大藤峡水利枢纽工程围堰拆除施工难点及对策

曾文专，谢济安，张松涛

(1.中国水利水电第八工程局有限公司，长沙 410004；2.广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，南宁 537200)

1 概述

大藤峡水利枢纽工程是大(1)型水利枢纽工程，黔江主坝采用两期导流方式施工：一期导流围左岸，江水由束窄后的右岸主河道过流，在一期围堰的保护下，左岸泄水闸、发电机组、船闸等工程于2020年全部建成并投入运用；二期导流围右岸，江水由左岸泄水建筑物过流，在二期围堰的保护下，右岸泄水闸、厂房、挡水坝段及鱼道等项目安全施工。二期围堰由上、下游横向土石围堰和纵向混凝土围堰组成。工程自2020年3月10日下闸蓄水，二期围堰即承担挡水重任，为右岸工程施工创造干地施工条件。2022年4月25日，工程通过建筑物挡水(52 m高程)验收，具备全线挡水条件，二期围堰完成挡水使命。2022年5月1日，二期上游围堰拆除施工正式启动，围堰干地开挖至48.6 m高程，充水完成后，48.6 m高程以下部分堰体拆除进入水下施工阶段。

二期上游围堰在坝轴线上游约270 m处呈直线布置，上游围堰左侧与纵向围堰上游段相连接，右侧与右岸开挖边坡相连接[1]。围堰总长349.6 m，断面结构分上下两部分，下部为挡枯水期围堰，对枯水期围堰进行加高后形成挡大汛洪水围堰。挡枯水期围堰堰体的挡水标准为10 a重现期12月—2月月最大洪水，流量Q=4 920 m3/s，顶高程为29.87 m，防渗墙施工平台顶高程为31.17 m。围堰设计挡水标准为大汛50 a重现洪水，流量Q=44 900 m3/s，堰顶高程为54.30 m，堰顶宽10 m。对上游围堰31.17 m高程以下填筑体及覆盖层建造塑性混凝土防渗墙，并对防渗墙两侧砂砾石填筑体加密处理。土石围堰31.17 m高程以上填筑体采用反滤料+土工膜+粘土进行防渗处理。围堰塑性混凝土防渗墙轴线长279.58 m，防渗墙厚度1.0 m，嵌入弱风化岩体1.0 m，最大深度约25.0 m，防渗墙采用“钻凿法”成槽施工方案。帽盖混凝土拆除长度为133.87 m，帽盖梁混凝土厚度为0.5 m，宽度与防渗墙一致为1.0 m，混凝土量为67.0 m3，混凝土内增加配筋，主筋为Φ16，分布筋为Φ8，钢筋合计总量7 t。

二期上游围堰拆除总方量为74.19万m3，最大开挖水深为27 m，最大水下日开挖强度达1.1万m3(右岸二期上游围堰典型剖面见图1)。

2 高水头围堰拆除施工

2.1 拆除施工难点

1)围堰水下开挖施工过程中受工程枢纽上游库区水位及下游水位影响干扰较大，影响施工效率，同时需保证防洪度汛、船闸通航及机组发电需求，且受枯水年保旱调度要求，蓄水位较高，拆除水下最大水头达27 m，施工难度较大。

2)防渗墙及上部帽盖钢筋混凝土结构需水下爆破拆除，爆破后，水下钢筋混凝土结构需结合探测情况进行调整[2-3]。

3)拆除时间紧、任务重，开挖设备如何合理布置，资源合理调配，保证施工进度是拆除施工的难点。

2.2 拆除施工对策

通过分析研讨，决定按照“先上后下，先背水面后迎水面，先左侧后右侧，先水上后水下”的原则分4区拆除施工[4]。具体分区见图2。

根据施工规划，对围堰堰顶进行了混凝土硬化，作为坝顶交通道路使用，因此围堰拆除前用破碎锤对道路进行拆除。

1)“1阶段”拆除：为Ⅰ区干地开挖阶段，主要拆除围堰48.6 m高程以上及围堰背水侧堰体。上游发电最低水位47.6 m，所以采用高于发电最低水位1 m的48.6 m高程为临时挡水高程，Ⅰ区拆除范围为48.6 m高程以上部分及围堰背水侧部分堰体。此时未拆除部分围堰具备挡水条件，基坑不进水，将干地施工最大化，月平均开挖强度为34.1万m3/月。

2)“2阶段”拆除：围堰破口，二期基坑充水，3天完成充水，缺口位置选择在上、下游围堰与纵向围堰接头处，充水完成后上游基坑水位基本齐平上游水位，下游基坑水位基本齐平下游水位。

3)“3阶段”拆除：为Ⅱ区水上开挖阶段，主要拆除围堰48.6～43.6 m高程部分堰体。此时基坑内开始进水，但堰顶仍高于库水位。Ⅱ区围堰拆除采取倒退拆除方式，采用反铲挖掘机水下挖渣。考虑长臂反铲挖掘机挖土深度为5.0 m，由此确定Ⅱ区拆除底高程为43.6 m，月平均开挖强度为6.4万m3/月。

4)“4阶段”拆除：为Ⅲ区、IV区防渗体水下开挖阶段[5]，主要拆除围堰43.6～25.0 m高程部分堰体。此时堰体已完全淹没在上游52.0 m高程水位以下，进行水下开挖施工。主要利用13 m3抓斗式挖泥船、4 m3抓斗式挖泥船进行挖渣施工，泥驳配合运输渣料至临时施工码头，码头处布置长臂反铲挖机+自卸汽车进行渣料转运至弃渣场，月平均开挖强度为13.3万m3/月。

2.3 围堰结构拆除

2.3.1结构初步拆除

按照拆除程序，按计划完成了Ⅰ区、Ⅱ区以及部分Ⅲ区、IV区结构，依据拆除施工特点，围堰塑性混凝土在围堰上部48.6 m高程平台跟管钻孔至设计高程，一次爆破。水下出渣采用13 m3抓斗式挖泥船、4 m3抓斗式挖泥船配合泥驳统一拆除。对泄水闸上游150 m范围内以及厂房上游110.3 m范围内进行了堰体松动爆破，拆除工作总体受控。

水下联网爆破单孔装药量计算：

Q=0.9×q0×a×b×H

式中：

Q——单孔装药量，kg；

q0——水下爆破单位炸药消耗量(kg/m3)，暂取经验值q0=1.0；

a、b——钻孔的孔距、防渗墙宽度或钻孔排距；

H——设计开挖的厚度，m。

考虑水体阻力，单耗较陆地较大，同时为保护临近混凝土、灌浆、锚杆(锚索)、设备及仪器安全，严格控制最大段单响药量，对围堰临近主体建筑物处堰体等特殊部位拆除爆破时，最大段单响药量根据允许的安全质点振动速度控制标准(见表1、表2)。

表1 建筑物允许爆破质点振动速度控制标准 cm/s

表2 机电设备及仪器的爆破振动安全允许标准 cm/s

结合工程布置，针对不同保护对象类型、距爆区距离及安全允许振速要求，核算出爆破最大单响药量(见表3)。根据计算结果，爆破最大单响药量按照45.4 kg控制[6]。

表3 不同保护对象爆破最大单响药量

2.3.2拆除难点及对策

随着Ⅲ区、Ⅳ区拆除工作逐步进展，防渗墙附近帽盖梁及导向槽部位开挖进展缓慢，开挖效率低，初步分析原因后，对防渗墙爆破后水下开挖断面进行了测量和水下摄像，水下探测显示：① 帽盖梁、导向槽爆破后，钢筋与混凝土未解体，部分钢筋外露，但未完全分离，形成了钢筋与混凝土相连的大块体；② 钢筋被抓斗船抓取后，形成了扭结弯曲，钢筋分布较为散乱；③ 防渗墙下游侧倒浆平台及硬化道路爆破后，混凝土面板仅部分出现了裂缝，未解体，面板完整性较好，现状水下为整块的混凝土面板，抓斗船开挖施工难度大。

探测结果与初步分析原因基本吻合，处理对策如下：

1)倒浆平台及硬化道路拆除

采用水下冲击重锤进行锤击破碎，利用重锤下落的冲击力，将水下现有混凝土面板破碎解体，混凝土面板厚度为0.3 m，重锤重量为15 t，将抓斗式挖泥船的抓斗更换为悬挂冲击重锤，在倒浆平台及硬化道路区域，根据测量放样航标示意，利用冲击重锤将面板破碎解体，同一点位连续落锤，锤击结束后利用13 m3抓斗式挖泥船在锤击区域抓取渣料，通过抓取开挖效率判断，锤击效果明显，将倒浆平台与施工道路混凝土面板彻底开挖干净[7]。

2)钢筋水下切割

采取水下聚能药包对钢筋混凝土结构进行爆破，经水下探测爆破效果不理想，因此改用水下绳锯切割施工工艺。绳锯切割前对外露部分钢筋进行切割，由专业潜水员下潜至水下作业区域，对钢筋外露部分进行切割，切割主要针对帽盖梁和导向槽混凝土内Φ25、Φ16钢筋(主筋)，按照顺序，从右岸侧向左岸侧依次切割，按照2～3 m一段，依次切割完成。

3)钢筋混凝土绳锯切割

绳锯切割范围主要为上游围堰右岸泄水闸上游150 m范围堰体内防渗墙顶部帽盖梁、防渗墙两侧导向槽钢筋混凝土[8]。

施工程序及方法：

① 防渗墙两侧范围渣料清理：施工前，对防渗墙导向槽两侧区域内填筑渣料进行清理，为下一步绳锯切割创造有利条件[9]。

② 设备定位：派潜水员探摸上游围堰防渗墙帽盖及导向槽水下情况，确定设备安放位置并定位，安装切割机，对切割物件安装金钢绳，然后进行绳据切割。

③ 切割：对水下导向槽及帽盖钢筋混凝土进行切割拆除，具体方法为：利用金钢绳锯进行分段切割，每段切割长度约为1.5 m，每块重量约为19 t，分次吊装，切割完毕后利用抓斗吊装船抓取上岸，利用泥驳船转运至临时码头处堆放。

切割前用36 cm工字钢做一个切割用的操作架，用吊机放在切割物件上，再用金钢绳进行反切，当切割至物件下2 m深时，再转向横切，横切长度为1.5 m一段，每切一段后由潜水员撺切割绳往上切，切割完成后分2次吊装[10]。绳锯切割作业见图3。

图3 绳锯拆除施工示意

2.4 施工安全、质量保证措施

1)专项安全措施：密切监控上游来水流量，流量小于20 000 m3/s时，船只正常工作。船只设备状态完好并锚定，严格做好相关安全防范措施，定期对船上作业进行安全检查[11]。

2)潜水作业：提前做好入场安全教育，检查潜水装备完好，定期和水上联系并听从水面电话员指令，作业过程设置专业人员全程监护。

3)应急预案：针对作业过程可能发生的船只损坏、溺水事故、爆破安全事故、机械伤害、和车辆交通事故等情况，明确了组织机构并编发了应急处置预案。

4)开挖设备选型：围堰水下拆除施工受上游水位影响较大，对水下开挖抓斗式挖泥船及泥驳等要求高，施工前，提前联系厂家并实地考察，提前选定设备型号及数量，设备水下最大开挖深度、作业时最大水流速度等参数满足施工要求[12]。

5)水下地形测量：在开挖施工过程中及时跟进水下地形测量，对欠挖区域及时补挖处理，避免重复二次开挖[13-14]。

3 结语

大藤峡水利枢纽工程二期上游围堰拆除工程，采取分区拆除方式将干地开挖最大化，采用水下割除钢筋、水下绳锯切割钢筋混凝土方式，拆除工作一次完成，施工效率高、成本较合理，达到拆除工作预期目标，为工程安全运行提供良好的条件，对类似工程有重要的参考价值和借鉴意义。