蔡光哲，黃相軍 ，張雨豪 ，黃遠(yuǎn)澤

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 工程概況及截流特點(diǎn)

1.1 工程概況

大頂子山航電樞紐工程位于松花江干流哈爾濱下游46 km處，是一座以航運(yùn)、發(fā)電和改善哈爾濱市水環(huán)境為主，同時(shí)具有交通、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用功能的低水頭航電樞紐工程。樞紐建筑物自右岸開始依次有船閘、10孔泄洪閘、河床式水電站、28孔泄洪閘、混凝土過渡壩段及土壩等，壩線全長(zhǎng)3249.78 m。千噸級(jí)船閘，閘室有效尺寸為180 m×28 m×3.5 m，河床式水電站裝6臺(tái)貫流式機(jī)組，總裝機(jī)容量為66 MW；廠房?jī)蓚?cè)共38孔泄洪閘凈寬760 m，土壩壩型為粉細(xì)砂沖填壩，最大壩高14.69 m。

施工導(dǎo)流方式采用分兩期導(dǎo)流方式，一期導(dǎo)流右岸圍船閘、10孔泄洪閘和廠房段，左岸圍混凝土過渡壩段及土壩段，期間施工期洪水由北汊束窄河床過流，一期導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，設(shè)計(jì)流量9600 m3/s。二期導(dǎo)流主要圍北汊28孔泄洪閘，期間施工期洪水由南汊已建成的10孔泄洪閘泄流。二期導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，設(shè)計(jì)流量9600 m3/s。

1.2 截流特點(diǎn)

1）該工程位于松花江干流中、下游段，河床寬，流量大，淤積嚴(yán)重，水流條件復(fù)雜。壩址處截流時(shí)段旬平均流量達(dá)2970 m3/s，河床灘地覆蓋層平均厚達(dá)10 m，截流難度相對(duì)較大。

2）二期將要截流的江心洲左側(cè)河床承擔(dān)著施工期通航任務(wù)，二期截流設(shè)計(jì)中必須妥善處理好截流期間通航問題，應(yīng)盡可能減小對(duì)松花江通航的干擾。

3）該工程多年平均封江日期為11月24日；而大汛期一直延續(xù)到10月15日。因此，工程截流、閉氣施工工期短，任務(wù)相當(dāng)艱巨。

4）壩址處附近除細(xì)砂料儲(chǔ)量較豐富，滿足工程設(shè)計(jì)要求外，其它建筑材料如砂礫石，塊石等均匱乏，需外購(gòu)。

2 截流設(shè)計(jì)

2.1 截流標(biāo)準(zhǔn)確定

根據(jù)施工總進(jìn)度安排，二期截流完成后在汛后期內(nèi)必須完成上、下游土石圍堰的填筑及混凝土防滲墻的施工。要想確保二期基坑按時(shí)閉氣，任務(wù)相當(dāng)艱巨，應(yīng)盡量爭(zhēng)取提前截流，以爭(zhēng)取較長(zhǎng)的圍堰施工工期。根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)施工面貌和施工計(jì)劃，一期基坑9月末才能滿足基坑過水條件，再考慮到10孔泄洪閘段上、下游圍堰的拆除工期，二期截流最早時(shí)間為10月中旬。綜上所述，二期截流時(shí)段選定在10月中旬，洪峰流量為2970 m3/s。

2.2 截流方式的選擇

根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算、河道地質(zhì)條件及河道兩岸運(yùn)輸條件，并參考二期截流水工模型試驗(yàn)成果和一期截流工程經(jīng)驗(yàn)，采用單戧堤立堵截流方式，左、右岸兩側(cè)進(jìn)占，堰體隨后跟進(jìn)的截流方式。

2.3 龍口位置及寬度的確定

2.3.1 龍口位置選擇

龍口位置的選擇主要考慮以下幾個(gè)方面因素：

1）從施工期通航方面考慮，一期導(dǎo)流期間施工期臨時(shí)航道設(shè)在左叉河道內(nèi)，二期截流將截?cái)嘧蟛婧拥溃藭r(shí)船閘尚未具備通航條件，因此，為最大限度地減少斷航時(shí)間，截流龍口中心宜選定在臨時(shí)航道的中心線附近。

2）從河道的地形、地質(zhì)條件考慮，因河道兩岸灘地地面高程相對(duì)較高，灘地部分預(yù)進(jìn)占戧堤結(jié)構(gòu)可采用粉細(xì)砂填筑，有利于節(jié)省工程投資，且河道深槽段基巖裸露，河床抗沖刷能力較強(qiáng)。因此截流龍口中心宜選在河道深槽內(nèi)。

3）從截流預(yù)進(jìn)占料源的分布條件分析，預(yù)進(jìn)占部分粉細(xì)砂可直接利用兩岸一期圍堰的拆除料，兩岸料源均比較充足，因此為盡量縮短預(yù)進(jìn)占工期，盡早形成龍口，截流龍口中心宜選在河道中心線附近。綜上所述，龍口的位置選擇在河道深槽內(nèi)臨時(shí)航道中心線附近，即設(shè)計(jì)龍口中心線布置在S0+310處。

2.3.2 龍口寬度確定

龍口寬度的選擇主要根據(jù)龍口通航條件及預(yù)進(jìn)占時(shí)使用的戧堤填筑材料的抗沖能力確定。該工程預(yù)進(jìn)占戧堤填筑材料主要分粉細(xì)砂和編織袋土，其中，粉細(xì)砂填筑用在可干地施工預(yù)進(jìn)占戧堤段，編織袋土用在需水下拋填的預(yù)進(jìn)占戧堤段，編織袋土每袋重150 kg。預(yù)進(jìn)占戧堤段施工安排在10月上旬，設(shè)計(jì)流量采用10月上旬5年重現(xiàn)期洪水，其流量為3450 m3/s。根據(jù)戧堤預(yù)進(jìn)占水力學(xué)計(jì)算，當(dāng)龍口寬度選定120 m時(shí)龍口最大流速為1.86 m/s，龍口落差0.15 m，能滿足機(jī)動(dòng)木船和小馬力船隊(duì)逆流自航的通航要求，且此時(shí)，龍口中心流速略小于預(yù)進(jìn)占時(shí)，采用的戧堤填筑料—編織袋土的止動(dòng)流速2.59～3.20 m/s（參考水工模型試驗(yàn)成果），因此，龍口寬度最終選定為120 m。

2.4 龍口段截流進(jìn)占分區(qū)

根據(jù)分流建筑物（右岸10孔泄洪閘）的泄洪能力，計(jì)算龍口截流時(shí)段的水力特征，見表1。

表1 二期截流水力計(jì)算成果表

2.5 截流戧堤設(shè)計(jì)

根據(jù)截流水力學(xué)計(jì)算，戧堤合龍后上游水位為112.93 m，考慮1.0 m超高，截流戧堤頂高程取為113.93 m。戧堤頂寬10.0 m，堤頂長(zhǎng)度789.02 m，結(jié)構(gòu)主要根據(jù)戧堤軸線處地形條件和截流水力學(xué)計(jì)算成果分三部分設(shè)計(jì)，即第一部分為可在干地施工的預(yù)進(jìn)占部分戧堤，主要采用粉細(xì)砂填筑，兩側(cè)邊坡采用1∶3.0，戧堤上游側(cè)采用塊石護(hù)坡，下設(shè)編織袋土墊層及無紡布反濾層，護(hù)坡延伸至堰腳前10 m作為護(hù)腳水平鋪蓋。第二部分戧堤為不能在干地施工的預(yù)進(jìn)占部分戧堤，主要采用編織袋土填筑，兩側(cè)邊坡為1∶1.5，戧堤上游側(cè)采用碎石土護(hù)坡，邊坡為1∶1.5。第三部分戧堤為龍口段戧堤，主要采用塊石拋填，塊石體兩側(cè)邊坡為1∶1.5。

2.6 龍口段截流進(jìn)占分區(qū)

龍口段截流進(jìn)占分區(qū)，根據(jù)龍口截流水力參數(shù)的變化情況，共劃分為3個(gè)區(qū)段，各區(qū)段長(zhǎng)度及所用材料規(guī)格、數(shù)量詳見表2。

表2 龍口段分區(qū)施工技術(shù)指標(biāo)表

上表中分區(qū)編號(hào)為截流戧堤分區(qū)合龍順序，投拋塊石當(dāng)量粒徑為化引為球體的當(dāng)量直徑。

3 截流工程施工

3.1 截流準(zhǔn)備

3.1.1 截流材料規(guī)劃

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算成果，龍口處最大流速4.84 m/s，采用0.90 m大塊徑的塊石即可滿足抗沖要求，不需其它特殊拋投料。因此，該工程截流材料主要采用粉細(xì)砂、編織袋土及塊石。粉細(xì)砂料可直接利用左、右岸一期圍堰拆除料，可邊拆邊進(jìn)占；編織袋土因考慮到裝袋效率較低，截流戧堤進(jìn)占前應(yīng)事先裝袋、暫存。左岸塊石料一部分取自連接壩段圍堰迎水側(cè)護(hù)坡及護(hù)腳拆除料，其余部分需外購(gòu)；右岸石料一部分取自一期右岸上、下游圍堰迎水側(cè)護(hù)坡及護(hù)腳拆除料，其余部分也需外購(gòu)。圍堰拆除料可邊拆除邊進(jìn)占，外購(gòu)部分要求提前購(gòu)買、暫存。暫存料場(chǎng)的石料，應(yīng)根據(jù)不同分區(qū)拋投塊石粒徑要求，分區(qū)存放，以備在截流時(shí)使用。

3.1.2 截流交通

該工程左岸交通，通過土壩壩頂公路及連接壩段上游圍堰堰頂，可以直接到達(dá)左岸上游圍堰戧堤頂，連接壩段圍堰拆除料的運(yùn)輸可直接利用未拆除段圍堰堰頂公路。右岸交通通過已建成的右岸壩頂交通橋到廠房頂下游側(cè)，在廠房下游側(cè)修建臨時(shí)施工道路和一期縱向土石圍堰相接，通過縱向圍堰堰頂公路，可到達(dá)右岸上游圍堰戧堤頭，右岸上、下游圍堰拆除料的運(yùn)輸可直接利用一期右岸縱向土石圍堰堰頂公路。塊石備料交通可直接利用一期上、下游土石圍堰堰頂公路，運(yùn)到指定暫存場(chǎng)備料。塊石備料應(yīng)在龍口截流之前完成。

3.2 截流計(jì)劃安排

工程截流施工歷時(shí)宜短不宜長(zhǎng)，應(yīng)速戰(zhàn)速?zèng)Q。該工程截流戧堤龍口段塊石拋投量約為39500 m3，若以500 m3/h拋投強(qiáng)度進(jìn)占，需79 h即可合龍，該工程綜合考慮施工組織等各種因素，龍口段日平均拋投強(qiáng)度按8000 m3/d考慮，相應(yīng)平均拋投強(qiáng)度為334 m3/h，龍口需5 d即可合龍。根據(jù)以上進(jìn)度分析，提出截流工期控制計(jì)劃如下：即從戧堤進(jìn)占到龍口形成，計(jì)劃工期10 d，龍口合龍計(jì)劃工期5 d，龍口合龍到圍堰堰體填筑、圍堰閉氣、基坑排水計(jì)劃工期35 d。從戧堤進(jìn)占到基坑具備施工條件總工期為50 d。

4 結(jié) 語

1）實(shí)踐證明，該工程龍口位置的選擇及龍口寬度的確定，是合理有效的。在二期截流實(shí)施過程中最大限度的減少了工程施工對(duì)松花江通航的干擾。

2）在截流戧堤材料的選擇上除了龍口段采用塊石料外，其余部分均采用了一期圍堰的拆除料粉細(xì)砂作為主要填筑料，大幅減少了二期截流工程投資。

3）根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將預(yù)進(jìn)占工期安排在大汛期末是很有必要的，為截流以后土石圍堰的填筑，特別是圍堰混凝土防滲墻的施工爭(zhēng)取到了寶貴的施工工期，同時(shí)也為二期基坑能夠按時(shí)開工，打下了良好的基礎(chǔ)。