第二节 二期截流具体施工方案及方法
一、截流设计
（一）二期截流方式选择
选择截流方式时考虑了以下因素：
（1）立堵截流准备工作简单，造价低。
（2）立堵是传统的截流方式，积累了较丰富的经验。
（3）考虑本工程截流时水力指标相对不大，截流难度适中，因此宜采用单戗堤截流。
根据上述情况，本工程采用上游单戗立堵法截流。根据现场实际施工布置情况，龙口设在河道偏左岸，即由右岸向左岸进占。戗堤顶宽20m，上下游边坡均为1∶1.5，戗堤顶高程为296.0m，戗堤总长90.0m，预留龙口顶宽度30.0m，戗堤堤头设计边坡为1∶1.25。
鉴于本工程截流落差较小（最大落差仅1.66m），且上游戗堤距下游围堰轴线间距约470m，不考虑下游围堰分摊截流落差，为减少施工干扰，缓解设备压力，确保截流一次成功，决定先进行上游围堰截流，再进行下游围堰截流施工。
（二）截流戗堤结构设计截流戗堤布置及结构设计
1.设计原则
（1）确保截流戗堤大块石料、钢筋笼不侵占防渗墙位置，影响防渗墙施工。
（2）满足抛投强度，满足设备运行要求。
（3）确保戗堤的稳定及抗水流冲刷。
（4）满足合龙后堰前水位以上的安全超高。
（5）确保截流戗堤大块石料、钢筋笼不侵占防渗墙位置，影响防渗墙施工。
（6）满足抛投强度，满足设备运行要求。
（7）确保戗堤的稳定及抗水流冲刷。
（8）满足合龙后堰前水位以上的安全超高。
2.戗堤顶高程的确定
上游截流设计流量按5年重现期11月平均流量Q=778m3/s，上游截流戗堤相应水位295.17m高程，考虑堤顶安全超高，堤顶高程暂定为296.0m，戗堤最大高度21.0m。
下游低水围堰截流设计流量同上游截流戗堤，即Q=778m3/s，根据招标补疑文件，本工程截流时，下游彭水水电站蓄水，彭水水电站回水高程为293.56m，同时考虑截流后施工挡水要求，按枯期5年一遇洪水设防，暂定堰顶高程295.0m，低水围堰最大高度约30m。
3.截流戗堤结构
二期截流戗堤拟采用右岸水泥厂渣场回采的石渣和块石料填筑。
上游戗堤顶部宽度20m，迎水面坡度为1∶1.5，背水面坡度为1∶1.5，堤顶铺20cm厚碎石路面，堤顶向外侧排水，排水横坡为2%。
下游低水围堰顶宽15m，迎水面坡度为1∶1.75，背水面坡度为1∶1.5，堤顶铺20cm厚碎石路面，堤顶向外侧排水，排水横坡为2%。
4.截流戗堤平面布置
上游截流戗堤轴线布置在大坝坝轴线上游约77m处，呈直线布置，堤顶轴线全长102m，该轴线位于上游土石围堰轴线下游侧并与之平行，两轴线相距34m。龙口设在混凝土纵向围堰侧，最大宽度30m。河床截流后，该戗堤结构将成为上游土石围堰堰体的排水堆石体，围堰高喷防渗板墙位于戗堤上游侧。
下游截流戗堤为下游低水围堰，截流时与上游截流戗堤同时进占并滞后20m，下游进占时一次性填筑至低水围堰顶部高程，形成前期低水围堰，下游低水围堰采用折线型布置，布置在坝轴线下游约470m处，堤顶轴线全长113.2m。龙口设在纵向混凝土围堰侧，最大宽度60m。
（三）水力学计算
按照截流方式为上游立堵单戗截流，截流流量按778m3/s进行截流水力计算。截流过程中，河道来流量可分为四部分：
式中 Q——河道来流量（截流设计流量778m3/s）；
Qg——龙口泄流量；
Qd——分流建筑物（导流明渠）泄流量；
Qr——上游河槽调蓄流量；
Qs——戗堤渗流量。
截流计算根据上述流量分配采用列表法进行。
（1）分流建筑物（导流明渠）泄流能力计算。导流明渠在上游不同壅高水位时的下泄流量曲线Qd—H见图2-1。
图2-1 导流明渠泄流量曲线图
（2）截流过程中上游河槽调蓄流量计算。由于本工程截流过程中抛石强度不大，抛石引起的上游水库面积和水位上升率并不大，因此不考虑上游河槽调蓄流量。
（3）截流戗堤渗流量计算。对于立堵截流，戗堤渗流量计算公式为：
按照伊兹巴什公式计算：
式中 KS——紊流渗透系数，m/s；
n——戗堤孔隙率，取n=0.4；
D——抛投料的化引直径；
A——材料特征系数；
——龙口起始宽度，m；
——截流进占过程中的龙口平均宽度，m；
H——戗堤上游的平均水深，m；
ls——平均渗径，m；ls=0.5（m1+m2）P+a；
m1——戗堤上游坡坡度系数，1.5；
m2——戗堤下游坡坡度系数，1.5；
P——戗堤高度，m；
a——戗堤顶宽，m。
（4）龙口泄流量计算。对于立堵截流，龙口泄流量计算公式为：
式中
——龙口平均过水宽度，m；
H0——龙口上游水头，m；
m——流量系数，m=0.32。
（5）截流过程中的水力计算。根据以下各式计算截流过程中的诸水力参数：
龙口落差
龙口平均流速
龙口单宽流量
龙口单宽功率
经水力学计算成果分析，截流控制条件最大落差为1.66m，最大平均流速为5.61m/s，最大单宽流量为26.45m3/（s·m），最大单宽功率为26.85（t·m）/（s·m）。从其他相关工程的截流情况来看（根据《中国水力发电工程 施工卷》统计表3-2，截流落差一般均在4m以下），本工程截流水力学指标较小，截流难度适中。龙口水力特征曲线见图2-2，龙口水力学指标成果见表2-1。
表2-1 龙口水力学指标成果表
续表
图2-2 龙口水力特征曲线图
（四）截流戗设计
选定的截流方案为上游单戗立堵截流方案，结合现场实际情况，截流戗堤布置在上游围堰轴线的下游，截流戗堤轴线和上游围堰轴线平行，两轴线相距36.5m。
截流龙口宽度定为30m。根据抛投材料分为右岸预进占区、龙口Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区。戗堤设计断面为梯形，戗堤堤顶宽度15m，可以满足两辆20～25t自卸汽车在堤头同时抛投。按来流量778m3/s计算，截流戗堤闭气后挡水水位为294.8m，以此确定戗堤堤顶高程296.0m，戗堤的上游边坡为1∶1.5，下游为1∶1.5，进占方向堤头边坡为1∶1.25。
（五）龙口分区及抛投材料确定
1.龙口抛投材料稳定计算
根据伊兹巴什公式计算截流过程中抛投块石的稳定性及当量直径。抛石块径计算公式为：
块石当量粒径
式中 d——块石化引为球体的当量直径，m；
g——重力加速度，9.8m/s2；
rs、r——块石容重和水容重，t/m3；
v——计算流速，m/s；
K——稳定系数，取K=0.9。
表2-2 抛投块石化引直径计算成果表
抛投块石的抗冲稳定性以块石的抗冲流速作为指标，见表2-3和表2-4。
表2-3 抗冲流速—块石粒径—重量关系曲线
表2-4 截流抛投块石规格表
2.龙口分区
龙口抛投材料粒径（或重量）按照伊兹巴什公式的计算成果，并参照国内外水电工程截流的实际资料，综合分析确定。
针对各进占抛投材料的特性，把截流龙口分成预进占区、Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区（图2-3），各区的布置、控制水力指标及进占抛投材料确定如下。
图2-3 龙口分区图
（1）预进占区。戗堤进占长度60m，龙口水面平均宽度30m，龙口的落差0.35m，平均流速2.63m/s，单宽流量15.62m3/（s·m），单宽功率5.53（t·m）/（s·m）。抛投石料采用中石和普通石渣，裹头采用大石进行保护，该区抛投量为3.0万m3。
（2）Ⅰ区。戗堤进占长度10m，龙口水面平均宽度20.0m，龙口的落差0.7m，平均流速3.71m/s，单宽流量21.99m3/（s·m），单宽功率15.41（t·m）/（s·m）。抛投石料采用大石、中石和石渣，局部需用特大块石，该区抛投量为0.45万m3。
（3）Ⅱ区。戗堤进占长度15.0m，龙口水面平均宽度5m，龙口的落差1.43m，最大平均流速5.61m/s，单宽流量26.45m3/（s·m），单宽功率26.85（t·m）/（s·m）。从龙口水力指标分析，该区龙口流速、单宽功率均为截流过程中的最大值，因此该区为截流最困难区，抛投材料采用特大石、大石、块石钢筋笼或钢筋笼串，该区抛投量为0.532万m3。
（4）Ⅲ区。戗堤进占长度5.0m，龙口水面宽度5～0m，龙口的落差1.66m，平均流速3.45m/s，单宽流量4.18m3/（s·m），单宽功率6.95（t·m）/（s·m）。抛投石料采用大石、中石和普通石渣，该区抛投量为80m3。
根据计算出的龙口水力指标，截流时的最困难区为龙口过水断面从梯形过渡到三角形时，即龙口宽度为20～5m时，因此此段抛投材料需要以特殊材料为主进行抛投。
特殊制备的材料按照计算出的龙口最大平均流速5.61m/s作为控制抗冲流速来确定，选取容易制备和运输的块石钢筋笼作为抛投体大料，钢筋笼尺寸为2.0m×1.0m×1.0m，重量约3.2t；钢筋笼串为2个一串，主骨架钢筋用12号铅丝绑扎牢固（表2-5）。
表2-5 戗堤进占抛投料使用情况表
二、截流施工应具备的条件及截流准备
（一）截流施工应具备的条件
（1）明渠具备分流条件。
（2）截流组织设计通过审批。
（3）截流组织机构成立。
（4）提前完成截流各项准备工作：机械设备配置充足，设备维修、保养完好，截流道路全部形成，道路畅通，截流备料充足启用方便。
（5）业主提供的相应条件到位，如施工道路等。
（二）截流准备
（1）截流水情预报及水文观测。截流前期要求作坝址以上流域的中、长期气象预报。同时，必须作坝址处中短期的水文预报，预报出截流期间坝址的来流量，并要求预报有无后期洪水发生。水位观测主要在导流明渠进口、导流明渠出口、龙口上游河床、戗堤沿线、下游河床，设置标尺进行流量、水位观测。截流期间应进行坝址上游、下游所设水文站的水文观测，测出截流时的实际来流量。龙口测速用简易方法进行，利用浮标测速。
（2）截流施工场地及交通管理。截流前应对所有截流施工场地进行整平，满足机械设备施工要求，对河床危险地带设置警戒线。对截流施工公路进行清理，保障交通顺畅。
（3）截流料场管理。对截流材料应按截流设计分区堆放，规划好进出堆料场的道路，以便截流时根据进占实际情况供料。
（4）截流指挥调度。加强截流施工的组织指挥工作，成立以施工单位为主，业主、监理、设计等单位参加的统一的截流指挥机构，使所有命令得到切实执行。
（5）其他准备措施。①切实做好导流明渠的分流工作，拆除导流明渠进口和出口围堰时，必须满足设计要求，使导流明渠达到设计要求的分流能力；②安排进行截流施工的实战演习，检查施工机械联合作业的配套能力、施工人员的操作技术、组织指挥系统、后勤保障能力等项目，确保实际截流的成功。
三、截流规划
根据类似工程经验，结合本工程特点，截流施工重点在上游戗堤的进占、合龙，下游戗堤的进占、合龙滞后上游一定时段，以降低施工难度和资源投入，以下主要对上游截流做详细说明，下游截流仅做备料和资源投入的考虑。
（一）截流现场布置
上游截流戗堤下游布置一个回车平台（30m×50m），布置推土机两台。
在纵向混凝土子围堰右侧的平台上布置一个设备停放场，在左岸一期上游土石围堰拆除前停放一部分设备并布置跨明渠加油管路，用于下游戗堤左岸进占。
（二）截流道路布置
左岸预进占施工道路主要利用左岸开挖施工道路、下游截流施工道路。
上游截流施工道路：4号公路（水泥厂渣场处）→2号索桥右岸桥头→6号公路→截流戗堤。
下游截流施工道路：上游低水围堰→下游截流施工道路→下游截流戗堤。
（三）截流备料及料场规划
（1）石渣料：①右岸水泥厂渣场；②纵向混凝土子围堰右侧。
（2）大块石备料场：①右岸水泥厂渣场；②右岸开挖；③纵向混凝土子围堰右侧。
（3）钢筋笼备料场：子围堰右侧50个，其他备在左岸开挖区，提前装车，停在4号公路边。
对截流材料应按截流设计分区堆放并设立标示牌，规划好进出堆料场的道路，以便截流时根据进占实际情况供料。
四、截流施工
截流施工的特点如下。
（1）工期紧、任务重。
（2）10号公路没有形成，施工道路布置困难，6号公路通行压力大。
（3）下游戗堤从左岸进占，机械设备加油需横跨明渠，难度大。
（一）戗堤进占
1.施工程序
大江截流采取单戗单向进占，上游仓堤从右向左，下游戗堤从左向右。上游非龙口段，右岸进占60m，形成B=30m宽龙口。
测量放样→道路、施工平台的形成→预进占→戗堤裹头保护→龙口合龙。
2.施工方法
（1）截流预进占。根据截流戗堤设计和截流施工道路的布置等条件，本工程截流单向预进占，预留龙口宽30m，预进占采用挖掘机、装载机装渣，25t自卸汽车运输至戗堤端部，端进法卸料，推土机推进，戗堤行车路线拟布置双车道，堤头全面抛投。预进占至设计位置后，采用大块石作裹头保护，保护水位以下预进占戗堤不被水流冲刷淘空。预进占同时于上游侧填筑围堰堆石体，堆石体与戗堤之间填筑土石混合料，堆石体及土石混合料的填筑高度与截流戗堤相同，滞后截流戗堤20m，形成截流回车平台（图2-4）。
图2-4 截流戗堤堤头设备布置图
（2）龙口合龙。截流采用单戗堤单向立堵截流方式。堤上车辆运行线路拟布置为三车道，重车在上、下游，空车走中间，重车道用来运输大石、中石、石渣、混合料及截流特殊材料。截流车辆在截流回车平台调头，倒退至龙口处卸料。
截流戗堤龙口段主要采用全断面推进和凸出上游挑角法两种进占方式。
1）全断面推进：是在水力条件较好，流速较小时一般材料可满足，2个卸料点进占。
2）凸出上游挑角法：即在堤头上游侧与戗堤轴线成30°～45°角的方向，用大块石和特殊材料抛填形成一个防冲矶头，在防冲矶头下游侧形成回流区，中小石、石渣混合料尾随进占。
（3）堤头抛投拟采用直接抛投、集中推运抛投和卸料冲砸抛投3种方法。
1）直接抛投：即自卸汽车运料至堤头后直接卸料入水中，少量渣料由推土机配合推入水中。
2）集中推运抛投：在堤头坍塌较严重，自卸汽车不便靠近或渣场需集中抛入水中时，自卸汽车卸料在堤头顶上，由大功率推土机将渣料集中推入水中。
3）卸料冲砸抛投：将特殊材料从自卸汽车上直接卸料抛入水中，冲砸抛投。
龙口抛投方式与方法根据现场堤头推进实际情况及时进行调整。
（二）截流施工主要技术要点
（1）按龙口进占先后顺序，分为预进占区→龙口Ⅰ区→龙口Ⅱ区→龙口Ⅲ区。
（2）预进占区作为截流施工平台，应满足30m×50m的施工场地，控制高程为296.0m。预进占区施工时间应在截流前2～3天完成。主要施工内容有：形成截流施工平台、场地平整、龙口边坡进行大块石保护、布置机械设备位置、在平台边缘地带设置小红旗警示，并有安全指挥员全天候值班。预进占区填筑料为土石渣混合料，粒径控制在d=0.1～0.4m，其中龙口大块石护坡要求块石粒径大于0.4m。
（3）龙口Ⅰ区：堤顶宽度15m，能满足2～3辆20t自卸汽车同时进行抛投。该区填筑料控制粒径，中石0.2m<d<0.4m，其中粒径0.3～0.4m块石含量大于60%；大石0.4m<d<0.8m，其中粒径0.8m块石含量大于60%。抛投时辅以推土机、装载机集料、平整，碾压机碾压。
（4）龙口Ⅱ区、Ⅲ区：该区填筑料控制粒径，大石0.55m<d<1.1m，其中粒径0.8m块石含量大于60%。截流最困难时应采用钢筋笼、特大块石。铺以推土机、装载机集料、平整。
（5）截流过程中应根据龙口落差、流速测量资料，随时调整抛投时材料。
（6）截流施工机械设备布置：预进占区布置推土机、装载机、碾压机、汽车吊车进行集料、平整、清理截流施工平台。截流车辆布置在右岸6号公路并靠右侧停放。水泥厂渣场布置挖掘机、推土机、装载机、汽车吊车。
（7）截流时在上游面设置动态水位观测，测定河床来流量，河床分流量和导流明渠分流量。
（8）应密切关注中期、长期和短期流域降雨量、流量和可能发生超过截流流量的预报，根据水情预报做好必要的加高截流戗堤作度汛准备，如发生超标洪水时（即超过截流流量Q20%=778m3/s），在截流戗堤上游面作顶宽2m、底宽4m、高2m的子堰进行挡水，子堰材料采用黏土草袋。当预计将发生超过子堰的洪水时，应作好截流戗堤上机械设备和人员安全撤出工作。
（9）截流材料集中堆放于右岸水泥渣场，并按截流进占分区、块石粒径大小进行集中堆放，设置专人管理、调度。按设计图纸进行截流备料。
（10）清除截流施工道路上的违规建筑以及影响截流的临时设施，封闭施工作业场地，维护截流施工道路，确保道路畅通，并且设置警戒区，与截流施工无关的一切外来车辆、人员等不得进入。
（11）戗堤非龙口段进占抛投一般为中小粒径料全断面抛投施工，进占过程中，如发现堤头抛投材料有流失现象，则在堤头进占前沿的上游挑角先抛投一部分大中块石，在其保护下，使堤头水流在下游侧形成回流缓流区，再将中小石抛填在戗堤轴线的下游侧和上游侧。
（12）在进占过程中，抛投料出水面后，及时采用石碴加高，戗堤顶用碎石进行铺筑施工，并安排专人养护路面，确保截流施工道路满足大型车辆阴雨天畅通无阻的要求。
（13）截流前，所有投入的各种大型机械设备（自卸汽车、挖掘机、装载机、推土机、吊车等）必须检修、保养，以保证设备的性能完好，操作人员必须经过培训后持证上岗。
（14）加强对戗堤上的施工机械及工作人员统一指挥，为防止堤头坍塌危及汽车及施工人员的安全，在堤头前沿设置一排石碴埂，并配备专职安全员巡视堤头边坡变化，观察堤头前沿有无裂缝出现，发现异常情况及时处理以防患于未然。
（15）抛投过程中，自卸汽车后轮至堤头前沿距离通过水上斜坡抛投试验确定。
（16）鉴于截流进占抛投强度较大，抛投材料多，对抛投同一种材料的汽车须作上相同标记，并分队编号，以便于指挥。一个车队的车辆尽量装运固定料场的抛投料。
（17）下游截流戗堤尽可能在上游预进占前完成，并进行堤头保护，以抬高水位，减少落差，为上游截流合龙减少难度。
（三）降低截流施工难度的措施
（1）加强中期、近期水情预测，尽可能在小流量下截流，在截流方式决定后，截流难易取决于截流流量。截流时应充分考虑区间流量变化等特点，在作好截流准备工作后，通过水情预测，选择最有利的时机截流。
（2）讲究抛投技术，增加物料稳定。在截流戗堤进占过程中，先用大块石、钢筋石笼在戗堤上挑角抛投，将高速水流挑离堤端，提前束窄龙口水面宽度，减小水流量，以增加戗堤稳定性，减少流失。同时充分利用大型汽车增加抛投强度，以增加物料整体稳定性。
五、截流施工强度分析
（一）上游戗堤施工进度与强度分析
龙口抛投强度用以下公式计算：
式中 S——龙口抛投强度，m3/h；
m——一个堤头的同时卸车点，顶宽20m时按3个计；
n——一个卸车点上的小时卸车数，根据经验值取15～20车/h；
V——20t汽车一次装运按9m3、25t汽车一次按12m3装运，m3/（台·次）；
P——同时进占堤头数，1个。
根据以上公式及所取参数，戗堤堤头抛投强度为405～720m3/h。根据龙口抛投材料计划，并考虑流失系数，龙口合龙段总抛投量9900m3（不含特殊材料），计划24h合龙，平均抛投强度为413m3/h（表2-6）。
表2-6 各分区抛投强度一览表
（二）主要设备强度分析
1.自卸汽车
截流施工时所使用的20～25t自卸汽车平均按10m3装料，平均装车时间6min，运距按平均1.0km计，往返以15km/h的速度行驶，卸料时间按3min，汽车一次工作循环时间为20min。戗堤施工强度合计为720m3/h，则自卸汽车数量为：720÷（10×60÷20）=24（台），运输特殊材料的车辆定为10台，再考虑6台备用，左岸布置10台，共需自卸汽车50台。
2.挖装设备
ZLC50装载机（3.0m3）1台，生产能力为：210m3/h；
PC400液压反铲（1.8m3）1台，生产能力为：155m3/h；
PC360液压反铲（1.6m3）1台，生产能力为：128m3/h；
PC300液压反铲（1.4m3）2台，生产能力为：180m3/h；
PC220液压反铲（1.2m3）4台，生产能力为：315m3/h；
CAT320液压反铲（1.2m3）3台，生产能力为：236m3/h。
总计生产能力为：1223m3/h≈720×1.7（保证系数），满足要求。
3.推土机
左岸、右岸各配置2台（其中左、右岸各备用1台），共计4台，即可满足施工要求。
六、截流实施
按制定的截流方案，工程于2007年12月6日顺利实现了二期（右岸）载流，过程中总体实施效果较好。