单戗立堵截流施工工法

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1、前言
水利水电工程建设中，截流是工程建设的重要里程碑，截流施工的成败直接影响到工程总体施工进度。截流方法的选择，是截流成功的重要先决条件。在截流工程施工实践中，以戗堤截流法最为常用，该法又可分为平堵、立堵和平立堵三类。其中立堵截流以其施工简单、便于就地取材和机械化施工、施工准备工作量小、较为安全可靠等特点，成为截流工程广泛采用的施工方法。当截流落差不是很大时，一般采用单戗立堵截流。
长江葛洲坝工程大江截流和三峡工程大江截流均采用单戗立堵截流法施工，针对截流施工中的关键技术，中国葛洲坝集团股份有限公司联合清华大学、武汉大学等单位开展科研攻关，在成功解决了葛洲坝工程大江截流高水力学难关的基础上，针对三峡工程深水截流堤头坍塌和稳定等新的技术难题，通过采取平抛垫底、防护性进占等技术措施，确保了截流高效、优质、安全地合龙。通过工程实践，总结形成了适用于大流量、大深水、高流速条件下的单戗立堵截流施工工法。在长江三峡大江截流工程施工中，创造了截流流量突破10000m3/s、龙口水深突破60m、日抛投强度突破194000m3等多项世界纪录，施工关键技术达到国际领先水平，并获得了1999年国家科技进步一等奖。
本工法此后又相继在大渡河瀑布沟水电站截流、深溪沟水电站截流、雅砻江锦屏一级水电站截流等工程施工中得到应用，并进一步优化完善，创造了巨大的经济效益和社会效益。

2、工法特点
2.1  对戗堤龙口段深水部位进行平抛垫底，抬高底部高程，减小戗堤抛填水深，降低戗堤相对高度，从而减小堤头坍塌规模。同时增加河床糙度，提高戗堤基础抗冲刷能力，减少抛投料流失。
2.2  在戗堤进占过程中，采取裹头防护、堤头挑流、高强度抛投进占等防护性进占措施，增加堤头的抗冲刷能力，防止堤头坍塌。
2.3  在戗堤进占的不同区段，采用不同粒径的抛投料和不同的抛投方式，增加堤头稳定性。
2.4  施工组织方便，能发挥机械化作业优势，受地形、水文条件等限制较少，安全可靠，适用范围广。

3、适用范围
适用于截流最大落差不超过3m（一般情况下）、具备高强度抛投条件的大江大河截流工程施工。

4、工艺原理
单戗立堵截流是在河道截流的设计戗堤，从一岸单向或两岸双向向河床抛投进占，逐渐缩窄河床直至全部断流的截流方式。在水深较大的情况下，可预先对截流戗堤龙口段深水部位进行水下平抛垫底，抬高底部高程，降低戗堤进占抛投水深；在水流流速、落差较大的情况下，可预先抛投拦石护底，抬高底部高程，增加糙度，减少抛投料的流失量。进占开始前，以预进占方式自两岸构筑戗堤进行非龙口段施工，形成龙口，并将预进占堤头防护起来。与此同时，完成导流泄水建筑物，具备导流条件，根据水文气象条件，选择龙口进占时机，从一岸单向或两岸双向进行龙口段高强度抛投进占，一鼓作气将龙口堵住，截断水流。

5、施工工艺流程及操作要点
5.1  施工工艺流程
截流准备→平抛垫底（护底）施工、预进占施工→非龙口段进占→龙口段进占→龙口合龙。在戗堤进占工程中，围堰堰体跟进填筑。
5.2  操作要点
5.2.1  截流准备
截流准备是保证截流施工顺利的前提，主要包括技术准备、组织准备、资源准备、安全准备、实战准备等。
1  技术准备
1）截流水力学仿真计算
建立截流水流数学模型，模拟不同截流流量不同龙口宽度时河段内的水流条件，计算得出龙口区域的水力学参数，包括流速、水位落差、单宽流量、单宽功率、龙口过流量等水力参数及其分布和变化规律，同时计算出不同区段截流抛投材料尺寸和重量，进行多方案对比分析。
2）截流模型试验
根据《水电水利工程施工导截流模型试验规程》（DL/T 5361-2006），考虑截流工程规模、河道特性、截流流量等因素，选择适宜的模型类型和比尺，制作截流试验模型。采用单戗堤立堵方法进占，进行截流龙口位置及龙口宽度试验、定床或动床试验、抛投强度试验，观测龙口各项水力要素：截流流量、龙口过水宽度、流态、龙口流速、戗堤的上游和下游水位、导流工程进口前水位及导流流量、截流抛投料流失量以及堤头坍塌规律等。
将试验成果与仿真计算成果进行对比，验证截流数学模型的科学性和合理性，并进行综合分析，为制定施工方案和指导截流施工提供科学的参考依据，确保截流高效、优质、安全地合龙。
2  组织准备
结合现场施工实际，组建高效、精干、反应快捷的截流组织指挥系统。截流组织指挥系统由上而下分四个层次设置。第一层为决策系统，是截流总指挥部；第二层为指挥系统，由各个进占工作面的指挥所组成；第三层为保障和服务系统，由专家顾问组、施工技术组、生产调度组、质量安全组、设备管理组、物资供应组、劳人财务组、通讯保障组、医疗救护组、宣传报道组、交通保卫组等十一个专业组组成；第四层为实施系统，由施工作业队伍组成。
每一层的各职能机构要有明确的岗位，人员有明确的职责。设置有线和无线通讯进行联络，使决策的意图能很快落实到现场施工中，得到认真实施。
3  资源准备
1）施工队伍准备。结合截流所需指挥员、质检员、各类司机、操作手及各种技术人员等的岗位要求，开展岗位培训，使每一个参加截流的上岗员工都训练有素。
2）施工设备准备。根据截流施工强度进行设备配置，对抛投不同规格的材料要准备相适应的装运设备。挖装设备选用液压挖掘机和装载机，运输设备选用大型自卸汽车，堤头推动设备选用大功率推土机。对投入截流施工的大型设备提前检修、保养，使每一台设备都以良好工作状态投入截流施工。
3）施工抛投料准备。根据截流施工组织设计安排，做好各个料场的规划工作和各种抛投料的储备工作，并留有较充分的储备系数，确保截流的需要。
4）施工道路和器材准备。施工前，对截流道路进行规划和维护，确保截流交通通畅。施工需要的各种物资器材均应提前备足，并放置在最方便存取的地方。
5）水、电供应及通讯准备。根据施工规划，提前将水、电供应管（线）路铺设到各工作面，将无线通信设施开通到各施工工作面。
6）施工监测和信息管理系统准备。截流施工前，建立施工监测和信息管理系统，对截流施工进行全过程的监测，通过信息管理系统及时把水情等信息传递给参加截流的各方，为截流施工决策提供依据，保障截流顺利进行。
4  安全准备
1）建立安全保障体系。实行安全责任人负责制，对安全人员进行系统的安全管理培训，对参与截流工程施工的全体人员开展安全知识培训，提高全员的安全意识。
2)安全措施准备。根据施工组织设计中有关安全的要求，制定详细的安全规定、安全措施和应急预案，并在截流施工中贯彻落实。
3）安全设施准备。根据施工安全规定和措施，提前配备陆上、水下施工所需的各种安全设施，包括：钢丝绳、防滑链、插销、手提式照明灯、指挥旗、口哨、望远镜、信号枪、灭火器、救生衣、救生圈、铁锚等等。
5.2.2  平抛垫底施工
1  平抛试验
在平抛垫底施工前，进行平抛试验，确定抛投料在不同水深、不同流速条件下的漂移距离以及水下分离情况，为平抛垫底定位抛投和料源控制提供依据。
2  施工方法
1）平抛区按垂直围堰轴线方向每40～50m分成一个作业条带，用一艘趸船在条带内定位。定位船五锚作业，定位、摆动、移位准确灵活，在作业条带范围内可左、右摆动，上、下移动。
2）抛投料采用对开驳或侧抛驳运至抛填部位，依托定位船准确按顺序抛填。
3）组织测量专班，对抛投起点、终点、边坡、转点等控制点严密监测。定位船每次移位、定位均用岸上经纬仪交会，定位后的摆动和上、下移动用六分仪校位，准确控制设计抛填断面。
4）抛填5～6d后，施测1/1000水下地形图，然后按间距20m画横断面图。超过20m水深用回声仪施测，20m以内用测绳施测，当抛填接近设计高程时，用回声仪检测。
5）对照设计断面，检查水下抛填地形，发现漏抛及时补抛。
5.2.3  预进占施工
对于抛填工程量较大的截流工程，为缓解进占施工压力，消减高峰施工强度，可提前进行预进占施工。
1）预进占的时间一般在截流的上一个枯水期。
2）进占前，清理围堰防渗墙轴线上、下侧各5.0m范围内的块石和两岸岸坡的覆盖层。
3）在预进占堤头形成回车场和码头，为非龙口段和龙口段进占创造条件。
4）预进占段施工完成后，对堤头做防冲裹头，裹头要能抵抗汛期的洪水冲刷。
5.2.4  非龙口段进占
1）非龙口段应尽量提前进占，为围堰抛填及防渗墙施工赢得时间。截流当年的汛期结束后即可开始非龙口段进占施工。
2）对于有通航要求的河道截流，需妥善解决进占施工与航运的矛盾，合理确定非龙口段的进占长度，避免进占施工与通航相互干扰。
3）非龙口段进占采取戗堤领先，围堰堰体填筑和防渗施工随后跟进的方式。各填料区保持滞后10m至20m跟进，防止各填料区相互侵占。
4）在进占过程中，抛投料出水面后，及时采用石渣加高，对戗堤顶面用碎石或粗颗粒风化砂尾随铺筑，并安排专人养护路面，确保施工道路满足大型截流车辆通行要求。
5）非龙口段戗堤进占顶高程，根据进占时段的水情，一般按照当月5%频率最大日平均流量不漫顶确定，其顶部可根据实际逐步降低，或形成斜坡道路，以增加戗堤顶面进占宽度和加大卸料点提高进占强度，减少抛投料流失。
6）选择适当时间，在非龙口段进占时，组织进行高强度抛投演习，全面检验截流施工的各项准备工作及施工方案的合理性，为龙口段进占施工积累经验。
7）在进占期间，如水情预报有较大流量来水时，应停止进占，对戗堤头部抛填大、中石形成防冲裹头。
8）非龙口段进占至龙口宽度时，对堤头做防冲裹头，等待时机进行龙口段进占合龙。
5.2.5  龙口段进占
1  进占时机的选择
根据水情预报分析和施工进度选择恰当的截流时机，要保证截流后能及时加高到初期挡水高程，防止漫顶。恰当的截流时机对争取围堰后续施工时间至关重要，为围堰防渗施工提供充裕的施工工期，使围堰尽快闭气，使下阶段施工尽早开始。
2  戗堤堤头车辆行驶线路布置
截流车辆行车线路是高强度抛投进占的关键，如果线路布局得当，可加大堤头抛投强度，提高运输设备的生产效率。根据围堰和戗堤宽度、运输车辆性能参数（长度、宽度和回转半径等）以及堰体跟进等情况对截流车辆的行驶路线作好规划。一般有以下三种方案：
1）方案一：自卸汽车在距堤头50m距离回车，然后在戗堤的上游侧排成两列纵队编队，倒车就位抛投，空车从戗堤的下游侧退出。见图5.2.5-1。
 
图5.2.5-1  戗堤堤头车辆行驶线路布置（方案一）
2）方案二：与方案一类似，自卸汽车倒车后，成单列编队，卸料后，空车从戗堤中间退出。见图5.2.5-2。
 
图5.2.5-2  戗堤堤头车辆行驶线路布置（方案二）
3）方案三：自卸汽车单列直接驶入戗堤头部回车，卸料抛填后，从戗堤中间退出。见图5.2.5-3。
 
图5.2.5-3  戗堤堤头车辆行驶线路布置（方案三）
实际施工中，可根据实际情况选择合适的行驶线路方案。
3  堤头抛投方式
1）龙口段戗堤堤头抛投主要采用全断面推进和凸出上挑角进占两种方式，根据不同口门宽度下的水深、流速特点分为不同区段，选择不同的进占方式。对高流速、堤头坍塌堤头，采取凸出上挑角进占方式。
2）混凝土四面体等大体积截流材料的抛投，均采用堤头集料，推土机赶料方式，石渣以直接抛投为主。特大石串采取在备料场将块石正中部位钻孔、吊装，在车上穿绳以加快进度，运到堤头卸料，用推土机赶料。