三峽工程二期圍堰基坑排水施工

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　摘要：針對三峽二期圍堰基坑排水的特點與難點，通過引入泵站串聯(lián)、沉管施工等技術措施，解決了特大流量、特大水位變幅的大型深基坑排水的技術難題，為三峽二期工程施工創(chuàng)造了良好的條件。

　　1、工程概況

　　1.1 工程要求

　　根據(jù)招標文件要求，三峽二期圍堰基坑排水應保證在滿足相關建筑物施工與運行安全的前提下，在規(guī)定的時段內(nèi)完成排水要求，即以45d工期完成高程由65～40m的限制性抽水，停止抽水7d后再以45d進行高程由40～20m的初期排水，爾后進入經(jīng)常性排水階段，并保持二期基坑干地施工條件至工程完工。

　　1.2 基坑特點

　　三峽二期基坑由砼縱向圍堰、上游土石圍堰、下游土石圍堰及左岸岸坡共同圍成?；用娣e63萬m²，匯水面積110萬m²，儲水840萬m³，上游堰頂高程87.5m，下游堰頂高程81.5m。基坑左右各有一漫灘延伸至約40m高程處有一深槽，深槽由上游至下游縱貫整個基坑，開挖前上游最低高程11m，下游最低高程19m。開挖后最低高程在0m以下。

　　1.3 排水強度

　　基坑排水水量包括基坑積水、降雨、圍堰滲水、施工棄水及其他來水。實測40m高程以上基坑積水705萬m³，屬限制性抽排水；40m高程以下基坑積水135萬m³，屬初期性抽排水。根據(jù)各排水時段相應工期要求，并考慮降雨、圍堰滲水、施工棄水及其他來水計算，限制性排水平均強度為Q限=11665m³/h；初期性排水平均強度為Q初=5660m³/h。

　　由于基坑上寬下窄，而限制性排水和初期性排水日降水位不允許超過1m。限制性排水起始日降1m水位的排水量(18000m³/h)遠大于初期相應排水量(7000m³/h)，此外圍堰正接受第一個洪水期考驗以及其它因素影響，實際設計按Q限=14000m³/h，Q初=7000m³/h進行方案布置，同時按最大排水強度18000m³/h校核。

　　1.4 工程特點與難點

　　1.4.1 水位變幅大

　　本工程限制性排水和初期排水階段除了流量較大之外，最大的特點就是揚程高、水位變幅大，最大變幅達45m，開始抽水時水位從65m降至實際抽干時的20m，上游抽水靜揚程從21.5m上升至66.5m，下游抽水靜揚程從16.5m上升至61.5m，揚程變幅之大在國內(nèi)水電工程施工中實屬罕見。

　　1.4.2 支管安裝難

　　基坑排水是啟用二期圍堰擋水運行，保證主體工程干地施工的必要條件，其進程將直接影響整個三峽工程的形象進度，意義非常重大，排水方案必須切實可行，并力求簡捷有效。為確保排水的連續(xù)性，施工時必須將泵站布置在基坑深槽處，支管連接則處于截流時的龍口部位，該部位坡度陡(1∶1.5)，亂石多，且邊坡水下地形不詳，因此支管與岸邊主管的連接及加長是基坑排水的一大難點。

　　1.4.3 排水階段多

　　根據(jù)上游圍堰第二道防滲墻的施工進度，三峽工程二期圍堰排水將一般水電施工的初期排水分為限制性排水和初期排水兩個階段。由于我們同時承擔了二期圍堰和泄洪壩段、左廠11#～14#兩個標段的施工，排水布置不僅要滿足初期排水要求，其設備和材料選擇還應結(jié)合經(jīng)常性排水布置，并保證滿足干地施工至2002年基坑進水要求。這是一個不得不考慮的經(jīng)濟問題，也就是說我們的排水施工必須力求兩個標段基坑排水總費用最小化。因此，這也給方案的制定和施工帶來了一定的難度。

　　2、排水方案

　　2.1泵站布置

　　水位不停地下降，泵站必須隨之下移，其中能夠適應水位大幅度變化最簡單經(jīng)濟的方法是使用浮筒泵站。本方案中若按最大抽排水揚程選擇水泵，則在低揚程階段運行時，水泵實際工況點不在高效區(qū)、效率極低，而且造成極大浪費和不必要的損失；若按中、低揚程選擇水泵，則在高揚程階段運行時，水泵實際工況點也不在高效區(qū)、效率也很低，甚至完全不出水，根本無法滿足排水要求。同時考慮到經(jīng)常性排水規(guī)劃按照高水高排、分級排水的方案實施，水泵揚程不宜太高。并注意到初期性排水流量和限制性排水流量的一半比較接近；初期性排水揚程幾乎是限制性抽排水揚程的兩倍，決定按限制性排水的揚程選擇水泵。進入初期排水階段，將限制性排水階段的抽水設備分兩級進行串聯(lián)運行。 

　　抽水至接近40m高程進入初期性排水階段時，部分水抽水至接近40m高程進入初期性排水階段時，部分水泵揚程已顯不足，排水能力開始下降，我們立即采取預定的水上兩浮筒泵站串聯(lián)方式開始繼續(xù)抽排。此時隨著水位的降低、出水軟管中壓力的升高，軟管與水泵及軟管與叉管之間接頭松脫的現(xiàn)象日益嚴重，大大地制約了排水能力。因此，我們將浮筒泵站排水與泵站分級排水結(jié)合起來，在上游我們又將4臺泵移上岸邊新填筑的53m平臺，與水上4臺泵串聯(lián)排水；下游在低點沒有合適的平臺，只好將4臺14Sh-13A型水泵移至68m平臺，與水上水泵串聯(lián)運行，這樣通過合理調(diào)配，實現(xiàn)了排水由低揚程至高揚程的轉(zhuǎn)化。

　　2.2 選泵

　　經(jīng)過多次調(diào)查、兩次測定水下地形(計算基坑積水)，并考慮不可預見因素影響，確定排水設備按14000m³/h。排水強度布置，另根據(jù)規(guī)范要求考慮20％的備用率，實際選泵最大應達18000m³/h的排量。由于經(jīng)常性排水流量也較大(Q=12500m³/h)，排水相對集中，整個基坑排水均要求選擇較大流量的水泵，以減少水泵并聯(lián)臺數(shù)，提高效率，同時減少浮筒用量。但單泵流量太大，水上安裝及出水支管又難以解決；在經(jīng)常性排水的暴雨季節(jié)和非暴雨季節(jié)，排水量相差很大，大泵不適應排水強度的靈活調(diào)節(jié)；又注意到排水泵站實行串聯(lián)方案，要求水泵流量接近或一致，最后選擇了流量在1000m³/h左右的水泵共計18臺，分別為14Sh-13和14Sh-13A型水泵各4臺及14SA-10A型水泵10臺。

　　2.3 主管布置

　　由于限制性排水強度大于經(jīng)常性排水強度，而且在起始排水階段，排水靜揚程遠小于水泵額定揚程；水泵出水流量大大超過額定流量；軸功率也相應增加很多，甚至可能燒毀電機。

　　在方案設計中主要考慮排水主管滿足暴雨時段經(jīng)常性排水要求，并盡可能減小管徑，通過增大主管水頭損失，提高水泵揚程。不足部分只能通過關小水泵出水閘閥來調(diào)節(jié)水泵出水量，以調(diào)節(jié)水泵軸功率。另考慮到在經(jīng)常性排水實踐中，通常不主張為臨時性泵站購置新設備，而只是選擇水泵流量滿足要求，揚程往往只是相對合理，這樣導致各泵站出水壓力不一致，要求各排水主管能分壓排水，防止并聯(lián)排水時各泵站互相影響、效率降低。結(jié)合經(jīng)常性排水規(guī)劃，上游布置兩根DN=600及1根DN=700主管，下游布置3根DN=600主管，分別穿過上、下游圍堰堰頂(埋深1m)排水入江。這樣排水主管不僅滿足了初期排水的流量要求，同時也滿足了經(jīng)常性排水的流量和分壓要求，使主管布置達到了合理化。在次年經(jīng)常性排水施工中，下游主管有三處來水，一是左導墻1#泵站施工排水；二是下游圍封滲水；三是三七八聯(lián)總施工部位來水，各處壓力均不一致，正好下游圍堰主管為3根，各處獨立排水，各泵站效率都得到了充分保證。

　　2.4 支管布置

　　為適應基坑水位的不斷下降，船岸最好進行柔性連接，同時由于接管在邊坡亂石上，連接管還應易于安裝、移動或更換，因此船岸連接采用高壓埋線管，管徑選為DN=300(管徑顯然偏小)。因為管徑大于DN=300時供貨廠商需專門訂制，不僅時間不能保證，而且價格昂貴。但為保證水泵效率，選擇的水泵流量比較大，因而出水管徑都大于DN=300。為解決這一矛盾，采取在水泵出口加裝1個三通，每臺水泵形成兩根DN=300出水管，每根出水管上安裝控制閥門。

　　基坑內(nèi)水位不斷下降，岸坡不斷地露出水面，浮船須不斷地向基坑深處移動，為保證船岸連接的水流暢通，傳統(tǒng)的作法是不斷地加長軟管，而軟管(高壓埋線管)不但比鋼管貴，而且耐壓強度低，在后續(xù)經(jīng)常性排水階段基坑開挖時很容易被砸癟或砸破而導致整根軟管報廢，所以對軟管的使用要盡可能地控制。因而實施方案采用帶三通的DN=300鋼管，作為下基坑的排水支管。另考慮到接管的數(shù)量太大、周期太長，必須設法先將排水支管預先安裝到位，以減小后續(xù)運行時的勞動強度，支管(鋼管部分)選擇了浮沉法施工。

　　圍堰背水側(cè)68m馬道至坡腳斜長約80m，一次沉管不能到位?？紤]到初期排水強度正好約為限制性排水強度的一半。因此實際一次沉管40m，滿足限制性排水要求；待水位降至40m高程時，將其中一半沉管繼續(xù)沉入水中，與另一半管道對接，滿足初期性排水要求，對支管進行充分利用。

　　沉管時先將DN=300鋼管焊接為40m，沿管同一方向開設DN=300叉管，叉管間距約為12m(軟管長考慮為16m，過長將導致浮筒嚴重傾斜甚至翻轉(zhuǎn))，各叉管出口均焊接法蘭，并以法蘭堵板封住，沉管一端為自由端，靠岸坡端則以汽車吊穩(wěn)住后，打開最上端一塊法蘭堵板，緩緩向管內(nèi)注水使其下沉，然后將沉管焊接在主管上，就這樣36根沉管在一周之內(nèi)全部沉管成功。在水泵運行過程中，水位不斷下降，沉管上的叉管逐步露出水面，水泵出水軟管相應地移至沉管的下一個叉管上，這樣逐級下移、人工接管以滿足水位的下降。

　　3、結(jié)語

　　在本次基坑排水的實踐中，我們通過沉管施工，船岸串聯(lián)、浮船與浮船串聯(lián)排水等超常規(guī)的作法，解決了水電施工中特大流量、特大揚程變幅的大型深基坑排水的技術難題，為三峽二期工程施工創(chuàng)造了條件，贏得了時間。其中限制性排水和初期排水原定工期97d，由于圍堰填筑未能及時給主管安裝提供部位，致使排水推遲15d開工，后因遇特大洪水，為確保圍堰安全，又兩次停止抽水共21d，我們實際排水58d，仍然比預定工期提前3d完成任務。

　　另外我們通過限制性排水、初期排水和經(jīng)常性排水布置的緊密結(jié)合，僅限制性排水和初期排水就節(jié)約投資500萬元，而且還保證了經(jīng)常性排水的正常。