世界上規(guī)模最大的沉井群

中國(guó)三峽集團(tuán)新聞中心 王 波

何為沉井？為什么說(shuō)向家壩水電站的沉井群是世界規(guī)模最大的？回答這些問(wèn)題，首先得從向家壩水電站壩址的地質(zhì)條件說(shuō)起。

向家壩水電站工程壩址位于金沙江下游的向家壩峽谷河段出口處。壩址兩岸地形整齊，河谷形態(tài)呈不對(duì)稱(chēng)的“U”型。大壩壩基巖體、地下廠房洞室群圍巖體皆以強(qiáng)度很高的厚層砂巖為主。向家壩工程壩址的地形、地質(zhì)條件適宜修建混凝土重力壩，但也有不盡如人意的地方。其中，壩基范圍內(nèi)河床覆蓋層厚達(dá)10～40米，是擺在建設(shè)者面前的一道難題。這個(gè)覆蓋層一共有三層：砂卵礫石層、砂層、含崩（塊）石的砂卵礫石層，覆蓋層下面才是堅(jiān)實(shí)的砂巖——也就是大壩壩基巖體。大壩不能直接在松軟的覆蓋層上修建，得把厚達(dá)幾十米的覆蓋層挖走，直至堅(jiān)實(shí)的基巖。其實(shí)挖走幾十米厚的覆蓋層對(duì)于現(xiàn)代化的機(jī)械施工來(lái)說(shuō)也是“小菜一碟”。但由于向家壩河床狹窄,河段又屬通航河段,為保證施工期河道暢通，因此一期土石圍堰形成的基坑施工區(qū)范圍十分有限，如果不管三七二十一直接把基坑內(nèi)幾十米厚的覆蓋層挖走，就會(huì)破壞一期土石圍堰的基礎(chǔ)，進(jìn)而危及一期土石圍堰的安全。因此，在挖走覆蓋層以前必須在圍堰堰腳修建一道混凝土擋墻，避免覆蓋層挖走后圍堰基礎(chǔ)失去支撐而倒塌。

沉井及降水體系平面布置圖。 制圖/田宗偉

向家壩的沉井群的設(shè)計(jì)與施工，其實(shí)質(zhì)就是修建這道混凝土“擋墻”。與一般擋墻不同的是，它一共由10個(gè)23米×17米見(jiàn)方的“井”連接成一道擋墻。沉井的施工過(guò)程，通俗地講，首先是在地面上澆筑起一個(gè)23米×17米見(jiàn)方、沿口為2米的類(lèi)似“井”的建筑物，然后往“井”里吊入小型鏟車(chē)將“井”底松軟的土層挖走，“井”依靠自身的重力克服“井”壁磨擦阻力就會(huì)下沉。經(jīng)過(guò)多次筑“井”和“井”底挖土循環(huán)，沉井就會(huì)不斷地下沉，一直到達(dá)堅(jiān)實(shí)的基巖，最后利用其它工程技術(shù)，向井內(nèi)回填混凝土和井間接頭處理。向家壩沉井每個(gè)“井”內(nèi)分6格，“井”間距2米，下沉深度最淺43米、最深達(dá)57米，最大入巖深7米。修建10個(gè)這樣的沉井并將它們連接起來(lái)，就成了一道混凝土“擋墻”，對(duì)圍堰的穩(wěn)定起到保護(hù)作用，從而為下一步挖走基坑內(nèi)的覆蓋層做好了準(zhǔn)備。一期工程結(jié)束后，沉井還將作為二期縱向圍堰的基礎(chǔ)部分繼續(xù)發(fā)揮作用。

其實(shí)，沉井施工技術(shù)早已用于橋墩、港口、碼頭等工程的修建。而且從單個(gè)沉井來(lái)說(shuō)，向家壩沉井不是最大的，但是由十個(gè)沉井組成的沉井群卻是世界規(guī)模最大的，更由于其特殊的地質(zhì)狀況，使得其設(shè)計(jì)和施工沒(méi)有類(lèi)似經(jīng)驗(yàn)，難度國(guó)內(nèi)外罕見(jiàn)。

由于地質(zhì)狀況復(fù)雜，如何確保沉井垂直、平穩(wěn)下沉是向家壩沉井群施工最大困難。施工者必須針對(duì)不同的地層采取不同的技術(shù)措施：穿越第一層砂礫層時(shí)，要通過(guò)嚴(yán)格控制不均衡下沉、對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖、加強(qiáng)觀測(cè)、及時(shí)糾偏等進(jìn)行施工，保證沉井在初始階段形成正確的下沉軌跡。在穿越砂層時(shí)，要制定相應(yīng)預(yù)案防備諸如管涌、流沙、突沉等各種地質(zhì)災(zāi)害對(duì)沉井的危害。對(duì)于第三大層砂礫石中的超大直徑崩塊石，要采取局部開(kāi)挖、局部爆破的方法處理。

同時(shí)，由于沉井群分批交錯(cuò)施工，工序復(fù)雜，設(shè)備及人員投入多，管理難度加大；沉井群離一期土石圍堰腳最近距離僅8米，施工場(chǎng)地狹窄，臨時(shí)設(shè)施布置受局限，沉井群立體交錯(cuò)施工，安全隱患大，沉井下沉不可預(yù)見(jiàn)因素多，易發(fā)生事故等等，都使施工組織和管理難度加大。

沉井群沉到底后全貌。攝影/高峰

向家壩沉井群于2006年3月份開(kāi)始施工，經(jīng)過(guò)參建各方的團(tuán)結(jié)協(xié)作、艱苦拼搏，這項(xiàng)全國(guó)之最的工程于2006年9月份順利完成，并創(chuàng)造了施工質(zhì)量和安全“雙優(yōu)”的成績(jī)。