兴隆水利枢纽下游横向围堰缺口应急封堵工程施工技术研究

刘明忠 王琦凯 陈崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156)

1 工程概况

兴隆水利枢纽位于汉江下游湖北省潜江与天门市境内，主要由拦河水闸、船闸、电站厂房、鱼道、两岸滩地过流段及其上部的连接交通桥等建筑物组成，是南水北调中线汉江中下游治理工程之一，也是汉江中下游水资源综合开发利用的一项重要工程。兴隆水利枢纽以灌溉和航运为主，兼顾发电等兴利运用，枢纽正常蓄水位36.2m，相应库容2.73亿m3，规划灌溉面积21.84万hm2，规划航道等级为Ⅲ级，电站装机容量40MW。

2 电站围堰防渗墙缺口情况

兴隆水利枢纽电站和泄水闸下游建设有一条横向围堰，全长1134m，堰顶宽10m，最大高度14.06m，其作用主要是：壅高电站和泄水闸下游水位，满足河床下切导致的特枯年份枢纽通航和发电安全等要求。受多种因素的影响，围堰右侧段出现一处缺口，缺口段长度164m，导致下游河床下切明显，致使水库不得不降低水位运行，影响了工程安全和效益发挥。为保证工程的正常运行，拟对防渗墙缺口部位进行应急封堵，对缺口段右侧损坏围堰进行修复。防渗墙缺口封堵堰体为4级导流建筑物，相应的设计标准为枢纽10年一遇洪水(洪峰流量为12220m3/s)。

3 缺口段应急封堵施工方案研究

3.1 设计技术参数

a.工程地质情况。工程区汉江流向自北而南。河床宽约570～680m。深槽贴近右岸，左岸为宽广的漫滩，宽约1600m，两岸为汉江干堤。工程区广泛分布第四系冲积层，下伏基岩为下第三系荆河镇组。地下水化学类型为HCO-Ca型、HCOR-Ca·Mg型，pH值6.9～7.6，一般不含侵蚀性CO2；江水化学类型为HCO3-Ca型，pH值7.8，侵蚀性CO2含量2.45mg/L。地下水与地表水对混凝土不具腐蚀性。

b.设计技术参数。以原下游围堰轴线为中心线，抛填包袋式管袋(土工包)，土工包袋抛填前，在现地面表面铺设一层300g/m2加筋条、系结条的土工布，抛填土工包形成顶高程为27.80m、顶宽为10m，迎水坡和背水坡坡比均为1∶3的堰体。

堰体上游21.00m高程处，设10m宽的压重平台，压重平台以下的迎水坡坡比仍为1∶3，在距上游坡面垂直距离2m左右沿坡面铺设一层复合土工膜，在坡顶和坡脚处将土工膜延长回折，使土工膜尽可能地被土工包压紧，复合土工膜采用两布一膜(250g/0.5mm/250g)。

堰体下游21.00m高程处，抛填袋装砂防冲护坡，抛填的袋装砂形成15m宽的平台，平台以下的坡比为1∶2.5，袋装砂的单袋重量控制在150kg以上，袋装砂在土工包实施完后再抛填(见图1)。

图1 围堰封堵设计横断面(尺寸单位：cm)

3.2 水上抛填施工流程

水上抛填施工工艺流程见图2。

图2 水上抛填施工工艺流程

3.3 水上抛填施工工艺

a.铺排船定位。经河床地形测量，陡坎段可用砂袋铺平[1]，以确保施工质量。铺排船上采用6个液压绞车控制6根钢缆，2根边缆为主缆，分别连接1只7t的铁锚，承受整个铺排船下漂的拉力，同时控制船舶的上下移动；船头船尾各设一只开锚，控制船舶左右移动，保证排布的搭接宽度符合设计要求，两根左边缆设为尾缆，控制铺排船往下移动(见图3)。

图3 沉排船布置

b.土工布铺设。缺口宽度约164m，土工布分幅进行铺设，单幅宽度40m，幅与幅之间搭接长度不小于6m，共需要5幅。

水上土工布铺设施工时，水位较高，施工在江心进行，因此土工布顶端包裹1根20m长、直径为300mm的钢管，钢管内灌满混凝土，确保土工布排头固定。同时，土工布自带加筋条、系结条，在土工布上均匀绑好砂袋，便于土工布沉入河床底部[2]。土工布水下铺设时，先将铺排船的钢滑板放置水平，然后再将配重钢管与土工布连接好，通过GPS定位后，再缓慢放下钢滑板，使土工布通过自重慢慢沉入江底[3]。通过比较河床底部至船舷高度与排布移动的长度，确定土工布头部已经完全到底时，方可进行绞移船体操作，否则容易造成受力过大，发生撕排现象[4]。由于排头刚下到河床时，排头与河床底之间摩擦力较小，排头容易滑动，因而排头入水的水平位置在施工区域外，考虑水深、流速等多方因素，确定外移距离为5m(见图4)。土工布应符合设计标准和技术规范要求，铺设完成后，立即进行土工包抛填施工。

图4 土工布施工示意图

c.土工包充灌与水上抛填。土工包抛投施工工艺流程见图5。

图5 土工包抛投施工工艺流程

土工包充灌：选用2艘250kW采沙船，每艘驳船两舷分别安装4台深水电动吸沙泵。土工包平铺于铺排船甲板上，将输沙管插入土工包袖口中并绑牢，沙浆浓度控制在15%～20%之间，待管袋经过滤水，充填度达到75%～85%左右时，扎紧充沙袖口，充填完成。

土工包抛投：抛投船定位、校正完成后，松开钢板开关，使钢板倾斜，土工包自动翻入水中，沉到设计位置，如此循环往复，直至达到设计要求。

注意事项：充填袋分层填筑，层与层之间和充填袋之间交错嵌紧，不得形成垂直的通缝和贯通的空隙；充填袋的抛筑方向垂直岸坡，抛投按照从下游往上游方向进行[5]；抛填施工前，先进行施工区放样，标示出抛填的区域、范围、工程量与完成后的设计高程等。进行现场试验，确定不同水深、流速下土工包水平漂距，并做好记录。根据漂距，控制抛投船只的抛投位置[6]。对抛投区域进行网格划分，原则上按24m长进行划分，其余不规则部分以方便现场施工为原则进行划分；计算每个网格所需土工包的数量。每抛完一层土工包，立即用测深仪进行检测，符合要求后才能进行下一层的抛投施工，并做好详细记录。

d.土工膜铺装。封堵堰体防渗采用土工膜，在堰体上游坡面铺设一层复合土工膜，土工膜为两布一膜形式。土工膜安装完成后，进行水下测量、验收。在上游布置150m宽浮板平台，土工布在平台上进行焊接。浮板平台由5个30m宽小型浮板平台拼接，每平方米负载浮力350kg，平台长6m，载重达315t；浮板平台需要布置土工膜8494m2，另外包括卷扬机、钢管、施工人员、零星机械设备等，自重约20t，满足要求。焊接过程中，平台布设卷扬机将已经焊接完成的土工膜卷在钢管滚筒上。焊接时，遵循设计和技术规范要求(见图6)。

图6 150m宽平台示意

e.防冲砂袋抛填。防冲用的袋装砂的平面尺寸取0.7m×1m，单袋重量控制在150kg以上，袋内充填中粗砂，粒径大于0.25mm的颗粒含量大于50%，黏粒含量小于5%。在施工基地设置GPS基准站，通过已知控制点与GPS控制网的联测，确定基准站的坐标和坐标转换参数。采用平板驳船将袋装砂运至现场，根据每个施工段的抛砂袋数量，人工抛填。施工过程中，注意控制袋装砂施工质量，保证坡比、标高、顶宽等满足设计要求[7]。抛填时，施工与监理人员旁站监督，抛填后水下机器人下水检查，对不足部分大致界定出范围及时进行补抛。工艺流程见图7。

图7 袋装砂抛填工艺流程

f.检查验收。开工前的复测由发包人指定具有相应资质的第三方检测机构专业人员水下进行。检查每个网格各层应抛数量，每个网格的抛填量[8]。水下工程完工，施工单位自测达到设计要求后申请完工测量，由上述指定的复测机构进行水下测量。第三方检测机构水下测量后出具测量报告，经监理单位、发包人审核通过，达到设计要求后进行计量[9]。水下测量成果图按照1∶500比例出具，且测量分布点位不得超过1.5m×1.5m。

4 施工重难点分析及应对措施

4.1 重难点分析

a.施工船舶的定位。工程施工区域河道流速快，且变化较大，抛填工程量较大，时间也较长。如何保证施工船舶定位准确是确保抛填质量的重点。

b.缺口封堵质量。工程下游防渗墙缺口封堵采用抛投土工包形成堰体，并在上游侧铺设土工膜防渗，如何保证封堵质量是工程的难点。

c.土工膜搭接施工。工程的封堵堰体防渗采用土工膜，在堰体上游坡面铺设一层复合土工膜，土工膜在水下铺设，土工膜搭接部位如何施工是本工程的难点。

d.封堵堰体水下合龙。工程封堵堰体需要在水下合龙，此时堰体已经基本完成，下游水位壅高后可从左右侧防渗墙顶部过流，整体流速不会太快，但堰体顶部的龙口处流速较快，如何将堰体合龙是本工程的难点。

e.水上作业安全。封堵施工区域位于汉江河道中心，施工为水上水下作业，如何保证安全，也是工程的难点。

4.2 应对措施

a.施工安全保障措施。建立健全组织保障措施、技术措施、水上施工安全保证措施、应急救援措施、风险辨识与分级、安全与质量管理的各项规章制度[10]。

b.质量体系与措施。做好质量管理的资源配置，编制各项规章制度、岗位职责，落实质量宣传和培训措施、施工过程质量控制管理措施、质量评定与各阶段验收初步计划及保障措施等。

c.编制专项施工方案，组织专家审查。做好施工技术交底工作，组织水上抛填、土工包制作质量等控制要点的技术宣贯，严格按照技术标准、设计方案施工。

d.做好施工管理及作业人员配备和分工，持证上岗。

5 应急封堵效果

按照预定计划，完成了164m长的缺口段封堵施工任务，同时对防渗墙缺口右侧损毁段进行了修复，修复宽度180m。工程完成后，此段河道过流由主要从缺口段急流通过，变为从整个下横围堰防渗墙顶部通过，河道水流速明显减缓，兴隆水利枢纽的电站和泄水闸下游水位明显壅高，工程的安全运行得到保障，同时也消除了围堰受洪水冲刷影响缺口逐步加大与受损的可能，实现了预定目标。

6 结 语

兴隆水利枢纽下横围堰防渗墙缺口段应急封堵工程施工中，其土工包和防冲砂袋内填充的是河砂，均在附近沙洲取用，开采与运输成本远远低于石料、石笼等。同时利用进入主汛期前的一段过渡时间(4个月)施工，避免了在主汛期内施工可能遭受较大洪水的影响(施工期间出现的最大洪峰流量为4800m3/s)。该方法工艺先进，具有机械化程度高、施工速度快、人工用量少、施工安全、投资少等优点。尤其是在平原地区的大江大河整治中可推广应用。