1、前言
長(zhǎng)江三峽水利樞紐采用“三期導(dǎo)流、明渠通航”方案，其第二期截流即大江截流實(shí)際流量為11 600~8 480 m3/s，最大水深達(dá)60 m，均居世界首位；三期截流設(shè)計(jì)流量為10 300 m3/s,截流最大水深達(dá)24m，相應(yīng)截流總落差為4.11 m。這兩次截流有一個(gè)共同的難點(diǎn)就是由水深引起的大規(guī)模堤頭坍塌以及由于大規(guī)模的堤頭坍塌而引發(fā)的堤頭安全進(jìn)占問(wèn)題，換言之，能否安全進(jìn)占是截流成敗的關(guān)鍵。
根據(jù)大量的理論研究、物理模型試驗(yàn)以及數(shù)值計(jì)算成果，結(jié)合大江截流施工實(shí)際，在進(jìn)占過(guò)程中，采取河床預(yù)平拋墊底、防護(hù)性進(jìn)占、誘導(dǎo)坍塌及坍塌預(yù)報(bào)等一系列工程措施對(duì)于防止或減少堤頭坍塌，保障安全進(jìn)占具有十分顯著的作用。
2、安全進(jìn)占工程措施
2.1 預(yù)平拋墊底
預(yù)平拋墊底即是在戧堤進(jìn)占前，向戧堤基礎(chǔ)深槽部位從水面拋投砂卵石或塊石等物料，以使戧堤底部河床高程整體抬高的工程措施。通過(guò)預(yù)平拋墊底可以降低水深、減小進(jìn)占戧堤的高度，因此，在三峽工程大江截流中被選為防止堤頭坍塌的最主要措施。
在預(yù)平拋墊底實(shí)施之前，進(jìn)行了有關(guān)模型試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)船拋投試驗(yàn)等研究，研究成果表明：當(dāng)水深由41 m減至27 m時(shí)，相應(yīng)的坍塌面積、坍塌邊與堤邊的平均距離（即坍塌長(zhǎng)度）、最大單次坍塌體積分別減少35%、27%、36%，當(dāng)水深減至20 m時(shí)，上述各值分別減少64%、49%、55%。上述試驗(yàn)成果可見，平拋墊底可以有效地減少坍塌范圍、長(zhǎng)度和坍塌體積，但是，坍塌的次數(shù)、頻率未見有明顯的降低。
三峽工程大江截流采用預(yù)平拋墊底再立堵進(jìn)占的方案，一方面大大減少了坍塌的范圍和規(guī)模；另一方面，由于平拋墊底，使一部分工程量提前施工，減少了截流時(shí)的施工強(qiáng)度；第三是減小了戧堤的底寬，防滲墻軸線與戧堤軸線的距離由126 m減至81.3 m，使二期圍堰的斷面減小，從而減少圍堰填筑量約159萬(wàn)m3；第四是預(yù)平拋墊底后，有效地減少了覆蓋層的沖刷，相應(yīng)也減少了因覆蓋層被沖增加的填筑工程量。
三峽工程三期截流采用雙戧雙向立堵截流方式，上、下游截流龍口部位均設(shè)置墊底加糙攔石坎，可以十分有效地減小截流水深，進(jìn)而減小進(jìn)占堤頭的坍塌規(guī)模，提高截流施工的安全度。
2.2 防護(hù)性進(jìn)占
(1)堤頭挑流和堰體尾隨拋投
堤頭挑流和堰體尾隨拋投是利用戧堤和堰體的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在戧堤進(jìn)占時(shí)，向上游角或同時(shí)向上、下游角凸出進(jìn)占，挑開急流，形成戧端緩流區(qū)，以保護(hù)堤頭拋填進(jìn)占，同時(shí)戧堤兩側(cè)的堰體跟進(jìn)尾隨拋填，以防護(hù)進(jìn)占戧堤側(cè)面坍塌的措施。
在三峽工程大江截流施工過(guò)程中，無(wú)論是在非龍口段，還是在龍口段，均出現(xiàn)了頻繁坍塌致使拋投進(jìn)占迂回不前的情況。如在非龍口段填筑中，1997年10月14日右上戧堤出現(xiàn)連拋130車石料僅延伸0.1~0.2 m的滯進(jìn)現(xiàn)象；10月15日2∶00~4∶00，由于當(dāng)時(shí)流量和流速都較大，分別達(dá)17 000 m3/s和3.27 m/s，連續(xù)拋投200余車石料，戧堤幾乎沒(méi)有延伸；又如，在龍口段進(jìn)占填筑中，1997年10月26日當(dāng)龍口寬度縮窄至100 m左右時(shí)，左上戧堤連續(xù)拋投近3個(gè)小時(shí)毫無(wú)進(jìn)展，使截流進(jìn)占陷入停滯狀態(tài)等。對(duì)此，果斷采取了動(dòng)用大塊石或特大石，在戧堤上游側(cè)（或下游側(cè)）集中拋投以形成挑角的工程措施；經(jīng)過(guò)實(shí)施，效果非常明顯，堤頭在挑角的防護(hù)下繼續(xù)向前推進(jìn)，有效地推動(dòng)了進(jìn)占的正常延伸。與此同時(shí)，三峽工程大江截流的上下左右四個(gè)進(jìn)占堤頭均采用了堰體材料尾隨填筑的措施，它十分有效地防護(hù)了截流戧堤的側(cè)向坍塌，同時(shí)，還為截流戧堤進(jìn)占提供了較寬的作業(yè)平臺(tái)，對(duì)于三峽工程大江深水截流堤頭起到了安全保障作用。
三峽工程三期截流可采取寬戧（堤頂寬＞30 m）雙向進(jìn)占措施，并在進(jìn)占的過(guò)程中，運(yùn)用堤頭挑流和堰體尾隨拋投的進(jìn)占方式以順利推進(jìn)戧堤合龍。
(2)高強(qiáng)度進(jìn)占拋投
高強(qiáng)度進(jìn)占拋投是從施工組織的角度所采取的一種防護(hù)性工程措施。它主要是在截流進(jìn)占水力學(xué)條件最不利的情況下，加大拋填強(qiáng)度，突擊進(jìn)占，從而闖過(guò)水力學(xué)難關(guān)的截流方法。 在三峽工程大江截流中，運(yùn)用優(yōu)化堤頭進(jìn)占行車線路、采用大噸位運(yùn)輸車輛等措施大大提高了堤頭進(jìn)占的拋投強(qiáng)度。如在非龍口段實(shí)戰(zhàn)演習(xí)中，實(shí)現(xiàn)了晝夜拋投強(qiáng)度19.4萬(wàn)m3；在龍口段截流進(jìn)占最困難段的突擊進(jìn)占中，實(shí)現(xiàn)了晝夜拋投12.8萬(wàn)m3等，拋投強(qiáng)度都非常高。
利用高強(qiáng)度進(jìn)占拋投在三峽工程大江截流中產(chǎn)生了良好的效果，在1997年10月14~15日的晝夜高強(qiáng)度進(jìn)占拋投期間，左右岸截流戧堤僅坍塌7次，其中規(guī)模最大的一次發(fā)生在左上戧堤迎水側(cè)，其坍塌面積僅為44m2；左下堤頭僅坍塌2次。這與模型試驗(yàn)的頻繁大規(guī)模坍塌結(jié)論相比有顯著地改善，因此，高強(qiáng)度拋填對(duì)于減輕堤頭坍塌程度有著直接作用。
三峽工程三期截流可在左右兩岸提前備料，并在突破水力學(xué)難關(guān)的關(guān)鍵時(shí)刻采取高強(qiáng)度進(jìn)占拋投方式，不僅能加快拋填進(jìn)度，而且還能縮減坍塌規(guī)模。
(3)變換堤頭拋填方法拋投
變換堤頭拋填方法是根據(jù)截流龍口的寬度、水深、流量、流速以及填料特性等，相應(yīng)采取的防止或躲避堤頭坍塌的靈活拋投方法。由于坍塌的部位發(fā)生在堤頭，而進(jìn)占拋投作業(yè)的機(jī)械和人員也在堤頭頂部，因此，對(duì)于堤頭頂部設(shè)備及人員的安全除了制定一套嚴(yán)格的操作規(guī)程之外，采取靈活的防范坍塌的拋填措施十分重要。
三峽工程大江截流在不同的條件下采取了不同的堤頭拋填方法，主要為：在坍塌剛剛發(fā)生過(guò)后，形成了新的穩(wěn)定邊坡，在此往后的一段時(shí)間內(nèi)，不會(huì)有坍塌發(fā)生，這時(shí)就采取自卸汽車直接卸料拋投的方法。隨著拋投的推進(jìn)，堤頭邊坡逐漸變陡，汽車直接拋投已不安全，這時(shí)就改用汽車堤頭集料，長(zhǎng)臂推土機(jī)趕料拋投的方法。隨著堤頭邊坡的進(jìn)一步變陡，雖已陡于臨界坡度，但在顆粒的咬合作用下仍未坍塌，這時(shí)即改用汽車載大塊石或特大石沖砸拋投的方法。由于靈活地運(yùn)用了上述拋投方法，一方面保證了施工過(guò)程中機(jī)械和人身的安全，另一方面也保證了截流進(jìn)占的順利推進(jìn)。在截流進(jìn)占過(guò)程中，未發(fā)生機(jī)械和人身死亡事故。 三峽工程三期截流采用寬戧進(jìn)占時(shí)，非常適宜采用變換堤頭拋填方法拋投，這樣可以不失時(shí)機(jī)地?fù)屨加欣M(jìn)占勢(shì)態(tài)，保障截流戧堤科學(xué)地推進(jìn)。
2.3 誘導(dǎo)坍塌
誘導(dǎo)坍塌是因勢(shì)利導(dǎo)人為引發(fā)戧堤堤頭坍塌從而保障進(jìn)占安全的一項(xiàng)工程措施。由于深水截流中堤頭坍塌的產(chǎn)生是一種必然現(xiàn)象，既然如此，與其被動(dòng)地遭受坍塌，不如在它即將坍塌之前創(chuàng)造條件引發(fā)它坍塌，這樣，就可以做到對(duì)坍塌實(shí)行安全預(yù)防，從而避免坍塌造成的損失。通常，當(dāng)戧堤堤頭坡度陡于填料的自然穩(wěn)定坡度并接近于臨界坡度時(shí)，即可實(shí)施誘導(dǎo)坍塌措施。
誘導(dǎo)坍塌的工程措施有很多種，主要包括機(jī)械擾動(dòng)、流體擾動(dòng)和水下爆破等。三峽工程大江截流施工中，由于考慮到施工條件和保障截流進(jìn)程等多方面原因，主要采用了機(jī)械擾動(dòng)輔助措施來(lái)誘導(dǎo)坍塌。其中，運(yùn)用得較多和較好的是大塊石或特大石拋投卸料沖砸和通過(guò)工程船舶進(jìn)行水下擾動(dòng)。實(shí)施情況表明，每一次的誘導(dǎo)坍塌只要能夠掌握時(shí)機(jī)，都能使誘導(dǎo)坍塌獲得成功，從而避免自然坍塌可能造成的機(jī)毀人亡安全事故。
鑒于三峽工程三期截流上、下游龍口寬度分別僅為150 m和140 m，因此比較適合于采取大塊石卸料沖砸的誘導(dǎo)坍塌措施，直接從岸上改善堤頭坡度，將事故消滅于萌芽之中。
2.4 坍塌預(yù)報(bào)與預(yù)防
坍塌預(yù)報(bào)與預(yù)防是通過(guò)對(duì)可能坍塌的預(yù)測(cè)，使施工進(jìn)入預(yù)先防備坍塌產(chǎn)生的狀態(tài)，最終做到在坍塌實(shí)際發(fā)生的過(guò)程中，不傷亡任何設(shè)施和人員，從而保障進(jìn)占安全順利進(jìn)行的措施。具體預(yù)報(bào)方法有以下幾種：
(1)理論模型計(jì)算預(yù)報(bào)
通過(guò)建立坍塌計(jì)算的模型，計(jì)算出不同流量、不同口門寬度和不同拋投料粒徑下的堤頭坍塌長(zhǎng)度、高度和體積，并繪成圖表，以利工程人員在現(xiàn)場(chǎng)直接查用，作出坍塌預(yù)報(bào)。
(2)戧堤縱斷面測(cè)圖預(yù)報(bào)
在戧堤進(jìn)占過(guò)程中，實(shí)時(shí)對(duì)戧堤縱斷面進(jìn)行測(cè)圖，以了解堤頭坡度的現(xiàn)狀和變化情況，并根據(jù)測(cè)圖成果和拋填進(jìn)占的水深、強(qiáng)度等各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)照拋填材料的穩(wěn)定坡度與臨界坡度，進(jìn)行堤頭坍塌預(yù)報(bào)。
(3)堤頂裂縫監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)
通常堤頭坍塌的發(fā)生都是有征兆的。通過(guò)對(duì)堤頭所出現(xiàn)的沉降和裂縫特征參數(shù)及其變化的監(jiān)測(cè)，再對(duì)照根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)條件所制定的判別標(biāo)準(zhǔn)作出坍塌預(yù)報(bào)。
除以上3種預(yù)報(bào)方法之外，還有經(jīng)驗(yàn)方法推測(cè)預(yù)報(bào)，即以大量模型試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)規(guī)律和工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)堤頭現(xiàn)實(shí)狀況的分析、判別作出坍塌預(yù)報(bào)，等等。
在三峽工程大江截流施工中，截流進(jìn)占的上、下、左、右四個(gè)堤頭的12個(gè)工作面均采用了理論模型計(jì)算預(yù)報(bào)、戧堤縱斷面測(cè)圖預(yù)報(bào)、堤頂裂縫監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和經(jīng)驗(yàn)方法推測(cè)預(yù)報(bào)等方法，有時(shí)同時(shí)利用多種方法預(yù)報(bào)以便相互映證。實(shí)施結(jié)果表明，凡規(guī)模較大、較典型的坍塌均得到了較及時(shí)的測(cè)報(bào)，坍塌時(shí)間預(yù)報(bào)的精度相差在一個(gè)小時(shí)以內(nèi)。坍塌的預(yù)防工作以預(yù)報(bào)成果為基礎(chǔ)，果斷采取資源撤離、誘導(dǎo)坍塌等措施，使堤頭坍塌不造成任何損失，對(duì)于整個(gè)截流進(jìn)占過(guò)程中無(wú)安全事故起到了重要保障作用。
三峽工程三期截流可廣泛采取上述各種監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)方法，通過(guò)理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)推測(cè)提前做出堤頭坍塌的準(zhǔn)確判斷，使坍塌事故得到有效地預(yù)防。
3、結(jié)語(yǔ)
三峽工程大江截流于1996年下半年開始試驗(yàn)段填筑，經(jīng)過(guò)平拋墊底、非龍口段、龍口段進(jìn)占，于1997年11月8日勝利實(shí)現(xiàn)戧堤合龍，實(shí)現(xiàn)了“高速、安全、正點(diǎn)”的目標(biāo)。在截流實(shí)施過(guò)程中，共遭遇坍塌44次，最大坍塌面積達(dá)96 m2，但卻未造成任何人身傷亡，創(chuàng)造了世界大江大河截流史上的奇跡。
三峽工程三期截流將于2001年11月下半月實(shí)現(xiàn)進(jìn)占合龍，我們完全有理由相信，在大江截流成功經(jīng)驗(yàn)的借鑒下，每一個(gè)截流進(jìn)占目標(biāo)都一定能安全、圓滿地實(shí)現(xiàn)。
