文章以津巴布韋卡里巴南岸擴機工程尾水圍堰設(shè)計和拆除施工為例，使用“全生命周期設(shè)計”思想統(tǒng)籌實施，在圍堰設(shè)計、施工、運用和拆除的全過程進行優(yōu)化，以有利于圍堰拆除為目標，對圍堰結(jié)構(gòu)形式和位置調(diào)整，以及拆除施工分區(qū)和分期的不斷優(yōu)化，產(chǎn)生了良好的效益。

　　1 、概述

　　津巴布韋卡里巴南岸擴機工程位于贊比西河中游的卡里巴電站，在原有電站的基礎(chǔ)上新建一套獨立的引水發(fā)電系統(tǒng)，增加2臺150MW混流式發(fā)電機組。項目尾水圍堰主要功能是為尾水出口基坑開挖、尾水塔混凝土澆筑及金屬結(jié)構(gòu)安裝創(chuàng)造干地施工條件。

　　工程尾水出口在現(xiàn)有機組尾水出口下游200m處，尾水圍堰為土石填筑圍堰，采用高壓旋噴防滲墻，軸線長166.97m, 高噴灌漿最大深度9.53m, 最小深度1.97m, 防滲墻工程量1164m。尾水渠道設(shè)計過流量為376m3/s, 與外側(cè)河道夾角約45°,縱斷面前段為1∶2的斜坡(EL375m～EL380m),后段為平坡，橫斷面為倒梯形(邊坡坡比1∶0.5)。尾水渠道開挖深度10m、底寬39.6m、長度約為75m(順河向約100m),橫河向圍堰斷面面積約250m2,總體開挖方量約1.8萬m3。尾水圍堰不能拆除到設(shè)計高程，可能導(dǎo)致發(fā)電機組出力不能滿足合同要求，因此圍堰拆除是施工難點和施工質(zhì)量控制點。

　　尾水圍堰位于主河道邊緣，部分圍堰開挖已延伸到主河道內(nèi)，因尾水流速較快，達4～6m/s, 無法保證傳統(tǒng)漂浮設(shè)備的穩(wěn)定�？刹鹦妒绞┕て脚_搭設(shè)效率低，安全隱患多。

　　2 、圍堰設(shè)計

　　2.1、 工程地質(zhì)情況

　　尾水圍堰基礎(chǔ)表層為1～3m厚的塊石堆積，呈次磨圓狀，結(jié)構(gòu)松散，塊徑一般為30～50cm, 部分超過1m, 并夾雜少量混凝土塊，塊石成分以黑云母片麻巖為主，少量石英巖，下伏基巖為黑云母片麻巖，作為圍堰基礎(chǔ)地質(zhì)條件良好。

　　2.2、 圍堰設(shè)計標準

　　尾水出口施工工期較寬松，水庫泄洪歷時較短而且頻率較低，即使施工期間泄洪一次也不會影響項目總工期，經(jīng)綜合比選尾水圍堰采用堰頂可過水的土石圍堰，至少可降低設(shè)計堰頂高程4m, 大大減小了設(shè)計斷面尺寸[2]。

　　尾水圍堰擋水水位取正常應(yīng)用條件下最高可能尾水水位，即現(xiàn)有南北兩岸電站全部機組滿負荷發(fā)電時流量為2271.2m3/s, 對應(yīng)的尾水水位EL389.6m, 考慮波浪爬高和安全超高，設(shè)計堰頂高程為EL390.6m。

　　2.3、 設(shè)計優(yōu)化

　　2.3.1、 位置

　　原設(shè)計尾水圍堰位于主河道內(nèi)，修筑難度較大，防護風險也較大，將尾水塔向山體后移10m, 優(yōu)化后尾水圍堰將建在現(xiàn)有河水位以上河岸部位，降低了施工難度和度汛的風險。

　　2.3.2 、圍堰型式

　　河道底部為大孤石和基巖，無法應(yīng)用鋼板樁圍堰方案，只能采用傳統(tǒng)的土石圍堰方案[5]。原設(shè)計尾水圍堰下部采用混凝土和土石復(fù)合型式，上部采用漿砌石擋墻型式，優(yōu)化后尾水圍堰采用開挖料換填塊石，高壓旋噴墻防滲，頂部和邊坡用鋼筋籠和薄層混凝土防沖刷，降低了施工難度和成本。

　　2.3.3、 邊坡穩(wěn)定防護

　　由于尾水塔向山體后移，山體邊坡開挖坡度增大，因此在尾水上部交通道路的上下兩個邊坡增設(shè)鋼筋混凝土擋墻，確保了邊坡整體的穩(wěn)定，且保持總開挖工程量增加不大。

　　3、 圍堰施工

　　3.1 、開挖

　　為滿足圍堰高壓旋噴灌漿施工要求，需要把人工堆積料及拋石料換填為合適的材料，采用反鏟自上而下分層開挖，覆蓋層的設(shè)計開挖坡度為1∶1.25,強風化層設(shè)計開挖坡度為1∶0.5,開挖齒槽底部設(shè)計寬度為2m。

　　開挖時將開挖區(qū)表層的大塊石臨時儲存在靠河道的岸坡處，用于圍堰頂部的防護。同時沿圍堰軸線修筑臨時道路，作為圍堰拆除時棄渣通道。

　　3.2 、圍堰填筑

　　采用從下游向上游施工的順序，首層填筑采用進占法進行施工，其后采用后退法進行施工。就地利用進口開挖料作為圍堰填筑料，用15t自卸汽車運輸，推土機攤鋪，SR20M振動碾碾壓，填筑分層厚度為40cm, 填筑壓實度控制為92%。

　　3.3、 高壓旋噴灌漿施工

　　根據(jù)尾水圍堰防滲芯墻填筑材料和鉆孔灌漿設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，采用三管法旋噴灌漿。高噴灌漿在鉆孔施工完成并經(jīng)過檢驗合格后進行，高噴灌漿采用全孔自下而上連續(xù)作業(yè)，需中途拆卸噴射管時，搭接段應(yīng)進行復(fù)噴，復(fù)噴長度不得小于0.2m。高噴灌漿過程中，應(yīng)采取必要的措施保證孔內(nèi)漿液上返暢通，避免造成地層劈裂或者地面抬動。灌漿因故中斷后恢復(fù)施工時，應(yīng)對中斷孔進行復(fù)噴，搭接長度不得小于0.5m。

　　3.4 、鋼筋籠和薄板混凝土

　　堰頂、內(nèi)側(cè)及靠河流側(cè)上部采用鋼筋籠防護，其中，堰頂及靠河流側(cè)上部鋼筋籠在擋墻混凝土澆筑完成后進行安裝，圍堰內(nèi)側(cè)鋼筋籠隨基坑開挖進度跟進安裝。鋼筋石籠尺寸為2×1×1m, 鋼筋籠的底部需放置土工布。鋼筋籠安裝時用塊石填充飽滿，塊石從隧洞開挖料中挑選，鋼筋籠之間用鐵絲綁扎連接牢固。薄板混凝土主要起到防漫頂尾水沖刷和增強鋼筋籠整體性的作用[4]。

　　4 、圍堰運行和度汛

　　4.1、 泄洪防汛

　　尾水圍堰為過水圍堰，如遇水庫泄洪時，尾水水位最高將達到EL393.6m, 洪水將漫過圍堰堰頂淹沒尾水基坑，造成尾水基坑工作的停工和圍堰的沖蝕[9]。按照卡里巴水庫超大的庫容，上游來水和發(fā)電泄水比較穩(wěn)定，一般性規(guī)律為：每年6月份至來年1月底庫水位持續(xù)上升，當壩前水位超過同期最高限制水位時就需要開閘泄洪。在施工期間的措施如下：

　　(1)施工前制定施工期間防洪度汛和水庫泄洪應(yīng)急預(yù)案，提前做好抗洪搶險物資準備。

　　(2)每天專人觀測水庫水位，并對比洪水控制曲線，根據(jù)水位的變化規(guī)律提前預(yù)判可能泄洪的時間。

　　(3)汛期與贊比西河務(wù)局保持密切聯(lián)系，及時掌握泄洪時間，按照應(yīng)急預(yù)案從尾水基坑撤離人員和設(shè)備。

　　(4)用拋石對圍堰內(nèi)側(cè)進行防護，必要時可在泄洪前提前將基坑充水，以減少對圍堰結(jié)構(gòu)的沖刷破壞。

　　4.2、 汛后措施

　　水庫泄洪結(jié)束后尾水水位將很快降低至正常水位，及時安排基坑排水和水毀圍堰的修復(fù)，使基坑內(nèi)部施工盡快恢復(fù)正常。

　　5、 圍堰拆除施工

　　5.1 、初始方案

　　尾水圍堰拆除分為4個區(qū)進行(如圖1所示),施工步驟和方法見表1。

　　圍堰開挖分三期進行，對位于圍堰頂部的長臂反鏟無法開挖內(nèi)側(cè)部位先進行削薄開挖，然后在圍堰外側(cè)靠河道部位接近水面高程修筑臨時道路，利用水位較低時間段進行圍堰外側(cè)主河道區(qū)的開挖，最后利用長臂反鏟后退法進行分區(qū)開挖。在確保能將水下鉆孔爆破部分全部覆蓋的情況下，盡可能的多用機械開挖拆除，減少鋼管排架的使用量，提高工作效率。

　　水下部位鉆孔：計劃搭設(shè)工作平臺進行作業(yè)，鉆孔平臺的安裝需充分考慮河水流速的影響。施工排架在場外預(yù)先按單元進行搭設(shè)，由長臂反鏟吊運至預(yù)定水下鉆孔區(qū)域。在水流的上游側(cè)的不同方向安裝錨固插筋，用鋼絲繩連接排架單元固定在插筋上并用手拉葫蘆拉緊，防止湍急的尾水影響施工排架的穩(wěn)定和鉆孔定位。在施工排架豎桿上向下安裝鋼管作為鉆孔的導(dǎo)向桿，確保垂直鉆孔準確，并通過鋼管進行水下裝藥。

　　5.2、 爆破拆除施工

　　首先按照原定計劃進行圍堰下游削薄，以減少水下開挖的寬度和開挖量，按計劃進行了預(yù)裂爆破施工。在施工過程中發(fā)現(xiàn)：深夜至凌晨最高尾水水位約為EL386m, 極低水位達到EL381m, 通過向贊比西河務(wù)局求證，根據(jù)發(fā)電水量調(diào)配計劃，近期將持續(xù)這種狀態(tài)。于是現(xiàn)場對拆除分區(qū)進行了優(yōu)化調(diào)整，將III區(qū)和IV進行了合并進行倒退開挖，從上游向下游沿軸線方向為7個開挖段，每段5～10m。按照“白班出渣，夜班鉆爆”的施工原則，白班清理一個分段至EL385m, 夜間水位低于EL385m時，開始液壓鉆鉆孔和人工裝藥，凌晨5時準時爆破，白班使用長臂反鏟進行出渣，石渣清理干凈后，進入下一施工段循環(huán)。

　　在進行爆破施工時，優(yōu)化爆破設(shè)計以控制爆渣塊度易于裝車，同時要對爆破振動和水擊波進行嚴格控制，保證臨近的結(jié)構(gòu)物不受破壞。

　　6、 實施效果

　　利用拆除期尾水水位周末較低的特點，將原計劃的水下鉆爆開挖優(yōu)化為水上鉆爆開挖，摒棄了施工排架的搭設(shè)方案，極大地提高了每個鉆爆循環(huán)的工作效率，安全性大大提高，節(jié)省了潛水員輔助施工費用。施工進度方面，在尾水圍堰預(yù)裂爆破滯后的情況下，提前2.5個月完成拆除并順利通過業(yè)主方的驗收。

　　7、 結(jié)語

　　尾水出口的優(yōu)化設(shè)計從尾水塔的布置、尾水圍堰的建設(shè)、運行和拆除的整個生命周期，以及滑坡體的整體穩(wěn)定統(tǒng)籌考慮，總體降低了臨時建筑物圍堰的建設(shè)規(guī)模，減少了成本，策略是完全正確的。

　　尾水圍堰成功的拆除得益于項目的超前總體規(guī)劃，對尾水出口區(qū)域進行設(shè)計優(yōu)化，減少了難度極大的高速水流下的水下爆破拆除施工。

　　將原設(shè)計尾水塔位置向山體后移，有效的避開了尾水主流對尾水圍堰施工和拆除的影響，并增加了尾水圍堰的結(jié)構(gòu)可靠和整體穩(wěn)定性，尾水圍堰中軸線由河道退到了原有河岸上，由在河道中填筑圍堰施工改為僅需要進行圍堰防滲和頂部防沖刷施工，降低了施工難度。

　　通過對圍堰爆破拆除分區(qū)的優(yōu)化，充分利用了低水位時段進行水上鉆爆作業(yè)，充分利用了長臂反鏟的工作行程，降低了拆除施工難度，加快了拆除進度，降低了施工安全風險。

　　參考文獻

　　[1]楊玉銀,張艷如,張榮，等. 卡魯瑪尾水隧洞出口圍堰拆除控制爆破技術(shù)[J]工程爆破, 2020,26(6):76-83.

　　[2] SL 645- -2017.水利水電 工程圍堰設(shè)計規(guī)范[S].

　　《峽谷河道尾水圍堰設(shè)計與施工優(yōu)化》來源：《水利技術(shù)監(jiān)督》，作者：關(guān)盛旺

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