铜街子水电站施工导流中围堰工程施工技术的回顾
李克礼１，樊天龙２，李广１
(1.中国水利水电第七工程局，四川 郫县611730；
2.四川省电力公司，四川 成都610065)
    摘  要：铜街子工程施工导流中的围堰工程施工，在实现枢纽布置和各阶段施工进度中具有举足轻重的作用，是综合性的系统工程。在受到特殊的地质、地形、水情和施工等因素制约的情况下，围堰在实施过程中不断优化设计方案和施工技术，攻克了不少难题。特别是临时围堰施工及堰体拆除料源的重复利用“以挖筑填”和防渗材料选用及机械转移措施等，采用新技术、新材料、新工艺，精心施工管理，从而加快了施工进度，开拓了新的思路，提高了围堰工程的设计和施工技术水平，取得了显著的经济效益。
    关键词：枢纽布置；导流围堰；堆筑；拆除；施工优化；速度；工期；
1概况
    铜街子水电站位于四川省的大渡河干流上，装机60万 kW。枢纽建筑物由①大坝、②溢流坝、③挡水坝、④厂房、⑤冲沙底孔等组成，见图1。坝址位于峡谷出口，河谷狭窄，两岸基岩裸露，汛期主流偏向右侧，枯水期主流偏向左岸。围堰基础河床内漂卵石夹砂层覆盖厚度为5～40 m，河道左侧在枯水期有部分基岩出露。工程区洪水主要由暴雨形成。该电站上一级是龚嘴水电站，全部投入运行后，下泄水量已改变了天然河道的来水量，枯水期的瞬时流量均较天然来水量大。
    该工程施工导流中的围堰工程与水工枢纽建筑物布置密切相关，由于地质原因，枢纽布置作了相应的调整：在左岸滩地上布设导流明渠，由原来的分期导流改为断流围堰明渠全年导流方案。整个导流程序分为3个阶段，相应的围堰工程亦分为3期施工，见图1。在一期围堰工程施工时，为保证导流明渠和左挡水坝段的施工，在左岸先修建纵向围堰，右侧河床过水；二期围堰工程施工在主河床内修建了上下游横向围堰、施工坝体和厂房等；三期围堰工程施工期间，在明渠进水口下闸门断流后，渠内下游修建围堰，施工渠内修建挡水坝段、安装间、通讯楼和开关站等。枯水期由冲沙孔和临时导流底孔过水，在汛期之前，3月底将临时导流底孔进水口下闸门断流，在底孔出口混凝土面上修建混凝土围堰，由冲沙底孔过水，汛期溢流坝表孔过水。

2一期纵向围堰工程系统施工
2.1概况
    纵向围堰设计洪水标准为20年一遇，流量9 200m3/s。该系统有纵向围堰、1号和2号挑流墩、1号和2号临时围堰等，见图2。纵堰轴线呈折线布置，堰长1 029 m，顶宽8 m，最大堰高17 m，堰基主要为漂卵石夹砂层覆盖，渗透水量较大，大部分在水下，厚达28～32 m，局部地段有岩石裸露。纵堰因受导流明渠位置和地形地质条件限制，布置在河床左侧急滩地枯水期水边线附近，汛期正处于主流区。经水工模型试验观测修建纵堰后，原河道过水面积束窄达21.2%，平均流速达6.5～7.0 m3/s，沿纵堰局部更大。因而采取了两项保护措施对堰坡面和坡脚进行保护：(1)增加过水断面面积，将右岸凸出的岩嘴在枯水时挖除，以增加过水面积；(2)沿纵堰分段保护，将主流挑向右侧，以减小纵堰沿线流速，构筑“守点围线、分段挑流”的抗冲形式格局，见图2。

2.2纵堰系统施工
    该系统的施工关系到一期施工导流的成败，对各阶段施工进度和总工期都起着至关重要、举足轻重的作用，因此，设计和施工部门都是高度的重视。
2.2.1施工特点
    (1)1号和2号临时围堰是为1号和2号混凝土挑流墩施工而修建的，只保一个枯水期施工。枯水期必须在左河床滩地边急流区先修建1号和2号临时围堰，采用水下堆筑，时间短，基础渗水量大，防渗闭气难。在河床滩地边急流区水下堆筑临时围堰还不多见；(2)纵堰基础防渗线长，工作量大，时间紧，受水位变化约束。
2.2.2堰体结构型式
    曾作出过3种断面型式：土石围堰、木笼围堰和混凝土围堰。经过技术、工期、经济等综合情况比较后，决定采用土石围堰。在实施中，结合实际情况进行优化施工，采取分段施工，将堰体防渗粘土心墙改用混凝土心墙，部分混凝土防渗墙改用混凝土心墙和固化灰浆防渗墙代替。主要工程量有：堰体堆筑32万 m3，混凝土防渗墙达14 300 m2，灌浆1 020 m，混凝土2万 m3，固化灰浆1 480 m2。
2.2.3临时围堰施工
    (1)保混凝土挑流墩基础能在干地施工；(2)保混凝土浇筑计划所需时间，使主汛期后混凝土继续施工。因临时围堰水下作业施工难度大，有一定风险，施工设计单位曾提出两种施工方案：(1)采用土石围堰、水下开挖，粘土心墙防渗；(2)用沉井群代替混凝土挑流墩方案。经多次研究比较后，认为土石围堰虽然存在较大的风险性，但施工简单，有利于抢工期，故决定采用土石围堰施工方案。在施工过程中，由于水流急，料物遭冲刷流失严重，增加堆筑物达计划的四倍之多，造成施工困难，防渗墙更难施工，无法保证工期要求。因此，又调整修改了施工方案，将堰轴线向左岸边移动，以减小水流冲刷影响。堰体背水坡改用草袋和麻袋装土组成台阶式砌体，中间填粘土防渗，基坑内增设一道截水坎和水泵。经过一系列补救措施，基本上满足了基坑内混凝土施工要求，争取了时间，保证了混凝土挑流墩的施工进度要求。
2.2.4混凝土挑流墩施工
    1号、2号混凝土挑流墩各长56 m，高10～15 m，混凝土总量约2.0万 m3，采用分块分层跳仓法浇筑。主要施工机械分别为1 m3吊车、16 t汽车吊、自卸汽车和1.5 m3卧罐。从而保证了施工质量，实现了施工进度计划要求。
2.2.5纵堰施工
    纵堰轴线长1 029 m，采取分3大段施工。明渠进、出口段的施工在不影响临时围堰的前提下，在主汛期后已开始进行防渗墙工作平台(▽436 m)以下部分堆筑。平台形成后用YKC冲击钻造孔进行防渗墙施工，平台以上堆筑与混凝土心墙施工交叉进行，并在两个枯水期完成坡面和坡脚保护施工；纵堰直线段分4区：1号和2号挑流墩、裹头部分裸露基岩面，分别施工防渗墙工作平台以下堆筑、防渗墙施工，继之上部混凝土心墙和堰体堆筑交叉施工；基岩出露区直接浇筑混凝土心墙和堆筑堰体交叉施工；坡面和护坡脚在枯水期用船配合施工，堰体堆筑时分段、分层、分条带铺筑，用振动碾和推土机等配合碾压施工，按设计规定执行，实测密度达2.0～2.3 t/m3，均达到规定质量要求。
2.3纵堰拆除
    施工设计规定一期纵堰堆筑部分要全部拆除。为加快拆除施工速度，为二期截流围堰工程施工创造有利条件，提出了优化施工方案，具体措施为：(1)采取分期拆除方式。先拆除明渠进出口段，尽量堆存在纵堰直线段与外导墙之间的场地上，作为二期围堰施工料源，在二期截流前按设计规定将明渠进出口段全部拆除，不影响过水；(2)在进出口堰体拆除之前，将纵堰和外导墙之间的二期上下游围堰部分堆筑和混凝土防渗墙施工完，在二期基坑中实际上形成一个“小基坑”，截流后即可开挖“小基坑”。随着基坑排水水位的下降，逐渐用纵堰体和基坑料填筑二期上下游围堰，实现以挖筑填的目的，从而极大地加快了施工速度；(3)一期工程基坑内的施工机械可部分直接转移到纵堰顶和“小基坑”内，极大地加快了施工速度，减少了设备的拆、运、装的工作量并争取了时间，截流后即可为二期围堰施工使用。
2.4小结
    纵向围堰系统工程自1983年10月开工，经过两个枯水期至1985年汛前完工。在经过1984年汛期洪水量6 200 m3/s、1985年汛期洪水量7 680 m3/s、1986年汛期洪水量5 200 m3/s三个汛期洪峰流量的考验后，虽然挑流墩及裹头外侧护脚处有局部冲刷，但无大影响，证明纵堰施工和运行是安全的、成功的，因而保证了一期工程明渠导流施工的胜利完成。该方案在实施中攻克了许多难题，取得了许多宝贵的经验教训；该方案的实现，不仅满足了一期工程施工的要求，而且充分利用了纵堰体和二期基坑开挖料源，填筑二期上下游围堰达到“以挖筑填”，为促进加快二期工程围堰、开挖等施工进度创造了良好的基础条件，取得了非常显著的经济效益，可节省直接费用达360余万元。
3二期围堰工程
3.1概况
    二期导流围堰设计标准按20年一遇洪峰流量9 200 m3/s，50年一遇洪峰流量10 300 m3/s进行校核。上游横向围堰轴向呈折线，实际长度385.4 m，堰基漂卵石夹砂层厚达18～30 m，基础防渗墙最大造孔深45 m，堆筑量63万 m3；下游横向围堰轴向呈折线，实际长380.6 m，堰基漂卵石夹砂层厚达26 m，最大造孔深40 m，堰基防渗为混凝土和固化灰浆防渗墙，堆筑量19万 m3；上下游横向围堰左右两侧边部基础防渗为混凝土和钢筋混凝土心墙及帷幕灌浆。
    堰体结构断面型式。上、下游围堰结构相同，曾比较了3个施工方案：方案Ⅰ：堰体用钢筋混凝土心墙防渗；方案Ⅱ：堰体上游斜墙式粘土防渗；方案Ⅲ：堰体上游斜墙式沥青混凝土防渗。3个方案的堰体均用砂石混合料。根据施工技术、自然条件、材料和工期等综合因素比较后决定采用方案Ⅰ。
3.2围堰施工
    在编制施工组织设计时，对堰体防渗结构材料进行了优化，并征得设计部门同意，将堰体混凝土心墙除堰体左右岸边部分外，均改为用单层木板心墙(二毡三油)防渗，从而加快了堰体的施工速度。
3.2.1施工特点
    (1)上下游围堰堆筑料源是从一期纵堰和二期基坑内取料，运距最短，就近取材“以挖筑填”；(2)堰基防渗墙施工使用YKC冲击钻设备多(31台)、造孔深、工作量大、施工干扰多，是直接控制堰体堆筑上升控制施工进度重要环节之一；(3)混凝土心墙、木板心墙施工与堰体堆筑必须交叉进行。
3.2.2施工简述
    上下游横向围堰均采取分段施工。(1)左段“小基坑”内上下游横向围堰截流前在一期工程443.5 m以下已施工闭气，截流后混凝土心墙和堰体堆筑继续交叉施工至堰顶；(2)右段右岸岸边部分上下游横向围堰水位以下部分，在截流前已开始施工，开挖和混凝土心墙浇筑及基础防渗处理帷幕灌浆，截流后继续施工至堰顶；(3)中段是控制施工进度的关键部位，截流后防渗墙工作平台堆筑上堰▽442.0 m、下堰▽438.5 m以下部分。形成平台后，用YKC冲击钻分序造孔进行防渗墙施工，在防渗墙先后形成后，开始分段进行单层木板心墙施工和堰体两侧填筑过渡料和石渣混合料，分段、分条、分层填筑碾压，现场实测密度达2.0～2.3 t/m3，均符合设计要求。上堰由于基础局部渗水量较大，曾进行灌浆处理，增设观测孔监视，在堰体下游坡脚与坝前之间增设两道截水坎，设置泵站进行强制排水，从而满足了坝体混凝土施工等要求。下游围堰防渗墙与基岩接触面局部渗漏水较大，在围堰内坡脚处增设大泵站进行强制排水，满足了混凝土施工要求。
3.3围堰拆除
3.3.1概况
    施工组织设计规定在三期导流之前，上下游必须拆除的施工项目有：(1)上游围堰从▽459 m拆至▽437 m和▽438 m，拆除长度314 m，右端岸边段局部可拆至▽450.0 m；(2)9坝段冲沙底孔坝前的岩体和钢筋笼砌体必须爆除挖出运走；(3)下游围堰从▽445.0 m应全部拆至天然河床▽432.0 m和▽430.0 m，拆除长度318 m；(4)堰体左右端的混凝土构筑物拆除至所在部位要求拆除的高程。拆除时间是从9月下旬至11月中旬约55～60 d，全部按规定高程拆除完。拆除土石方82万 m3，其中上堰49万 m3，下堰33 m3，混凝土及岩石爆破和特殊料物拆除共计1.7万 m3。施工中主要施工机械设备有4 m3正铲、3.2～2.4 m3反铲、3 m3装载机等共10台，斗容达38.8 m3，自卸汽车15～20 t，共70台，80～220HP型号推土机计10台及汽车吊等。
3.3.2施工特点
    (1)受龚嘴电站下泄水量约束，时间紧，强度高；(2)多工种、多工序的交叉作业等施工相互干扰大，影响进度；(3)水下爆破清除量大、时间紧，因而增加施工难度。
3.3.3施工简述
    按设计规定和施工特点，在组织实施过程中又进一步优化了施工。(1)加强与上游龚嘴电站的联系，编制短期水情预报；(2)上下游围堰拆除同时进行，提前至9月初副汛开始局部拆除；(3)利用堰体料填筑三期工程施工部位，除直接填左右堆石坝体部分外，根据填方部位的需要另增设3个临时堆料场，1号堆料场为左堆石坝背坡处；2号堆料场在大桥上游左岸滩地；3号堆料场在右堆石坝背坡处。这样做使距离短、运速快、效率高，加快了施工进度；(4)组织3班作业，每天组织现场施工协调会，及时解决施工中存在的问题。对施工中的几个具体问题的处理有下列几点：(1)基础混凝土防渗墙根部爆破，采取深挖预留坑爆破后留在坑内，不挖除，经水下测量后均满足拆除高程要求；(2)混凝土防渗墙和岩体爆破距周围结构物均较近，编制单项施工爆破设计时，要采取控制爆破，同时在结构物附近安设观测仪器进行监视，测量结果均在允许振速范围内，对建筑物和闸门无损害影响；(3)上下游破堰过水次序，因底孔过水430.0 m，低于下游水位。因此采取下游先破堰，迥水至上游坝前25 m左右形成水塘，以减小上游破堰后水流冲刷速度，减少石渣冲入下游。通过上述优化施工技术措施和组织管理等，于11月18日胜利完成围堰拆除工作，为三期导流工程和提前发电创造了有利条件，打下了坚实的基础。
4三期围堰工程
4.1概况
    在导流明渠出口设置临时围堰，施工渠内挡水坝段、安装间、22万 kV开关站等，在左导流底孔回填混凝土之前出口处设置混凝土围堰。临时土石围堰、混凝土围堰均在枯水期低于控制流量1 500 m3/s和下游水位为435.6 m条件下施工。11月26日明渠进水口下闸门断流，明渠出口在混凝土底板上修建临时围堰；次年3月底导流底孔进水口下闸门断流，在出口混凝土面上浇筑混凝土围堰。三期围堰工程工作量不大，但时间紧，是控制坝体安全渡汛和年底发电占直线工期的关键项目之一，有重要作用。围堰工程施工特点有以下几点：(1)临时土石围堰和混凝土围堰的施工均直接受上游电站下泄流量制约，控制施工进度；(2)冲沙底孔出口水位波浪较大，造成土石围堰部分细料冲走，漏水量增大，难闭气；(3)明渠和导流底孔下闸门后，均有少量漏水，影响混凝土施工，均需布置临时挡水坎，增加排水设施；(4)明渠导墙和底板混凝土施工时均未设止水设施，从而增加了堰体施工的闭气难度；(5)明渠左右两侧是高混凝土导墙，上下方向有水，无交通道，施工不便。
4.2施工简述
    (1)明渠出口围堰位于坝0+240 m桩号，堰体结构材料为砂砾石混合料，迎水面为斜墙式粘土防渗，堰顶437.0 m，顶宽6 m，长63 m。实际工程量2.1万 m3(原1.0万 m3)。实际工期35 d(原15 d)。
    土石围堰堆筑施工前曾进行了两个方案比较，方案一：从左导墙堆卸料平台架溜槽，汽车自卸直接下料水中抛投，堆出水面后有一定场地再吊入装载机倒料堆筑，砂砾石混合料从2号料场取料，粘土从二岩公路附近等处取料。该方案的优点是准备工作量小，可争取时间，速度快，能抢工期；缺点是卸料高差太大，料物分离严重，大料集中，漏水量大，难闭气，费工费时，影响进度；方案二：明渠出口下游端沿左导墙修建一条堆筑至堰体的进占道路437.0 m，全部水中堆筑。该方案的优点是堰体堆筑料物损失少，易闭气；缺点是堆筑进占道路约100 m，工程量达4.0万 m3，时间长，同时道路受冲沙底孔下游尾水波浪淘刷影响较大，运行不安全等。经过综合比较后，决定采用方案一。在实际施工中采取先用混合料堆筑堰体和水泵站工作平台(编织袋装土砌成)，安装水泵形成排水能力后，再用粘土堆筑迎水面防渗斜墙。由于渠底、边部漏水量太大，难闭气，因而工期已严重滞后，对施工进度造成严重影响。根据上下游漏水情况和施工部位工期要求，经多次现场施工会议决定采取分部位进行截挡水设施：(1)保坝体混凝土施工，在坝断面上游用草袋装土布设一道挡水坎挡闸门漏水，用水泵排出渠外。在坝断面下游侧用预制混凝土模板(3 m×3 m)浇水下截水墙，设泵站排水；(2)安装间部位采用预制混凝土模板(3 m×3 m)浇筑水下混凝土墙(厚1 m)，形成仓号，排水后浇混凝土；(3)把左导墙上游段炸一缺口沿右导墙先修一条至临时围堰的道路，堆筑混合料和防渗粘土，以减少漏水量，在堰内坡脚处再布设一道截水墙，用草袋(装土)和钢模板组合浇水下混凝土墙，同时在渠底先爆一龙头坑，设置大泵站进行强制排水，基本控制了漏水量，满足了开关站场地填筑要求。因在渠内右侧增加施工道路，使开关站场地填筑分段流水作业，加快了施工速度，保证了总计划按时完成。
5结语
    铜街子工程施工导流中的围堰工程堆筑与拆除是一个综合性系统工程，工程量大、时间紧、干扰多，在复杂的地质地形和水位变化制约的条件下，不断地优化施工设计方案和施工技术措施，因地制宜，面对现实，战胜了许多困难，攻克了不少难题，并采用新技术、新工艺、新材料、精心组织施工管理，对实现该工程枢纽布置和各阶段施工进度起到了举足轻重的作用，是设计和施工共同取得的成果。在实施过程中，特别是料源重复利用“以挖筑填”改善了土石方平衡，由于场地规划和机械布置合理，从而加快了施工速度，提高了经济效益，取得了许多宝贵的经验，也提高了围堰工程施工的设计和技术管理水平。