三峡工程大江截流与明渠截流安全进占措施(1)
毕业论文
2014/4/1
摘要：三峡工程大江截流最突出的难点是由水深引起的大规模堤头坍塌以及由此而引发的堤头安全进占问题，为保障截流安全，施工中采取了预平抛垫底等一系列工程措施，并取得了良好效果。三峡工程三期截流同样存在防止堤头坍塌、保障安全进占问题，因此，通过总结大江截流经验， 提出三期截流安全进占的工程措施是很有必要的。
关键词：截流 预平抛垫底 堤头挑流 诱导坍塌 三峡
1 前言
长江三峡水利枢纽采用“三期导流、明渠通航”方案，其第二期截流即大江截流实际流量为11 600~8 480 m3/s，最大水深达60 m，均居世界首位；三期截流设计流量为10 300 m3/s,截流最大水深达24m，相应截流总落差为4.11 m。这两次截流有一个共同的难点就是由水深引起的大规模堤头坍塌以及由于大规模的堤头坍塌而引发的堤头安全进占问题，换言之，能否安全进占是截流成败的关键。
根据大量的理论研究、物理模型试验以及数值计算成果，结合大江截流施工实际，在进占过程中，采取河床预平抛垫底、防护性进占、诱导坍塌及坍塌预报等一系列工程措施对于防止或减少堤头坍塌，保障安全进占具有十分显著的作用。
2 安全进占工程措施
2.1 预平抛垫底
预平抛垫底即是在戗堤进占前，向戗堤基础深槽部位从水面抛投砂卵石或块石等物料，以使戗堤底部河床高程整体抬高的工程措施。通过预平抛垫底可以降低水深、减小进占戗堤的高度，因此，在三峡工程大江截流中被选为防止堤头坍塌的最主要措施。
在预平抛垫底实施之前，进行了有关模型试验、现场实船抛投试验等研究，研究成果表明：当水深由41 m减至27 m时，相应的坍塌面积、坍塌边与堤边的平均距离（即坍塌长度）、最大单次坍塌体积分别减少35%、27%、36%，当水深减至20 m时，上述各值分别减少64%、49%、55%。上述试验成果可见，平抛垫底可以有效地减少坍塌范围、长度和坍塌体积，但是，坍塌的次数、频率未见有明显的降低。
三峡工程大江截流采用预平抛垫底再立堵进占的方案，一方面大大减少了坍塌的范围和规模；另一方面，由于平抛垫底，使一部分工程量提前施工，减少了截流时的施工强度；第三是减小了戗堤的底宽，防渗墙轴线与戗堤轴线的距离由126 m减至81.3 m，使二期围堰的断面减小，从而减少围堰填筑量约159万m3；第四是预平抛垫底后，有效地减少了覆盖层的冲刷，相应也减少了因覆盖层被冲增加的填筑工程量。
三峡工程三期截流采用双戗双向立堵截流方式，上、下游截流龙口部位均设置垫底加糙拦石坎，可以十分有效地减小截流水深，进而减小进占堤头的坍塌规模，提高截流施工的安全度。
2.2 防护性进占
(1)堤头挑流和堰体尾随抛投
堤头挑流和堰体尾随抛投是利用戗堤和堰体的设计特点，在戗堤进占时，向上游角或同时向上、下游角凸出进占，挑开急流，形成戗端缓流区，以保护堤头抛填进占，同时戗堤两侧的堰体跟进尾随抛填，以防护进占戗堤侧面坍塌的措施。
在三峡工程大江截流施工过程中，无论是在非龙口段，还是在龙口段，均出现了频繁坍塌致使抛投进占迂回不前的情况。如在非龙口段填筑中，1997年10月14日右上戗堤出现连抛130车石料仅延伸0.1~0.2 m的滞进现象；10月15日2∶00~4∶00，由于当时流量和流速都较大，分别达17 000 m3/s和3.27 m/s，连续抛投200余车石料，戗堤几乎没有延伸；又如，在龙口段进占填筑中，1997年10月26日当龙口宽度缩窄至100 m左右时，左上戗堤连续抛投近3个小时毫无进展，使截流进占陷入停滞状态等。对此，果断采取了动用大块石或特大石，在戗堤上游侧（或下游侧）集中抛投以形成挑角的工程措施；经过实施，效果非常明显，堤头在挑角的防护下继续向前推进，有效地推动了进占的正常延伸。与此同时，三峡工程大江截流的上下左右四个进占堤头均采用了堰体材料尾随填筑的措施，它十分有效地防护了截流戗堤的侧向坍塌，同时，还为截流戗堤进占提供了较宽的作业平台，对于三峡工程大江深水截流堤头起到了安全保障作用。
三峡工程三期截流可采取宽戗（堤顶宽＞30 m）双向进占措施，并在进占的过程中，运用堤头挑流和堰体尾随抛投的进占方式以顺利推进戗堤合龙。
(2)高强度进占抛投
高强度进占抛投是从施工组织的角度所采取的一种防护性工程措施。它主要是在截流进占水力学条件最不利的情况下，加大抛填强度，突击进占，从而闯过水力学难关的截流方法。 在三峡工程大江截流中，运用优化堤头进占行车线路、采用大吨位运输车辆等措施大大提高了堤头进占的抛投强度。如在非龙口段实战演习中，实现了昼夜抛投强度19.4万m3；在龙口段截流进占最困难段的突击进占中，实现了昼夜抛投12.8万m3等，抛投强度都非常高。
利用高强度进占抛投在三峡工程大江截流中产生了良好的效果，在1997年10月14~15日的昼夜高强度进占抛投期间，左右岸截流戗堤仅坍塌7次，其中规模最大的一次发生在左上戗堤迎水侧，其坍塌面积仅为44m2；左下堤头仅坍塌2次。这与模型试验的频繁大规模坍塌结论相比有显著地改善，因此，高强度抛填对于减轻堤头坍塌程度有着直接作用。
三峡工程三期截流可在左右两岸提前备料，并在突破水力学难关的关键时刻采取高强度进占抛投方式，不仅能加快抛填进度，而且还能缩减坍塌规模。
关键词：截流 预平抛垫底 堤头挑流 诱导坍塌 三峡
1 前言
长江三峡水利枢纽采用“三期导流、明渠通航”方案，其第二期截流即大江截流实际流量为11 600~8 480 m3/s，最大水深达60 m，均居世界首位；三期截流设计流量为10 300 m3/s,截流最大水深达24m，相应截流总落差为4.11 m。这两次截流有一个共同的难点就是由水深引起的大规模堤头坍塌以及由于大规模的堤头坍塌而引发的堤头安全进占问题，换言之，能否安全进占是截流成败的关键。
根据大量的理论研究、物理模型试验以及数值计算成果，结合大江截流施工实际，在进占过程中，采取河床预平抛垫底、防护性进占、诱导坍塌及坍塌预报等一系列工程措施对于防止或减少堤头坍塌，保障安全进占具有十分显著的作用。
2 安全进占工程措施
2.1 预平抛垫底
预平抛垫底即是在戗堤进占前，向戗堤基础深槽部位从水面抛投砂卵石或块石等物料，以使戗堤底部河床高程整体抬高的工程措施。通过预平抛垫底可以降低水深、减小进占戗堤的高度，因此，在三峡工程大江截流中被选为防止堤头坍塌的最主要措施。
在预平抛垫底实施之前，进行了有关模型试验、现场实船抛投试验等研究，研究成果表明：当水深由41 m减至27 m时，相应的坍塌面积、坍塌边与堤边的平均距离（即坍塌长度）、最大单次坍塌体积分别减少35%、27%、36%，当水深减至20 m时，上述各值分别减少64%、49%、55%。上述试验成果可见，平抛垫底可以有效地减少坍塌范围、长度和坍塌体积，但是，坍塌的次数、频率未见有明显的降低。
三峡工程大江截流采用预平抛垫底再立堵进占的方案，一方面大大减少了坍塌的范围和规模；另一方面，由于平抛垫底，使一部分工程量提前施工，减少了截流时的施工强度；第三是减小了戗堤的底宽，防渗墙轴线与戗堤轴线的距离由126 m减至81.3 m，使二期围堰的断面减小，从而减少围堰填筑量约159万m3；第四是预平抛垫底后，有效地减少了覆盖层的冲刷，相应也减少了因覆盖层被冲增加的填筑工程量。
三峡工程三期截流采用双戗双向立堵截流方式，上、下游截流龙口部位均设置垫底加糙拦石坎，可以十分有效地减小截流水深，进而减小进占堤头的坍塌规模，提高截流施工的安全度。
2.2 防护性进占
(1)堤头挑流和堰体尾随抛投
堤头挑流和堰体尾随抛投是利用戗堤和堰体的设计特点，在戗堤进占时，向上游角或同时向上、下游角凸出进占，挑开急流，形成戗端缓流区，以保护堤头抛填进占，同时戗堤两侧的堰体跟进尾随抛填，以防护进占戗堤侧面坍塌的措施。
在三峡工程大江截流施工过程中，无论是在非龙口段，还是在龙口段，均出现了频繁坍塌致使抛投进占迂回不前的情况。如在非龙口段填筑中，1997年10月14日右上戗堤出现连抛130车石料仅延伸0.1~0.2 m的滞进现象；10月15日2∶00~4∶00，由于当时流量和流速都较大，分别达17 000 m3/s和3.27 m/s，连续抛投200余车石料，戗堤几乎没有延伸；又如，在龙口段进占填筑中，1997年10月26日当龙口宽度缩窄至100 m左右时，左上戗堤连续抛投近3个小时毫无进展，使截流进占陷入停滞状态等。对此，果断采取了动用大块石或特大石，在戗堤上游侧（或下游侧）集中抛投以形成挑角的工程措施；经过实施，效果非常明显，堤头在挑角的防护下继续向前推进，有效地推动了进占的正常延伸。与此同时，三峡工程大江截流的上下左右四个进占堤头均采用了堰体材料尾随填筑的措施，它十分有效地防护了截流戗堤的侧向坍塌，同时，还为截流戗堤进占提供了较宽的作业平台，对于三峡工程大江深水截流堤头起到了安全保障作用。
三峡工程三期截流可采取宽戗（堤顶宽＞30 m）双向进占措施，并在进占的过程中，运用堤头挑流和堰体尾随抛投的进占方式以顺利推进戗堤合龙。
(2)高强度进占抛投
高强度进占抛投是从施工组织的角度所采取的一种防护性工程措施。它主要是在截流进占水力学条件最不利的情况下，加大抛填强度，突击进占，从而闯过水力学难关的截流方法。 在三峡工程大江截流中，运用优化堤头进占行车线路、采用大吨位运输车辆等措施大大提高了堤头进占的抛投强度。如在非龙口段实战演习中，实现了昼夜抛投强度19.4万m3；在龙口段截流进占最困难段的突击进占中，实现了昼夜抛投12.8万m3等，抛投强度都非常高。
利用高强度进占抛投在三峡工程大江截流中产生了良好的效果，在1997年10月14~15日的昼夜高强度进占抛投期间，左右岸截流戗堤仅坍塌7次，其中规模最大的一次发生在左上戗堤迎水侧，其坍塌面积仅为44m2；左下堤头仅坍塌2次。这与模型试验的频繁大规模坍塌结论相比有显著地改善，因此，高强度抛填对于减轻堤头坍塌程度有着直接作用。
三峡工程三期截流可在左右两岸提前备料，并在突破水力学难关的关键时刻采取高强度进占抛投方式，不仅能加快抛填进度，而且还能缩减坍塌规模。
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