三峡工程二期围堰基坑排水施工

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    摘要：针对三峡二期围堰基坑排水的特点与难点，通过引入泵站串联、沉管施工等技术措施，解决了特大流量、特大水位变幅的大型深基坑排水的技术难题，为三峡二期工程施工创造了良好的条件。

    1、工程概况
    1.1 工程要求
    根据招标文件要求，三峡二期围堰基坑排水应保证在满足相关建筑物施工与运行安全的前提下，在规定的时段内完成排水要求，即以45 d工期完成高程由65～40 m的限制性抽水，停止抽水7 d后再以45 d进行高程由40～20 m的初期排水，尔后进入经常性排水阶段，并保持二期基坑干地施工条件至工程完工。
    1.2 基坑特点
    三峡二期基坑由砼纵向围堰、上游土石围堰、下游土石围堰及左岸岸坡共同围成。基坑面积63万m2，汇水面积110万m2，储水840万m3，上游堰顶高程87.5 m，下游堰顶高程81.5 m.基坑左右各有一漫滩延伸至约40 m高程处有一深槽，深槽由上游至下游纵贯整个基坑，开挖前上游最低高程11 m，下游最低高程 19 m.开挖后最低高程在0 m以下。
    1.3 排水强度
    基坑排水水量包括基坑积水、降雨、围堰渗水、施工弃水及其他来水。实测40 m高程以上基坑积水705万m3，属限制性抽排水；40 m高程以下基坑积水135万m3，属初期性抽排水。根据各排水时段相应工期要求，并考虑降雨、围堰渗水、施工弃水及其他来水计算，限制性排水平均强度为q限=11665 m3/h；初期性排水平均强度为q初 =5660 m3/h。
    由于基坑上宽下窄，而限制性排水和初期性排水日降水位不允许超过1 m.限制性排水起始日降1 m水位的排水量（18 000 m3/h）远大于初期相应排水量（7000 m3/h），此外围堰正接受第一个洪水期考验以及其它因素影响，实际设计按q限=14000 m3/h，q初 =7 000 m3/h进行方案布置，同时按最大排水强度18000 m3/h校核。
    1.4 工程特点与难点
    1.4.1 水位变幅大
    本工程限制性排水和初期排水阶段除了流量较大之外，最大的特点就是扬程高、水位变幅大，最大变幅达45 m，开始抽水时水位从65 m降至实际抽干时的20 m ，上游抽水静扬程从21.5 m上升至66.5 m，下游抽水静扬程从16.5 m上升至61.5 m，扬程变幅之大在国内水电工程施工中实属罕见。
    1.4.2 支管安装难
    基坑排水是启用二期围堰挡水运行，保证主体工程干地施工的必要条件，其进程将直接影响整个三峡工程的形象进度，意义非常重大，排水方案必须切实可行，并力求简捷有效。为确保排水的连续性，施工时必须将泵站布置在基坑深槽处，支管连接则处于截流时的龙口部位，该部位坡度陡（1∶1.5），乱石多，且边坡水下地形不详，因此支管与岸边主管的连接及加长是基坑排水的一大难点。
    1.4.3 排水阶段多
    根据上游围堰第二道防渗墙的施工进度，三峡工程二期围堰排水将一般水电施工的初期排水分为限制性排水和初期排水两个阶段。由于我们同时承担了二期围堰和泄洪坝段、左厂11#～14#两个标段的施工，排水布置不仅要满足初期排水要求，其设备和材料选择还应结合经常性排水布置，并保证满足干地施工至2002年基坑进水要求。这是一个不得不考虑的经济问题，也就是说我们的排水施工必须力求两个标段基坑排水总费用最小化。因此，这也给方案的制定和施工带来了一定的难度。[page]
    2、排水方案
    2.1泵站布置
    水位不停地下降，泵站必须随之下移，其中能够适应水位大幅度变化最简单经济的方法是使用浮筒泵站。本方案中若按最大抽排水扬程选择水泵，则在低扬程阶段运行时，水泵实际工况点不在有效区、效率极低，而且造成极大浪费和不必要的损失；若按中、低扬程选择水泵，则在高扬程阶段运行时，水泵实际工况点也不在有效区、效率也很低，甚至完全不出水，根本无法满足排水要求。同时考虑到经常性排水规划按照高水高排、分级排水的方案实施，水泵扬程不宜太高。并注意到初期性排水流量和限制性排水流量的一半比较接近；初期性排水扬程几乎是限制性抽排水扬程的两倍，决定按限制性排水的扬程选择水泵。进入初期排水阶段，将限制性排水阶段的抽水设备分两级进行串联运行，见图1.

    抽水至接近40 m高程进入初期性排水阶段时，部分水泵扬程已显不足，排水能力开始下降，我们立即采取预定的水上两浮筒泵站串联方式开始继续抽排。此时随着水位的降低、出水软管中压力的升高，软管与水泵及软管与叉管之间接头松脱的现象日益严重，大大地制约了排水能力。因此，我们将浮筒泵站排水与泵站分级排水结合起来，在上游我们又将4台泵移上岸边新填筑的53 m平台，与水上4台泵串联排水；下游在低点没有合适的平台，只好将4台14sh-13a型水泵移至68 m平台，与水上水泵串联运行，这样通过合理调配，实现了排水由低扬程至高扬程的转化。
    2.2 选泵
    经过多次调查、两次测定水下地形（计算基坑积水），并考虑不可预见因素影响，确定排水设备按14000 m3/h排水强度布置，另根据规范要求考虑20％的备用率，实际选泵最大应达18000 m3/h的排量。由于经常性排水流量也较大（q=12 500 m3/h），排水相对集中，整个基坑排水均要求选择较大流量的水泵，以减少水泵并联台数，提有效率，同时减少浮筒用量。但单泵流量太大，水上安装及出水支管又难以解决；在经常性排水的暴雨季节和非暴雨季节，排水量相差很大，大泵不适应排水强度的灵活调节；又注意到排水泵站实行串联方案，要求水泵流量接近或一致，最后选择了流量在1000 m3/h左右的水泵共计18台，分别为14sh-13和14sh-13a型水泵各4台及14sa-10a型水泵10台。
    2.3 主管布置
    由于限制性排水强度大于经常性排水强度，而且在起始排水阶段，排水静扬程远小于水泵额定扬程；水泵出水流量大大超过额定流量；轴功率也相应增加很多，甚至可能烧毁电机。
    在方案设计中主要考虑排水主管满足暴雨时段经常性排水要求，并尽可能减小管径，通过增大主管水头损失，提高水泵扬程。不足部分只能通过关小水泵出水闸阀来调节水泵出水量，以调节水泵轴功率。另考虑到在经常性排水实践中，通常不主张为临时性泵站购置新设备，而只是选择水泵流量满足要求，扬程往往只是相对合理，这样导致各泵站出水压力不一致，要求各排水主管能分压排水，防止并联排水时各泵站互相影响、效率降低。结合经常性排水规划，上游布置两根dn=600及1根dn=700主管，下游布置3根dn=600主管，分别穿过上、下游围堰堰顶（埋深1 m）排水入江。这样排水主管不仅满足了初期排水的流量要求，同时也满足了经常性排水的流量和分压要求，使主管布置达到了合理化。在次年经常性排水施工中，下游主管有三处来水，一是左导墙1#泵站施工排水；二是下游围封渗水；三是三七八联总施工部位来水，各处压力均不一致，正好下游围堰主管为3根，各处独立排水，各泵站效率都得到了充分保证。
    2.4 支管布置
    为适应基坑水位的不断下降，船岸最好进行柔性连接，同时由于接管在边坡乱石上，连接管还应易于安装、移动或更换，因此船岸连接采用高压埋线管，管径选为dn=300（管径显然偏小）。因为管径大于dn=300时供货厂商需专门订制，不仅时间不能保证，而且价格昂贵。但为保证水泵效率，选择的水泵流量比较大，因而出水管径都大于dn=300.为解决这一矛盾，采取在水泵出口加装1个三通，每台水泵形成两根dn=300出水管，每根出水管上安装控制阀门。
    基坑内水位不断下降，岸坡不断地露出水面，浮船须不断地向基坑深处移动，为保证船岸连接的水流畅通，传统的作法是不断地加长软管，而软管（高压埋线管）不但比钢管贵，而且耐压强度低，在后续经常性排水阶段基坑开挖时很容易被砸瘪或砸破而导致整根软管报废，所以对软管的使用要尽可能地控制。因而实施方案采用带三通的dn=300钢管，作为下基坑的排水支管。另考虑到接管的数量太大、周期太长，必须设法先将排水支管预先安装到位，以减小后续运行时的劳动强度，支管（钢管部分）选择了浮沉法施工。
    围堰背水侧68 m马道至坡脚斜长约80 m，一次沉管不能到位。考虑到初期排水强度正好约为限制性排水强度的一半。因此实际一次沉管40 m，满足限制性排水要求；待水位降至40 m高程时，将其中一半沉管继续沉入水中，与另一半管道对接，满足初期性排水要求，对支管进行充分利用。
    沉管时先将dn=300钢管焊接为40 m，沿管同一方向开设dn=300叉管，叉管间距约为12 m（软管长考虑为16 m，过长将导致浮筒严重倾斜甚至翻转），各叉管出口均焊接法兰，并以法兰堵板封住，沉管一端为自由端，靠岸坡端则以汽车吊稳住后，打开最上端一块法兰堵板，缓缓向管内注水使其下沉，然后将沉管焊接在主管上，就这样36根沉管在一周之内全部沉管成功。在水泵运行过程中，水位不断下降，沉管上的叉管逐步露出水面，水泵出水软管相应地移至沉管的下一个叉管上，这样逐级下移、人工接管以满足水位的下降。
    3、结语
    在本次基坑排水的实践中，我们通过沉管施工，船岸串联、浮船与浮船串联排水等超常规的作法，解决了水电施工中特大流量、特大扬程变幅的大型深基坑排水的技术难题，为三峡二期工程施工创造了条件，赢得了时间。其中限制性排水和初期排水原定工期97 d，由于围堰填筑未能及时给主管安装提供部位，致使排水推迟15 d开工，后因遇特大洪水，为确保围堰安全，又两次停止抽水共21 d，我们实际排水58 d，仍然比预定工期提前3 d完成任务。
    另外我们通过限制性排水、初期排水和经常性排水布置的紧密结合，仅限制性排水和初期排水就节约投资500万元，而且还保证了经常性排水的正常。

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