 950 m，其中上游引航道长 1 050 m，渠身长 1 700 m，下游引航道长 1 200 m。明渠设计成复式断面
6、，最小底宽为 350 m，右侧渠底宽 100 m 的底高程为 85 m，左侧渠底宽 250 m 的渠底高程，从上引航道到下航道沿流程分 5级，即上引航道底高程为59m、58m、渠身段为50m、45m 出口段为53m 于三峡坝址处在葛洲坝水库回水区，根据渠身变化渠底高程也有所变化，使明渠水面线保持为均匀坡降，以满足通航要求。经过几年的运行，导流明渠实际通航情况为，来水流量在 10 00025 000 m3s 时，各类船队均能通过明渠，随着来水量的增大，船舶有所减少，当Q30 000 m 3s 时，只有大型客、货轮通过明渠，且下水多上水少；当 Q35 000 m3s 时，水翼船仍可通过。实践证明，
7、明渠实际通航水流条件优于设计情况。3 明渠分流由于导流明渠的体型是在不同流量情况下满足通航条件进行设计的，明渠进出口高程和水面线与大江连接平顺，所以过流量大，可以降低二期上游围堰的高度，分流条件好，可减轻大江截流的难度。明渠分流条件的好坏，除渠身体型按设计要求施工外，明渠进出口底坎的挖除也是个关键问题，必须满足设计要求。为解决这个问题，三峡工程提前一个枯水期在主围堰外修筑了低水围堰，将明渠进口段用干地开挖的方法，提前挖到设计高程，使明渠破堰进水时间提前 5 个月，为明渠进出口围堰的水下拆除赢得了时间，并保证了围堰拆除质量。所以在截流围堰预进占龙口宽度为 280 m 时，实现了大江断航，全部船队
8、经导流明渠通过，为减少截流龙口施工干扰创造了条件。1997 年 11 月 8 日，龙口最终合拢前夕，明渠过水面积已达设计断面的 813976，分流比为 9422，已达到设计要求。由于导流明渠分流条件好，为确保大江截流的顺利合拢提供了可靠的条件。4 截流龙口护底三峡工程大江截流的难点是江水深、流量大，经水工模型试验，当水深大于 30 m 时，截浪戗堤堤头抛料一次不能滚到底，在堤顶下 57 m 水深处形成堆料陡坡，当坡度达到 11 或更陡时，就出现堤头失稳坍塌，在 1015 m 处抛投料又形成暂时稳定坡，当受到扰动就形成第二次坍塌，对戗堤进占和施工机械及人员安全造成威胁。为解决截流水深这个难题，参
9、考国内外施工截流经验，结合三峡实际情况，决定采取分期抛料垫底的施工措施，即沿截流围堰轴线低于40m 的深槽部位宽 180 m，顺水流方向长 140 m 的范围进行平抛垫底至40m 于河床流速小于 3 ms，在截流前的一个枯水期用底开式驳船抛填砂砾料和中小块石进行河床垫底。经过一个汛期的冲刷，垫底高程无大的变化，汛后又将垫底高程提高到45m 垫底抛投量达 74 万 m3。使龙口水深降至 2123 m，这对保证截流成功起到了重要作用，既可减少截流水深又可减少截流龙口合拢工程量。5 二期围堰预进占三峡工程由于截流水深、流量大，相应的围堰工程量也大。为降低截流抛填强度和施工难度，采用分期预进占的施工措
10、施，从上下游围堰预进占到截流戗堤合拢，整个围堰工程分 2 个枯水期抛填完成。1996 年汛后至 1997 年汛前，上下游围堰从两岸同时预进占到龙口宽度为 460 m 和 480 m，又同时进行龙口河床垫底至 40 m 高程，以满足 20 年一遇流量 72 300 m3s 的渡汛和通航要求，相应流速为 34 ms。1997 年 910 月，上游截流戗堤预进占到龙口宽度为130 m，下游围堰龙口宽度 202 m。上游截流戗堤预进占抛投量达 1223 万m3，龙口合拢段只剩下 203 万 m3的抛投量，这说明截流戗堤分期预进占的措施，给削减龙口合拢工程量、降低截流难度起到关键的作用。6 截流合拢由于
11、葛洲坝水利枢纽的兴建，使三峡坝址水位抬高 2227 m，致使三峡大江截流水深达 60 m。但事物总是有两面性，由于葛洲坝水库水位壅高，尽管三峡工程截流流量达 11 600 m3s，但截流龙口落差只有 066 m，又由于龙口落差小，相应的流速也只有 42 ms，这样就减少了三峡工程截流的难度。1997 年汛后截流戗堤继续进占，从 9 月 12 日至 10 月 23 日形成 130 m 宽的龙口，实测龙口流速 333ms，落差 028 m。又从 10 月 26 日开始分 2 个阶段进行合拢进占，第一阶段为 10 月 26 日至 10 月 27 日，使龙口缩窄至 40 m暂停进占，实测流量 11 6
12、00 m3s，龙口最大流速 422 ms，落差 066m。第二阶段从 11 月 8 日上午 9 时，中央领导宣布截流合拢开始至 11 月 8 日下午3 点 30 分，历时 65h，截流戗堤合拢成功。实测长江来水流量为 8 480m3s，龙口流速 26 ms。三峡工程截流戗堤顶宽 30 m，施工中可 3 辆大型自卸汽车并排同时抛料，单戗堤进占的小时抛投强度可达 03 万 m3以上。据统计上下游戗堤和围堰进占最大日抛填量达 194 万 m3，小时抛投强度 171 万 m3，共用施工设备为2077 t 大型自卸汽车 300 多辆，大型挖掘机 60 多台，大马力推土机 29 台。由于有以上施工措施和有
13、利因素，使三峡工程大江截流合拢顺利完成。7 二期围堰施工三峡工程二期围堰按百年一遇洪水设计，设计流量为 83 700 m3s，相应最高水位为85m；用二百年一遇洪水保堰，流量为 88 400 m3s，相应最高水位为86.2m。二期上游围堰轴线长度为 1 4396 m，堰顶高程为 885 m，最大堰高为 825 m。下游围堰轴线长度 9985 m，堰顶高程为 815 m，最大堰高为 73 m。二期围堰土石方填筑量为 1 1284 万 m3，混凝土防渗墙为 96万 m3，土工膜 767 万 m2，帷幕灌浆 11 790 m，高压旋喷墙 8 570 m2。上游围堰混凝土防渗墙厚 10 m，在作用水头
14、超过 50 m 的部位采用双排混凝土防渗墙，墙中心间距为 6 m，墙顶高程 73 m，墙顶接土工膜至86.2m 混凝土防渗墙底部进行帷幕灌浆。下游围堰70m 高程以下为一排混凝土防渗墙，墙顶接土工膜至79m 进制同 m 高程，墙底进行帷幕灌浆，当作用水头超过 50 m 时，在混凝土防渗墙背水侧 1 m 距离设一排高压旋喷墙，施工中为赶工期，把下游围堰混凝土防渗墙厚度由 1m 改为 12 m，取消高压旋喷墙，缩短了施工时间。二期土石围堰，除围堰轴线上下游抛填块石和石渣棱体外，沿围堰轴线防渗墙部位抛填风化砂。深水中抛填风化砂靠自重密实度低，对防渗墙造孔孔壁稳定性差，所以在防渗墙轴线上下游 4 m
15、范围内采用振冲加密措施，用 540 mm 碎石充填，最深可加密 30 m 深，振冲加密后风化砂干容重可达 18tm 3。三峡二期围堰，1997 年 11 月 8 日截流合拢，1998 年 6 月 22 日上下游防渗墙单墙封闭，基坑开始抽水，8 月 6 日上游围堰第二道防渗墙完工，9 月 12 日基坑抽水按计划抽干，实测最大渗水量为 90Ls，低于设计值 600 Ls 的要求。二期围堰防渗墙施工，用液压双轮铣槽机、钢丝绳抓斗、液压抓斗、多头长墙钻机、冲击钻和冲击反循环钻机等，这些设备对三峡二期深水围堰防渗墙的施工适应性强，工程质量有保证，可靠度高。防渗墙施工中，用先导孔对围堰抛填料形成架空的部位
16、进行投入堵漏料和水泥膨润土浓砂浆充填，保证防渗墙造孔施工安全，创成墙 6 600 m2月的施工记录，确保近 10 万 m2防渗墙以高质量的按期完成任务。经观测仪器测知，上游围堰第一道防渗墙最大变位05 914 m。但变位曲线平滑，防渗墙最大压应力为 273 MPa，最大拉应力为 0045 MPa。均在墙体材料允许范围内，满足设计要求。8 三期截流三峡工程三期截流即是用低水土石围堰封堵导流明渠，江水由 22 个导流底孔通过，客、货船从临时船闸通过。由于截流时段选择和二期大江截流同期，仍是 11 月至 12 月，截流流量也是按 9 000 m3s 至 12 000 m3s 之间设计，但三期截流的分
17、流条件比二期截流条件相差悬殊。导流明渠底宽为 350 m，进口底高程为 50 m，而 22 个导流底孔的总宽度也只 226 m132 m，且底孔进口高程为 56 m。由这些基本条件比较就可知，三期截流远比二期截流困难。截流落差达 579 m，截流总功率为 6899 MW，是二期截流总功率 75 MW 的 9 倍，也是葛洲坝大江截流的 45 倍，施工难度相当大。但三峡工程有一流的施工队伍和设备，有在长江上 2 次截流的实践经验（三峡二期截流和葛洲坝大江截流），只要施工设备和抛投材料准备充分，取得三期截流的成功是有把握的，亦可用葛洲坝水库进行反调节，提高三期截流龙口的淹没度，以降低明渠截流的难度。
18、9 三期碾压混凝土围堰三期截流时，是在明渠进出口修筑低水土石围堰，并在坝轴线以上 114 m处修筑一道碾压混凝土高水围堰，与纵向围堰堰内段共同拦挡135m 的初期发电水位。并与三期下游土石围堰（堰顶高程 815 m）形成三期基坑，保护右岸厂房和坝段施工。三期碾压混凝土围堰按 20 年一遇洪水设计，百年一遇洪水保坝。三期碾压混凝土围堰轴线长度 572 m，最大堰高 121 m，总混凝土量 168万 m3。围堰顶宽 8 m，迎水面为垂直，在 7060 m 高程以下为 103 的斜坡。下游坡为 1075，最大堰底宽度为 106 m。堰体碾压混凝土为 3 级配R90150 ，抗渗标号为 S4，迎水面设
19、 48 m 厚的二级配 R90200 、S 8的富浆混凝土。明渠底板高程 58 m、50 m 以下 40 万 m3混凝土已先期浇筑，待明渠断流后 45 个月内，要从 50 m、58 m 高程浇筑碾压混凝土至 140 m 高程。堰体升高达 90 m，最大升高 23 m日，最高月浇筑强度达到 398 万 m3月。工期紧、强度高而且是背水一战。需要有严密的施工组织和详细的网络计划控制，才能完成这一攻坚任务，确保当年 6 月中旬蓄水，实现三期围堰挡水发电目标。10 导流底孔渡汛三峡工程布置有 23 个泄洪坝段，坝段分缝间距为 21 m（大坝最大底宽 126 m），在 23 个坝段中共布置 67 个泄水
20、孔口，即在 158 m 高程布置 8 m18 m 表孔 22 个，在 90 m 高程布置 7 m9 m 深孔 23 孔，在高程 56 m 布置 6 m8 m导流底孔 22 孔。其中除深孔布置在坝段中间外，表孔和导流底孔均为跨坝段布置。导流底孔主要承担三期导流和渡汛任务，其进口高程主要是根据三期截流的分流条件、碾压混凝土围堰施工进度、初期蓄水发电阶段的流量调节，保证下泄流量满足通航要求、导流底孔和深孔联合运用承担围堰挡水发电期间的渡汛任务等条件确定的。三期碾压混凝土围堰顶高程 140 m，按 20 年一遇洪水设计，百年一遇洪水不漫碾压混凝土围堰顶校核。导流底孔轴线长度 115 m，进口高程 56
21、 m，出口高程 55 m，孔口断面为 6 m8 m。由于导流底孔实际是导流泄洪孔，运行条件特殊，在坝轴线下游153 m 的孔身设平板检修闸门，在坝轴线下游 77m 处设弧形工作门，并在底孔进出口设反钩叠梁检修闸门，以满足泄洪和封堵底孔的要求。由于导流底孔为跨缝布置，发电渡汛最高水头可达 80 m，工作门出口流速达 32 ms 的含沙水流，为确保导流底孔的运行安全，采用跨缝板处理方案。即在 6 m 宽的地板上预留 1 m 厚的二期混凝土，在低温季节浇筑抗冲耐磨的钢筋混凝土跨缝板，加强导流底孔的整体性，以适应高速水流的要求。在跨缝板浇筑前，先进行横缝灌浆，以减小坝体混凝土收缩对横缝的影响，在工作门前后 145 m 的范围内还采用钢衬处理。为减少顶部跨缝板的施工难度，只在检修门槽前后 3 m 和工作门前 5 m 范围进行跨缝处理。并在顶部跨缝板内配 3 层4020 的钢筋，在底部跨缝板内配 2 层 4020 的钢筋，还在有压段孔周顺水流方向布置 2 层 3220 的温度钢筋，确保导流底孔的安全运行
