大藤峽水利樞紐工程圍堰拆除施工難點及對策

曾文專，謝濟安，張松濤

(1.中國水利水電第八工程局有限公司，長沙 410004；2.廣西大藤峽水利樞紐開發有限責任公司，南寧 537200)

1 概述

大藤峽水利樞紐工程是大(1)型水利樞紐工程，黔江主壩采用兩期導流方式施工：一期導流圍左岸，江水由束窄后的右岸主河道過流，在一期圍堰的保護下，左岸泄水閘、發電機組、船閘等工程于2020年全部建成并投入運用；二期導流圍右岸，江水由左岸泄水建筑物過流，在二期圍堰的保護下，右岸泄水閘、廠房、擋水壩段及魚道等項目安全施工。二期圍堰由上、下游橫向土石圍堰和縱向混凝土圍堰組成。工程自2020年3月10日下閘蓄水，二期圍堰即承擔擋水重任，為右岸工程施工創造干地施工條件。2022年4月25日，工程通過建筑物擋水(52 m高程)驗收，具備全線擋水條件，二期圍堰完成擋水使命。2022年5月1日，二期上游圍堰拆除施工正式啟動，圍堰干地開挖至48.6 m高程，充水完成后，48.6 m高程以下部分堰體拆除進入水下施工階段。

二期上游圍堰在壩軸線上游約270 m處呈直線布置，上游圍堰左側與縱向圍堰上游段相連接，右側與右岸開挖邊坡相連接[1]。圍堰總長349.6 m，斷面結構分上下兩部分，下部為擋枯水期圍堰，對枯水期圍堰進行加高后形成擋大汛洪水圍堰。擋枯水期圍堰堰體的擋水標準為10 a重現期12月—2月月最大洪水，流量Q=4 920 m3/s，頂高程為29.87 m，防滲墻施工平臺頂高程為31.17 m。圍堰設計擋水標準為大汛50 a重現洪水，流量Q=44 900 m3/s，堰頂高程為54.30 m，堰頂寬10 m。對上游圍堰31.17 m高程以下填筑體及覆蓋層建造塑性混凝土防滲墻，并對防滲墻兩側砂礫石填筑體加密處理。土石圍堰31.17 m高程以上填筑體采用反濾料+土工膜+粘土進行防滲處理。圍堰塑性混凝土防滲墻軸線長279.58 m，防滲墻厚度1.0 m，嵌入弱風化巖體1.0 m，最大深度約25.0 m，防滲墻采用“鉆鑿法”成槽施工方案。帽蓋混凝土拆除長度為133.87 m，帽蓋梁混凝土厚度為0.5 m，寬度與防滲墻一致為1.0 m，混凝土量為67.0 m3，混凝土內增加配筋，主筋為Φ16，分布筋為Φ8，鋼筋合計總量7 t。

二期上游圍堰拆除總方量為74.19萬m3，最大開挖水深為27 m，最大水下日開挖強度達1.1萬m3(右岸二期上游圍堰典型剖面見圖1)。

2 高水頭圍堰拆除施工

2.1 拆除施工難點

1)圍堰水下開挖施工過程中受工程樞紐上游庫區水位及下游水位影響干擾較大，影響施工效率，同時需保證防洪度汛、船閘通航及機組發電需求，且受枯水年保旱調度要求，蓄水位較高，拆除水下最大水頭達27 m，施工難度較大。

2)防滲墻及上部帽蓋鋼筋混凝土結構需水下爆破拆除，爆破后，水下鋼筋混凝土結構需結合探測情況進行調整[2-3]。

3)拆除時間緊、任務重，開挖設備如何合理布置，資源合理調配，保證施工進度是拆除施工的難點。

2.2 拆除施工對策

通過分析研討，決定按照“先上后下，先背水面后迎水面，先左側后右側，先水上后水下”的原則分4區拆除施工[4]。具體分區見圖2。

根據施工規劃，對圍堰堰頂進行了混凝土硬化，作為壩頂交通道路使用，因此圍堰拆除前用破碎錘對道路進行拆除。

1)“1階段”拆除：為Ⅰ區干地開挖階段，主要拆除圍堰48.6 m高程以上及圍堰背水側堰體。上游發電最低水位47.6 m，所以采用高于發電最低水位1 m的48.6 m高程為臨時擋水高程，Ⅰ區拆除范圍為48.6 m高程以上部分及圍堰背水側部分堰體。此時未拆除部分圍堰具備擋水條件，基坑不進水，將干地施工最大化，月平均開挖強度為34.1萬m3/月。

2)“2階段”拆除：圍堰破口，二期基坑充水，3天完成充水，缺口位置選擇在上、下游圍堰與縱向圍堰接頭處，充水完成后上游基坑水位基本齊平上游水位，下游基坑水位基本齊平下游水位。

3)“3階段”拆除：為Ⅱ區水上開挖階段，主要拆除圍堰48.6～43.6 m高程部分堰體。此時基坑內開始進水，但堰頂仍高于庫水位。Ⅱ區圍堰拆除采取倒退拆除方式，采用反鏟挖掘機水下挖渣。考慮長臂反鏟挖掘機挖土深度為5.0 m，由此確定Ⅱ區拆除底高程為43.6 m，月平均開挖強度為6.4萬m3/月。

4)“4階段”拆除：為Ⅲ區、IV區防滲體水下開挖階段[5]，主要拆除圍堰43.6～25.0 m高程部分堰體。此時堰體已完全淹沒在上游52.0 m高程水位以下，進行水下開挖施工。主要利用13 m3抓斗式挖泥船、4 m3抓斗式挖泥船進行挖渣施工，泥駁配合運輸渣料至臨時施工碼頭，碼頭處布置長臂反鏟挖機+自卸汽車進行渣料轉運至棄渣場，月平均開挖強度為13.3萬m3/月。

2.3 圍堰結構拆除

2.3.1結構初步拆除

按照拆除程序，按計劃完成了Ⅰ區、Ⅱ區以及部分Ⅲ區、IV區結構，依據拆除施工特點，圍堰塑性混凝土在圍堰上部48.6 m高程平臺跟管鉆孔至設計高程，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駁統一拆除。對泄水閘上游150 m范圍內以及廠房上游110.3 m范圍內進行了堰體松動爆破，拆除工作總體受控。

水下聯網爆破單孔裝藥量計算：

Q=0.9×q0×a×b×H

式中：

Q——單孔裝藥量，kg；

q0——水下爆破單位炸藥消耗量(kg/m3)，暫取經驗值q0=1.0；

a、b——鉆孔的孔距、防滲墻寬度或鉆孔排距；

H——設計開挖的厚度，m。

考慮水體阻力，單耗較陸地較大，同時為保護臨近混凝土、灌漿、錨桿(錨索)、設備及儀器安全，嚴格控制最大段單響藥量，對圍堰臨近主體建筑物處堰體等特殊部位拆除爆破時，最大段單響藥量根據允許的安全質點振動速度控制標準(見表1、表2)。

表1 建筑物允許爆破質點振動速度控制標準 cm/s

表2 機電設備及儀器的爆破振動安全允許標準 cm/s

結合工程布置，針對不同保護對象類型、距爆區距離及安全允許振速要求，核算出爆破最大單響藥量(見表3)。根據計算結果，爆破最大單響藥量按照45.4 kg控制[6]。

表3 不同保護對象爆破最大單響藥量

2.3.2拆除難點及對策

隨著Ⅲ區、Ⅳ區拆除工作逐步進展，防滲墻附近帽蓋梁及導向槽部位開挖進展緩慢，開挖效率低，初步分析原因后，對防滲墻爆破后水下開挖斷面進行了測量和水下攝像，水下探測顯示：① 帽蓋梁、導向槽爆破后，鋼筋與混凝土未解體，部分鋼筋外露，但未完全分離，形成了鋼筋與混凝土相連的大塊體；② 鋼筋被抓斗船抓取后，形成了扭結彎曲，鋼筋分布較為散亂；③ 防滲墻下游側倒漿平臺及硬化道路爆破后，混凝土面板僅部分出現了裂縫，未解體，面板完整性較好，現狀水下為整塊的混凝土面板，抓斗船開挖施工難度大。

探測結果與初步分析原因基本吻合，處理對策如下：

1)倒漿平臺及硬化道路拆除

采用水下沖擊重錘進行錘擊破碎，利用重錘下落的沖擊力，將水下現有混凝土面板破碎解體，混凝土面板厚度為0.3 m，重錘重量為15 t，將抓斗式挖泥船的抓斗更換為懸掛沖擊重錘，在倒漿平臺及硬化道路區域，根據測量放樣航標示意，利用沖擊重錘將面板破碎解體，同一點位連續落錘，錘擊結束后利用13 m3抓斗式挖泥船在錘擊區域抓取渣料，通過抓取開挖效率判斷，錘擊效果明顯，將倒漿平臺與施工道路混凝土面板徹底開挖干凈[7]。

2)鋼筋水下切割

采取水下聚能藥包對鋼筋混凝土結構進行爆破，經水下探測爆破效果不理想，因此改用水下繩鋸切割施工工藝。繩鋸切割前對外露部分鋼筋進行切割，由專業潛水員下潛至水下作業區域，對鋼筋外露部分進行切割，切割主要針對帽蓋梁和導向槽混凝土內Φ25、Φ16鋼筋(主筋)，按照順序，從右岸側向左岸側依次切割，按照2～3 m一段，依次切割完成。

3)鋼筋混凝土繩鋸切割

繩鋸切割范圍主要為上游圍堰右岸泄水閘上游150 m范圍堰體內防滲墻頂部帽蓋梁、防滲墻兩側導向槽鋼筋混凝土[8]。

施工程序及方法：

① 防滲墻兩側范圍渣料清理：施工前，對防滲墻導向槽兩側區域內填筑渣料進行清理，為下一步繩鋸切割創造有利條件[9]。

② 設備定位：派潛水員探摸上游圍堰防滲墻帽蓋及導向槽水下情況，確定設備安放位置并定位，安裝切割機，對切割物件安裝金鋼繩，然后進行繩據切割。

③ 切割：對水下導向槽及帽蓋鋼筋混凝土進行切割拆除，具體方法為：利用金鋼繩鋸進行分段切割，每段切割長度約為1.5 m，每塊重量約為19 t，分次吊裝，切割完畢后利用抓斗吊裝船抓取上岸，利用泥駁船轉運至臨時碼頭處堆放。

切割前用36 cm工字鋼做一個切割用的操作架，用吊機放在切割物件上，再用金鋼繩進行反切，當切割至物件下2 m深時，再轉向橫切，橫切長度為1.5 m一段，每切一段后由潛水員攛切割繩往上切，切割完成后分2次吊裝[10]。繩鋸切割作業見圖3。

圖3 繩鋸拆除施工示意

2.4 施工安全、質量保證措施

1)專項安全措施：密切監控上游來水流量，流量小于20 000 m3/s時，船只正常工作。船只設備狀態完好并錨定，嚴格做好相關安全防范措施，定期對船上作業進行安全檢查[11]。

2)潛水作業：提前做好入場安全教育，檢查潛水裝備完好，定期和水上聯系并聽從水面電話員指令，作業過程設置專業人員全程監護。

3)應急預案：針對作業過程可能發生的船只損壞、溺水事故、爆破安全事故、機械傷害、和車輛交通事故等情況，明確了組織機構并編發了應急處置預案。

4)開挖設備選型：圍堰水下拆除施工受上游水位影響較大，對水下開挖抓斗式挖泥船及泥駁等要求高，施工前，提前聯系廠家并實地考察，提前選定設備型號及數量，設備水下最大開挖深度、作業時最大水流速度等參數滿足施工要求[12]。

5)水下地形測量：在開挖施工過程中及時跟進水下地形測量，對欠挖區域及時補挖處理，避免重復二次開挖[13-14]。

3 結語

大藤峽水利樞紐工程二期上游圍堰拆除工程，采取分區拆除方式將干地開挖最大化，采用水下割除鋼筋、水下繩鋸切割鋼筋混凝土方式，拆除工作一次完成，施工效率高、成本較合理，達到拆除工作預期目標，為工程安全運行提供良好的條件，對類似工程有重要的參考價值和借鑒意義。