长江上的3次截流与截流施工技术进展

周厚贵

（中国葛洲坝集团公司，湖北宜昌 443002）

长江上的3次截流与截流施工技术进展

周厚贵

（中国葛洲坝集团公司，湖北宜昌 443002）

长江干流上的3次截流即葛洲坝工程大江截流、三峡工程大江截流和三期导流明渠截流代表了当今世界大江大河截流的技术水平和发展方向。在分析3次截流施工特点并评价其技术水平的基础上，研究了河道截流施工的新技术、新进展及趋势，可为今后类似工程施工提供借鉴和参考。

长江截流；施工技术；创新进展；水电工程

1 概 述

在水利水电工程中，河道截流是工程建设的重要里程碑，截流施工的成败直接影响到工程总体施工进度。截流方法的选择是截流成功的重要先决条件。在施工实践中，常用的截流方法有：戗堤截流法、瞬间截流法和无戗堤截流法。其中戗堤截流法最为常用，该方法又可分为平堵、立堵和平立堵3类。在众多的截流施工中，立堵截流以其施工简便灵活、便于机械化作业、可连续高强度施工、截流费用较低等优点，逐渐成为河道截流的主要方式和现代截流技术发展的主要趋势［1］。

20世纪40年代以前，国外几乎都是采用平堵法截流，截流最大流量达到2 200 m3／s，最大落差达到3.0 m左右，抛石强度达到2 000 m3／d。进入40年代后，国外开始采用大型自卸汽车运料，抛石强度达到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年代以来，截流理论与实践水平都有了较大提高，立堵法截流施工技术发展迅速。特别在50年代最后几年中，世界各国推行的截流基本方法就是立堵法。到60年代截流方法快速发展，双戗堤截流、三戗堤截流、宽戗堤截流等成功应用，将截流最大落差提高到8.0 m以上。这是60年代截流工程创造的最大奇迹。

70年代以伊泰普工程为代表，截流的最大流量突破了8 000 m3／s，采用块石串、混凝土块体串截流，已成为战胜大流量、高落差、高流速等截流难度的法宝。80年代以来，以葛洲坝工程为代表，截流流量又有新的提高，达到8 400 m3／s，将传统的枯水期安排截流的作法，突破至大汛后即考虑安排实施截流。这对截流后建造围堰极为有利，对提前发挥水电工程效益也有积极作用。

到90年代，大江大河截流的理论与实践水平跃上了一个新的高度，并集中体现在长江三峡工程的大江截流中。此次截流打破了3项截流世界纪录，即截流流量突破10 000 m3／s、龙口水深突破60 m、抛石强度突破194 000 m3／d，在世界截流史上写下了光辉的一页［2］。

进入21世纪后，以三峡三期导流明渠、瀑布沟、深溪沟等截流为代表，进一步表现出了更高的单项或综合截流难度，在科技创新的有力推动下，这些关键技术难题都得到了成功的攻克和解决；实施截流的时机选择范围进一步拓宽，几乎可以在任意时段。综上可知，在世界大江大河截流的历史发展中，长江上的3次截流有着最典型的代表性，在推动世界截流技术的快速进展中起到了十分重要的作用。

2 长江上的3次截流

2.1 3次截流概况

葛洲坝工程是长江上的第一个大型水利枢纽工程，也是长江三峡水利枢纽的组成部分。其主体建筑物包括船闸、电站、厂房、泄水闸、冲砂闸及挡水大坝等。葛洲坝大江截流是修建大江围堰关键的第一道工序，通过修建大江围堰拦断长江主河道，使江水改道由二江泄水闸宣泄。由于长江水深、流量大及二江闸底板比大江底高出7 m，其截流规模和难度是当时国内外罕见的。为了降低截流难度，1980年2－3月在上游龙口进行护底施工。护底范围在顺水流向50 m，垂直水流向120 m，共抛投30～32 t钢架石笼150个，17 t混凝土四面体392块，护底后可抗4m截流落差。为了进一步降低截流龙口水深，减少龙口段抛投强度，缩短合龙时间，1980年11月12日至1981年1月3日又在龙口段抛投中石7 500 m3，5 t钢筋石笼482个，10～20 t钢架石笼230个，龙口段河床高程由32 m抬高至35 m。该工程于1980年10月1日开始进占，上游戗堤11月27日形成203 m宽龙口，下游戗堤12月中旬形成191 m宽龙口。葛洲坝大江截流采用单戗立堵方案，截流流量为4 720 m3／s，截流落差3.23 m，于1980年10月1日开始进占，1981年1月3日7时30分，上游龙口由左右岸戗堤双向进占，至1月4日19时53分，戗堤合龙，抛投各级填料10.62万m3。这是历史上第一次截断长江，使我国截流技术跨入世界先进行列［3］。

三峡工程大江截流是截断主河床围其左侧，修建二期上下游土石围堰与混凝土纵向围堰形成二期工程基坑，在围堰的保护下修建大坝泄洪坝段、左岸厂房坝段及电站厂房等，此时江水从导流明渠宣泄，船舶从明渠及左岸临时船闸通行。截流设计流量14 000～19 400 m3／s，龙口最大水深60 m。其特点是：截流流量、截流水深、截流抛投强度均居世界首位；戗堤下的河床带新淤沙覆盖层厚；截流过程中有严格的通航要求。对此，葛洲坝集团依据长江科学院模型试验成果及相关建议，在施工实践中创造性地采用“预平抛垫底、上游单戗立堵、双向进占、下游尾随跟进”的截流施工方案，解决了深水截流的各项技术难题。其主要技术创新在于：针对截流流量和水深最大的世界级难题，攻克了深水堤头坍塌所引发的截流安全问题；采用平抛垫底等工程措施，降低截流难度，成功解决戗堤地基地质条件复杂的难题；创新并实施了一整套科学、严密的施工措施和管理方法，使截流进占、合龙在空间和时间上均得到准确控制。三峡工程大江截流于1997年10月开始施工，通过预进占形成460 m宽口门。为减小龙口水深，以有利于防止合龙过程中戗堤堤头坍塌，降低进占抛投强度，在龙口河床预平抛垫底至高程40 m。为了满足长江通航要求，在1997年9月和10月按旬控制非龙口段进占长度，10月下旬形成130 m宽口门。随后实施龙口段突击进占，闯过水力学条件最困难关口，于10月27日形成了宽度仅为40 m的“小龙口”。11月8日上午8时55分开始小龙口填筑，至当天下午3时30分，仅用了6小时35分，就实现了上游截流龙口段合龙［4］。这是第二次截断长江，使我国截流技术雄踞世界领先地位。

三峡工程三期导流明渠截流是截断右岸导流明渠，修建上下游土石围堰及三期碾压混凝土围堰，在围堰的保护下修建右岸厂房坝段及电站厂房，此时江水从大坝泄洪坝段导流底孔及泄洪深孔宣泄，船舶从双线五级船闸通行。由于三期导流明渠截流流量、落差、流速等指标都很大，采用单戗堤截流的难度很高，因此经过论证选取双戗双向立堵截流方式，即利用上下两个戗堤共同承担截流总落差。截流施工中上戗堤采用双向进占合龙，以右岸进占为主；下戗堤采用右岸单向进占合龙。其主要技术创新在于：成功实现上游1／3、下游2／3的落差分担，双戗进占高度协调有序；对各料场料源的调用精确规划，达到运输距离最短、耗时最少、效率最高，实现程序化精准控制；在长江通航和高速水流条件下，上下游龙口采用钢架石笼和合金钢网石兜吊抛加糙拦石坎，有效降低截流难度；运用信息化集成系统，实现对整个围堰填筑特别是截流戗堤协调进占进行有序控制。截流合龙时段为2002年11月6日，上、下游截流龙口宽分别为150 m和125 m，截流设计流量为10 300 m3／s，相应截流总落差为4.11 m，综合水力学指标为世界最高［5］。

长江上3次截流工程的主要施工技术指标及其与伊泰普工程截流指标对比如表1所示。

2.2 3次截流工程的特点

长江上的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次截流各有其特点和难点。葛洲坝工程大江截流水深较浅，但龙口落差大、流速大、抛投材料流失严重，主要反映的是水力学问题，其最大难关也是在水力学上；三峡工程大江截流龙口落差较小，但流量大，尤其是水深大、堤头坍塌严重，主要反映的是土力学、水动力学问题；三峡三期导流明渠截流，却是截流流量、龙口落差、流速、水深都较大，既要克服水力学难关，又要克服土力学、水动力学难关，表现在较高的综合难度上。长江上3次截流成功，使我国截流水平进入到世界领先行列。3次截流工程的特点对照如表2。

2.3 3次截流的总体评价

对长江上3次截流进行总体评价，这里先给出世界上江河截流按流量、落差、流速、抛投强度和水深的前几名［6］。

表1 长江上3次截流工程主要技术指标及其与伊泰普工程截流指标对比表Tab le 1 M ain index com parison am ong three times river closure construction on the Yangtze River and Itaipu Project

表2 长江上3次截流工程的特点对照表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是按截流抛投强度大小排序的世界前5名。

表7是按截流轴线水深大小排序的世界前3名。

从上述一组截流主要技术指标的世界排名表中，我们不难看出，长江上3次截流除了在流速、落差两项指标上未进入前5名外，其他几项均名列前茅。

由截流落差、流速、水深等主要指标所表征的截流能量是截流难度的集中体现。图1给出了长江上3次截流的落差与水深、流速与水深的关系曲线。

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 世界立堵截流按抛投强度的排序Table6 Dumping intensity in order of end dumping closure projects in the world

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

图1 长江上3次截流的落差与水深、流速与水深的关系曲线Fig.1 Drop and depth curve，velocity and dep th curve of three times river closure construction on the Yangtze River

从图1中可以看出，由于长江上的3次截流在难度上各具特色，故在坐标上的点自然构成了施工难度的上包络线，使之成为当今世界江河截流难度标准的一种衡量准则。如图1中给出的巴西伊泰普工程截流，其坐标点在包络线的内面和外面各一个，表明了该工程截流的难度比长江上的3次截流既有较小的方面，也有超过的方面，因此在截流施工方面显然也是具有世界级水平的。又如图1中给出的大渡河上的瀑布沟和深溪沟工程截流，其2个坐标点均在长江上3次截流之上，表明其截流难度要高于长江上3次截流，但其高难度的重点仅在落差、流速所表征的水力学方面，而不是表征在综合难度方面，因此，这2个工程的截流在水力学方面反映了超高难度。

综上所述，长江上3次截流从总体上代表了当今世界大江大河截流的水平，截流施工的各项参数大多居世界首位或前列，其截流难度点所组成的包络线可作为衡量其他工程截流难度的基本标尺。

3 截流施工技术进展

3.1 截流技术进展

（1）减小龙口流量、流速、落差以及改善流态等水力要素。减小龙口流量的方法有：开挖导流明渠或隧洞、拆除围堰、创造良好的分流条件；增建截流闸（如三门峡）；堤下埋管或用框架作抛料（如前苏联高尔基电站）、增大戗堤透水性、加大渗流量等。减小龙口流速的措施有：以宽戗堤增加龙口的沿程阻力，减缓龙口比降，如奥瓦赫戗堤宽273.0 m。减小龙口落差的方法有：用双戗、三戗或多戗分担落差，如白山、隔河岩工程为双戗，伊泰普、卡博拉巴萨、汗泰等工程均为三戗截流。减小单宽流量，可用宽龙口平堵，如斯大林格勒电站龙口宽300.0 m。为了改善龙口流态，可改进抛投位置和方法，如立堵困难段可采用上游突出或上、下游角同时突出进占，用大块料抛投上游角，挑开急流，造成戗端缓流区，以便使用一般石料抛投进占。

（2）增加河床基础抗冲能力，提高河床的抗滑稳定性。为保护软基河床或覆盖层免遭冲刷，可采用护底措施。根据前苏联的经验，上、下游护底范围分别为龙口最大流速处水深的3～4倍和2～3倍，宽度为大于4.0 m／s流速的范围。护底材料常用的有铅丝笼块石（如铜街子、梅林堤工程）、块石（如古比雪夫工程）、化纤软体排（如大化、席尔德工程）及柔性连接混凝土板（如武汉天兴洲护岸）等。

为了提高河床抗滑稳定性，龙口预抛各种块料，加糙河床，形成拦石坝（如葛洲坝的拦石坝工程、三峡导流明渠拦石坎）；也有设钢管拦石栅（如三门峡、盐锅峡、底比斯工程）、使用锚缆（如大约瑟夫工程）、或块串（如乌斯特伊里姆斯克工程）等。

（3）提高抛投料抗滑稳定性和发挥块料群体作用。为增加块体自重，常采用重型块（如葛洲坝、铁门工程用25 t重的混凝土块）、大单位重石料（如布拉茨克工程用3.0 t／m3的辉绿岩块）、各种石笼（如葛洲坝工程为30t钢筋笼）、块串（如漫湾电站15t四面体或铅丝笼双串），甚至采用巨型混凝土沉箱。

采用有利于稳定的异形体，如重心低的四面体、框架等。采用高强度抛投，先在戗堤头堆积大量块料，用推土机快速推入龙口，充分利用抛料的群体作用，迅速实现截流，这在山高谷险、运输不便的条件下经常采用（如龙羊峡工程仅用4.75 h就进占合龙）。

3.2 截流技术的发展趋势

（1）立堵逐渐代替平堵。以立堵为主并逐渐取代平堵，这是目前截流技术的发展趋势。在立堵前，不少工程还采用先抛投护底或平抛垫底措施，但其目的却各不相同。例如，铜街子工程截流时，先采用0.4 m×0.6 m×3.6 m铅丝笼内装块石护底，其目的是防止河床冲刷；葛洲坝工程截流时，先用30 t钢筋石笼和17 t混凝土五面体护底，其目的是防止抛投料的流失；三峡导流明渠上、下游龙口部位分别用20 t钢架石笼和8t合金钢网石兜预抛投垫底加糙拦石坎，其目的也是防止抛投料的流失［7］；达勒斯工程平抛垫底，其目的是为了利用电站基坑开挖弃渣和减少戗堤体积；长江三峡工程大江截流平抛垫底，其目的是防止堤头坍塌。

（2）趋向较高水头截流。采用较高水头截流，可减少导流隧洞或导流明渠工程量。现代运输和起重机械的发展，使采用更大块重、更高抛投强度实现高水头截流成为可能。如1956年的伊尔库尔库茨克工程截流落差2.17 m，1959年的布拉茨克工程截流落差2.96 m，1969年的乌斯特伊里姆斯克工程截流落差3.8 m，1987年的鲍谷昌工程截流设计落差4.3 m等，就显示了这一趋势。为实现高落差截流，常采用双戗或多戗截流方式。

（3）加大抛投强度，不用或少用大料。随着施工机械容量不断增大，抛投强度相应提高，尽量利用一般石料成为趋势。如1989年，我国的水口电站使用工地石渣加粒径0.4～0.7 m的大、中石料顺利截流。伊泰普工程用石渣混合料（直径0.6～1.2 m）80万m3，抛投强度140 000 m3／d，三戗截流成功。卡博拉巴萨工程用400 kg以下块石30万m3，总落差7.0 m，三戗截流成功。在场地狭小、交通不便的山谷河道上，还常采用在龙口边分层堆积石料，用推土机推入龙口，以加大强度，迅速合龙（如前苏联的英古里恰尔瓦克工程）。

（4）趋向降低设计标准。目前，一般用当月或当旬5%～10%频率的流量作为截流设计流量，但是，实践表明，设计流量往往比实际截流流量偏大。我国24个工程截流的设计流量和实际流量的统计结果表明，两者比值Qp／Qq（Qp为设计流量，Qq为实际流量）平均为2.06；前苏联15个工程的统计结果表明，其设计流量和实际流量的比值平均为2.07左右。由此可见，适当降低截流设计流量是合理而必要的。随着水文预报手段更加先进，精度更高，完全可以通过预报错开洪峰进行截流，为调整施工计划提供条件。

4 结 语

长江上的3次截流是世界水电建设史上的奇迹。从历史的过程上看，它经历了从传统人海战术向现代机械化，从忙乱向程序化，从惊险向稳健，从不能把握向精准控制，从人工记载向信息化的进步与飞跃。从施工难度上看，它经历了重点突破水力学难关与重点突破深水截流安全难关，最后完成水力学难关与深水截流安全难关兼而有之的综合难关的突破。从技术的发展上看，它较为全面地反映出了截流施工各种难度状况，形成了一个较为完整的技术体系，成为现代截流工程建设施工的重要标准和参照。

在长江干流上3次截流的技术引领下，其他大型

水利水电工程如大渡河瀑布沟、深溪沟、雅砻江锦屏一级、金沙江向家坝等工程的截流施工中都广泛推行并创新应用了上述各项施工新技术，确保了每一项截流施工安全、高效、有序的合龙。随着我国水利水电开发的不断进展，相应的截流工程还将增多，施工中还会遇到更大难度的截流，长江上的3次截流必将为今后的各项截流施工提供成功的借鉴和参照。

［1］ 肖焕雄.施工导截流与围堰工程研究［M］.北京：中国电力出版社，2002.（XIAO Huan-xiong.Research on River Diversion and Closure＆Cofferdam Engineering Construction［M］.Beijing：China Electric Power Press，2002.（in Chinese））

［2］ 蒋养成，周厚贵，孙志禹.长江三峡大江截流工程［M］.北京：中国水利水电出版社，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.导流与截流（葛洲坝工程丛书4）［M］.北京：水利电力出版社，1995.（WANG Jia-zhu.River Diversion and Closure（Gezhouba Project series：IV）［M］.Beijing：ChinaWaterpower Press，1995.（in Chinese））

［4］ 周厚贵，王亚文，许韧初.三峡工程大江截流施工程序［J］.人民长江，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］ 周厚贵.三峡工程导流明渠截流施工技术研究［M］.北京：科学出版社，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］ 周厚贵.深水截流堤头稳定性研究［M］.北京：科学出版社，2003.（ZHOU Hou-gui.Research on Stability of Deep Water Closure Dyke［M］.Beijing：Science Press，2003.（in Chinese））

［7］ 向红卫，胡建明，聂志峰.三峡工程导流明渠截流垫底加糙拦石坎施工［J］.水力发电，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） ）

（编辑：刘运飞）

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

周厚贵（1962-），男，湖北枝江人，教授级高级工程师，博士生导师，主要从事水电工程施工技术与管理研究，（电话）0717-6710199（电子信箱）hougui＠tom.com。