周厚貴

（中國葛洲壩集團公司，湖北宜昌 443002）

長江上的3次截流與截流施工技術進展

周厚貴

（中國葛洲壩集團公司，湖北宜昌 443002）

長江干流上的3次截流即葛洲壩工程大江截流、三峽工程大江截流和三期導流明渠截流代表了當今世界大江大河截流的技術水平和發(fā)展方向。在分析3次截流施工特點并評價其技術水平的基礎上，研究了河道截流施工的新技術、新進展及趨勢，可為今后類似工程施工提供借鑒和參考。

長江截流；施工技術；創(chuàng)新進展；水電工程

1 概 述

在水利水電工程中，河道截流是工程建設的重要里程碑，截流施工的成敗直接影響到工程總體施工進度。截流方法的選擇是截流成功的重要先決條件。在施工實踐中，常用的截流方法有：戧堤截流法、瞬間截流法和無戧堤截流法。其中戧堤截流法最為常用，該方法又可分為平堵、立堵和平立堵3類。在眾多的截流施工中，立堵截流以其施工簡便靈活、便于機械化作業(yè)、可連續(xù)高強度施工、截流費用較低等優(yōu)點，逐漸成為河道截流的主要方式和現代截流技術發(fā)展的主要趨勢［1］。

20世紀40年代以前，國外幾乎都是采用平堵法截流，截流最大流量達到2 200 m3／s，最大落差達到3.0 m左右，拋石強度達到2 000 m3／d。進入40年代后，國外開始采用大型自卸汽車運料，拋石強度達到12 000 m3／d，截流流量接近3 000 m3／s，最大落差仍在3.0 m左右。

50年代以來，截流理論與實踐水平都有了較大提高，立堵法截流施工技術發(fā)展迅速。特別在50年代最后幾年中，世界各國推行的截流基本方法就是立堵法。到60年代截流方法快速發(fā)展，雙戧堤截流、三戧堤截流、寬戧堤截流等成功應用，將截流最大落差提高到8.0 m以上。這是60年代截流工程創(chuàng)造的最大奇跡。

70年代以伊泰普工程為代表，截流的最大流量突破了8 000 m3／s，采用塊石串、混凝土塊體串截流，已成為戰(zhàn)勝大流量、高落差、高流速等截流難度的法寶。80年代以來，以葛洲壩工程為代表，截流流量又有新的提高，達到8 400 m3／s，將傳統(tǒng)的枯水期安排截流的作法，突破至大汛后即考慮安排實施截流。這對截流后建造圍堰極為有利，對提前發(fā)揮水電工程效益也有積極作用。

到90年代，大江大河截流的理論與實踐水平躍上了一個新的高度，并集中體現在長江三峽工程的大江截流中。此次截流打破了3項截流世界紀錄，即截流流量突破10 000 m3／s、龍口水深突破60 m、拋石強度突破194 000 m3／d，在世界截流史上寫下了光輝的一頁［2］。

進入21世紀后，以三峽三期導流明渠、瀑布溝、深溪溝等截流為代表，進一步表現出了更高的單項或綜合截流難度，在科技創(chuàng)新的有力推動下，這些關鍵技術難題都得到了成功的攻克和解決；實施截流的時機選擇范圍進一步拓寬，幾乎可以在任意時段。綜上可知，在世界大江大河截流的歷史發(fā)展中，長江上的3次截流有著最典型的代表性，在推動世界截流技術的快速進展中起到了十分重要的作用。

2 長江上的3次截流

2.1 3次截流概況

葛洲壩工程是長江上的第一個大型水利樞紐工程，也是長江三峽水利樞紐的組成部分。其主體建筑物包括船閘、電站、廠房、泄水閘、沖砂閘及擋水大壩等。葛洲壩大江截流是修建大江圍堰關鍵的第一道工序，通過修建大江圍堰攔斷長江主河道，使江水改道由二江泄水閘宣泄。由于長江水深、流量大及二江閘底板比大江底高出7 m，其截流規(guī)模和難度是當時國內外罕見的。為了降低截流難度，1980年2－3月在上游龍口進行護底施工。護底范圍在順水流向50 m，垂直水流向120 m，共拋投30～32 t鋼架石籠150個，17 t混凝土四面體392塊，護底后可抗4m截流落差。為了進一步降低截流龍口水深，減少龍口段拋投強度，縮短合龍時間，1980年11月12日至1981年1月3日又在龍口段拋投中石7 500 m3，5 t鋼筋石籠482個，10～20 t鋼架石籠230個，龍口段河床高程由32 m抬高至35 m。該工程于1980年10月1日開始進占，上游戧堤11月27日形成203 m寬龍口，下游戧堤12月中旬形成191 m寬龍口。葛洲壩大江截流采用單戧立堵方案，截流流量為4 720 m3／s，截流落差3.23 m，于1980年10月1日開始進占，1981年1月3日7時30分，上游龍口由左右岸戧堤雙向進占，至1月4日19時53分，戧堤合龍，拋投各級填料10.62萬m3。這是歷史上第一次截斷長江，使我國截流技術跨入世界先進行列［3］。

三峽工程大江截流是截斷主河床圍其左側，修建二期上下游土石圍堰與混凝土縱向圍堰形成二期工程基坑，在圍堰的保護下修建大壩泄洪壩段、左岸廠房壩段及電站廠房等，此時江水從導流明渠宣泄，船舶從明渠及左岸臨時船閘通行。截流設計流量14 000～19 400 m3／s，龍口最大水深60 m。其特點是：截流流量、截流水深、截流拋投強度均居世界首位；戧堤下的河床帶新淤沙覆蓋層厚；截流過程中有嚴格的通航要求。對此，葛洲壩集團依據長江科學院模型試驗成果及相關建議，在施工實踐中創(chuàng)造性地采用“預平拋墊底、上游單戧立堵、雙向進占、下游尾隨跟進”的截流施工方案，解決了深水截流的各項技術難題。其主要技術創(chuàng)新在于：針對截流流量和水深最大的世界級難題，攻克了深水堤頭坍塌所引發(fā)的截流安全問題；采用平拋墊底等工程措施，降低截流難度，成功解決戧堤地基地質條件復雜的難題；創(chuàng)新并實施了一整套科學、嚴密的施工措施和管理方法，使截流進占、合龍在空間和時間上均得到準確控制。三峽工程大江截流于1997年10月開始施工，通過預進占形成460 m寬口門。為減小龍口水深，以有利于防止合龍過程中戧堤堤頭坍塌，降低進占拋投強度，在龍口河床預平拋墊底至高程40 m。為了滿足長江通航要求，在1997年9月和10月按旬控制非龍口段進占長度，10月下旬形成130 m寬口門。隨后實施龍口段突擊進占，闖過水力學條件最困難關口，于10月27日形成了寬度僅為40 m的“小龍口”。11月8日上午8時55分開始小龍口填筑，至當天下午3時30分，僅用了6小時35分，就實現了上游截流龍口段合龍［4］。這是第二次截斷長江，使我國截流技術雄踞世界領先地位。

三峽工程三期導流明渠截流是截斷右岸導流明渠，修建上下游土石圍堰及三期碾壓混凝土圍堰，在圍堰的保護下修建右岸廠房壩段及電站廠房，此時江水從大壩泄洪壩段導流底孔及泄洪深孔宣泄，船舶從雙線五級船閘通行。由于三期導流明渠截流流量、落差、流速等指標都很大，采用單戧堤截流的難度很高，因此經過論證選取雙戧雙向立堵截流方式，即利用上下兩個戧堤共同承擔截流總落差。截流施工中上戧堤采用雙向進占合龍，以右岸進占為主；下戧堤采用右岸單向進占合龍。其主要技術創(chuàng)新在于：成功實現上游1／3、下游2／3的落差分擔，雙戧進占高度協(xié)調有序；對各料場料源的調用精確規(guī)劃，達到運輸距離最短、耗時最少、效率最高，實現程序化精準控制；在長江通航和高速水流條件下，上下游龍口采用鋼架石籠和合金鋼網石兜吊拋加糙攔石坎，有效降低截流難度；運用信息化集成系統(tǒng)，實現對整個圍堰填筑特別是截流戧堤協(xié)調進占進行有序控制。截流合龍時段為2002年11月6日，上、下游截流龍口寬分別為150 m和125 m，截流設計流量為10 300 m3／s，相應截流總落差為4.11 m，綜合水力學指標為世界最高［5］。

長江上3次截流工程的主要施工技術指標及其與伊泰普工程截流指標對比如表1所示。

2.2 3次截流工程的特點

長江上的3次截流是世界大江大河截流史上不可多得的典型代表，3次截流各有其特點和難點。葛洲壩工程大江截流水深較淺，但龍口落差大、流速大、拋投材料流失嚴重，主要反映的是水力學問題，其最大難關也是在水力學上；三峽工程大江截流龍口落差較小，但流量大，尤其是水深大、堤頭坍塌嚴重，主要反映的是土力學、水動力學問題；三峽三期導流明渠截流，卻是截流流量、龍口落差、流速、水深都較大，既要克服水力學難關，又要克服土力學、水動力學難關，表現在較高的綜合難度上。長江上3次截流成功，使我國截流水平進入到世界領先行列。3次截流工程的特點對照如表2。

2.3 3次截流的總體評價

對長江上3次截流進行總體評價，這里先給出世界上江河截流按流量、落差、流速、拋投強度和水深的前幾名［6］。

表1 長江上3次截流工程主要技術指標及其與伊泰普工程截流指標對比表Tab le 1 M ain index com parison am ong three times river closure construction on the Yangtze River and Itaipu Project

表2 長江上3次截流工程的特點對照表Table2 M ain index comparison among three times river closure construction on the Yangtze River

表3 世界立堵截流按流量的排序Table3 Discharge in order of end dum ping closure projects in the world

表3是按截流流量大小排序的世界前5名。

表4是按截流落差大小排序的世界前5名。

表5是按截流流速大小排序的世界前5名。

表6是按截流拋投強度大小排序的世界前5名。

表7是按截流軸線水深大小排序的世界前3名。

從上述一組截流主要技術指標的世界排名表中，我們不難看出，長江上3次截流除了在流速、落差兩項指標上未進入前5名外，其他幾項均名列前茅。

由截流落差、流速、水深等主要指標所表征的截流能量是截流難度的集中體現。圖1給出了長江上3次截流的落差與水深、流速與水深的關系曲線。

表4 世界立堵截流按落差的排序Table4 Drop in order of end dum ping closure projects in the world

表5 世界立堵截流按流速的排序Table5 Velocity in order of end dum ping closure projects in the world

表6 世界立堵截流按拋投強度的排序Table6 Dumping intensity in order of end dumping closure projects in the world

表7 世界立堵截流按軸線水深的排序Table7 M aximum depth in order of end dumping closure projects in the world

圖1 長江上3次截流的落差與水深、流速與水深的關系曲線Fig.1 Drop and depth curve，velocity and dep th curve of three times river closure construction on the Yangtze River

從圖1中可以看出，由于長江上的3次截流在難度上各具特色，故在坐標上的點自然構成了施工難度的上包絡線，使之成為當今世界江河截流難度標準的一種衡量準則。如圖1中給出的巴西伊泰普工程截流，其坐標點在包絡線的內面和外面各一個，表明了該工程截流的難度比長江上的3次截流既有較小的方面，也有超過的方面，因此在截流施工方面顯然也是具有世界級水平的。又如圖1中給出的大渡河上的瀑布溝和深溪溝工程截流，其2個坐標點均在長江上3次截流之上，表明其截流難度要高于長江上3次截流，但其高難度的重點僅在落差、流速所表征的水力學方面，而不是表征在綜合難度方面，因此，這2個工程的截流在水力學方面反映了超高難度。

綜上所述，長江上3次截流從總體上代表了當今世界大江大河截流的水平，截流施工的各項參數大多居世界首位或前列，其截流難度點所組成的包絡線可作為衡量其他工程截流難度的基本標尺。

3 截流施工技術進展

3.1 截流技術進展

（1）減小龍口流量、流速、落差以及改善流態(tài)等水力要素。減小龍口流量的方法有：開挖導流明渠或隧洞、拆除圍堰、創(chuàng)造良好的分流條件；增建截流閘（如三門峽）；堤下埋管或用框架作拋料（如前蘇聯高爾基電站）、增大戧堤透水性、加大滲流量等。減小龍口流速的措施有：以寬戧堤增加龍口的沿程阻力，減緩龍口比降，如奧瓦赫戧堤寬273.0 m。減小龍口落差的方法有：用雙戧、三戧或多戧分擔落差，如白山、隔河巖工程為雙戧，伊泰普、卡博拉巴薩、汗泰等工程均為三戧截流。減小單寬流量，可用寬龍口平堵，如斯大林格勒電站龍口寬300.0 m。為了改善龍口流態(tài)，可改進拋投位置和方法，如立堵困難段可采用上游突出或上、下游角同時突出進占，用大塊料拋投上游角，挑開急流，造成戧端緩流區(qū)，以便使用一般石料拋投進占。

（2）增加河床基礎抗沖能力，提高河床的抗滑穩(wěn)定性。為保護軟基河床或覆蓋層免遭沖刷，可采用護底措施。根據前蘇聯的經驗，上、下游護底范圍分別為龍口最大流速處水深的3～4倍和2～3倍，寬度為大于4.0 m／s流速的范圍。護底材料常用的有鉛絲籠塊石（如銅街子、梅林堤工程）、塊石（如古比雪夫工程）、化纖軟體排（如大化、席爾德工程）及柔性連接混凝土板（如武漢天興洲護岸）等。

為了提高河床抗滑穩(wěn)定性，龍口預拋各種塊料，加糙河床，形成攔石壩（如葛洲壩的攔石壩工程、三峽導流明渠攔石坎）；也有設鋼管攔石柵（如三門峽、鹽鍋峽、底比斯工程）、使用錨纜（如大約瑟夫工程）、或塊串（如烏斯特伊里姆斯克工程）等。

（3）提高拋投料抗滑穩(wěn)定性和發(fā)揮塊料群體作用。為增加塊體自重，常采用重型塊（如葛洲壩、鐵門工程用25 t重的混凝土塊）、大單位重石料（如布拉茨克工程用3.0 t／m3的輝綠巖塊）、各種石籠（如葛洲壩工程為30t鋼筋籠）、塊串（如漫灣電站15t四面體或鉛絲籠雙串），甚至采用巨型混凝土沉箱。

采用有利于穩(wěn)定的異形體，如重心低的四面體、框架等。采用高強度拋投，先在戧堤頭堆積大量塊料，用推土機快速推入龍口，充分利用拋料的群體作用，迅速實現截流，這在山高谷險、運輸不便的條件下經常采用（如龍羊峽工程僅用4.75 h就進占合龍）。

3.2 截流技術的發(fā)展趨勢

（1）立堵逐漸代替平堵。以立堵為主并逐漸取代平堵，這是目前截流技術的發(fā)展趨勢。在立堵前，不少工程還采用先拋投護底或平拋墊底措施，但其目的卻各不相同。例如，銅街子工程截流時，先采用0.4 m×0.6 m×3.6 m鉛絲籠內裝塊石護底，其目的是防止河床沖刷；葛洲壩工程截流時，先用30 t鋼筋石籠和17 t混凝土五面體護底，其目的是防止拋投料的流失；三峽導流明渠上、下游龍口部位分別用20 t鋼架石籠和8t合金鋼網石兜預拋投墊底加糙攔石坎，其目的也是防止拋投料的流失［7］；達勒斯工程平拋墊底，其目的是為了利用電站基坑開挖棄渣和減少戧堤體積；長江三峽工程大江截流平拋墊底，其目的是防止堤頭坍塌。

（2）趨向較高水頭截流。采用較高水頭截流，可減少導流隧洞或導流明渠工程量?，F代運輸和起重機械的發(fā)展，使采用更大塊重、更高拋投強度實現高水頭截流成為可能。如1956年的伊爾庫爾庫茨克工程截流落差2.17 m，1959年的布拉茨克工程截流落差2.96 m，1969年的烏斯特伊里姆斯克工程截流落差3.8 m，1987年的鮑谷昌工程截流設計落差4.3 m等，就顯示了這一趨勢。為實現高落差截流，常采用雙戧或多戧截流方式。

（3）加大拋投強度，不用或少用大料。隨著施工機械容量不斷增大，拋投強度相應提高，盡量利用一般石料成為趨勢。如1989年，我國的水口電站使用工地石渣加粒徑0.4～0.7 m的大、中石料順利截流。伊泰普工程用石渣混合料（直徑0.6～1.2 m）80萬m3，拋投強度140 000 m3／d，三戧截流成功。卡博拉巴薩工程用400 kg以下塊石30萬m3，總落差7.0 m，三戧截流成功。在場地狹小、交通不便的山谷河道上，還常采用在龍口邊分層堆積石料，用推土機推入龍口，以加大強度，迅速合龍（如前蘇聯的英古里恰爾瓦克工程）。

（4）趨向降低設計標準。目前，一般用當月或當旬5%～10%頻率的流量作為截流設計流量，但是，實踐表明，設計流量往往比實際截流流量偏大。我國24個工程截流的設計流量和實際流量的統(tǒng)計結果表明，兩者比值Qp／Qq（Qp為設計流量，Qq為實際流量）平均為2.06；前蘇聯15個工程的統(tǒng)計結果表明，其設計流量和實際流量的比值平均為2.07左右。由此可見，適當降低截流設計流量是合理而必要的。隨著水文預報手段更加先進，精度更高，完全可以通過預報錯開洪峰進行截流，為調整施工計劃提供條件。

4 結 語

長江上的3次截流是世界水電建設史上的奇跡。從歷史的過程上看，它經歷了從傳統(tǒng)人海戰(zhàn)術向現代機械化，從忙亂向程序化，從驚險向穩(wěn)健，從不能把握向精準控制，從人工記載向信息化的進步與飛躍。從施工難度上看，它經歷了重點突破水力學難關與重點突破深水截流安全難關，最后完成水力學難關與深水截流安全難關兼而有之的綜合難關的突破。從技術的發(fā)展上看，它較為全面地反映出了截流施工各種難度狀況，形成了一個較為完整的技術體系，成為現代截流工程建設施工的重要標準和參照。

在長江干流上3次截流的技術引領下，其他大型

水利水電工程如大渡河瀑布溝、深溪溝、雅礱江錦屏一級、金沙江向家壩等工程的截流施工中都廣泛推行并創(chuàng)新應用了上述各項施工新技術，確保了每一項截流施工安全、高效、有序的合龍。隨著我國水利水電開發(fā)的不斷進展，相應的截流工程還將增多，施工中還會遇到更大難度的截流，長江上的3次截流必將為今后的各項截流施工提供成功的借鑒和參照。

［1］ 肖煥雄.施工導截流與圍堰工程研究［M］.北京：中國電力出版社，2002.（XIAO Huan-xiong.Research on River Diversion and Closure＆Cofferdam Engineering Construction［M］.Beijing：China Electric Power Press，2002.（in Chinese））

［2］ 蔣養(yǎng)成，周厚貴，孫志禹.長江三峽大江截流工程［M］.北京：中國水利水電出版社，1999.（JIANG Yangcheng，ZHOU Hou-gui，SUN Zhi-yu.River Closure of Three Gorges Project［M］.Beijing：China Waterpower Press，1999.（in Chinese））

［3］ 王家柱.導流與截流（葛洲壩工程叢書4）［M］.北京：水利電力出版社，1995.（WANG Jia-zhu.River Diversion and Closure（Gezhouba Project series：IV）［M］.Beijing：ChinaWaterpower Press，1995.（in Chinese））

［4］ 周厚貴，王亞文，許韌初.三峽工程大江截流施工程序［J］.人民長江，1998，29（11）：8－10.（ZHOU Hougui，WANG Ya-wen，XU Ren-chu.Construction procedures of the river closure of Three Gorges Project［J］.Yangtze River，1998，29（11）：8－10.（in Chinese））

［5］ 周厚貴.三峽工程導流明渠截流施工技術研究［M］.北京：科學出版社，2007.（ZHOUHou-gui.Research on Construction Technology of River Closure on Open Diversion Channel in Three Gorges Project［M］.Beijing：Science Press，2007.（in Chinese））

［6］ 周厚貴.深水截流堤頭穩(wěn)定性研究［M］.北京：科學出版社，2003.（ZHOU Hou-gui.Research on Stability of Deep Water Closure Dyke［M］.Beijing：Science Press，2003.（in Chinese））

［7］ 向紅衛(wèi)，胡建明，聶志峰.三峽工程導流明渠截流墊底加糙攔石坎施工［J］.水力發(fā)電，2005，31（10）：23－24.（XIANG Hong-wei，HU Jian-ming，NIE Zhi-feng.Construction of rock retaining sills at the river bed during river closure for the diversion channels of Three Gorges Project［J］.Water Power，2005，31（10）：23－24.（in Chinese） ）

（編輯：劉運飛）

Three Times River Closure and Their Technology Development of closure construction on Yangtze River

ZHOU Hou-gui
（China Gezhouba Group Corporation，Yichang 443002，China）

The river closure constructions in three times on Yangtze River，including themain channel closure of the Gezhouba Project，the river closure of the Three Gorges Project and the diversion open channel closure of the Three Gorges Project，represent the latest technology and the development direction of river closure around the world.On the basis of analysis of the construction characteristics of the river closure in three times and evaluations of their technical levels，the author summarized the new construction technologies，latest progresses and development trends of river closure.These resultsmay provide references for relative works in the future.

river closure on Yangtze River；construction technology；innovative progress；hydropower engineering

TV551.2

A

1001－5485（2010）09－0029－06

2010-07-23

周厚貴（1962-），男，湖北枝江人，教授級高級工程師，博士生導師，主要從事水電工程施工技術與管理研究，（電話）0717-6710199（電子信箱）hougui＠tom.com。