石角咀水閘重建工程中導流建筑物施工技術分析

何利芳

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510635)

1 工程概況

石角咀水閘重建工程位于珠海市香洲區前山水道東側出口，下連灣仔水道，距離澳門水道約4.6 km，西北連香洲城區，東南與澳門接壤。閘址距珠海市城區中心約12 km，距廣州市中心約130 km，工程地理位置及對外交通見圖1。本工程是一座涵蓋擋潮、排水、御咸、航運和交通等功能的大型水利工程。主要建筑物包括攔河水閘、船閘、泵站、市政橋及兩岸連接道路等。樞紐布置從右至左依次為10孔水閘總寬度145.00 m、排澇泵站擋潮閘總寬度31.25 m、江心洲總寬度32.60 m、5孔水閘總寬度72.20 m及船閘下閘首總寬30.00 m。交通橋布置在水閘的上游，兩岸連接公路約1 km。水閘管理所仍位于江心洲現水閘管理所的位置不變，船閘管理所位于船閘下閘首左岸。本次重建工程雖然布置有船閘，是滿足長遠規劃要求，但目前前山河段無通航要求，故施工期無通航要求及影響；取水口不在工程施工范圍內，也不影響周圍供水需求[1]。

圖1 石角咀水閘重建工程地理位置

2 工程地質條件

區域位于珠江三角洲斷陷區南緣，珠江口西岸，西部有西江磨刀門出海口，南臨南海。區內原為淺海環境下的古海灣，孤立海島分布其間，隨著時間的推移，大量泥沙不斷淤積，淺灘逐漸升高，岸線向南推進，孤島與平原相連，形成現今低山丘陵與三角洲沖積平原相間分布的地貌形態。

閘址區位于前山河出海口附近，地貌類型主要為海陸交互沉積形成的三角洲平原地貌。地形平坦、開闊。水閘西面為南屏山，山脊走向為NEE-SWW，山脊高程100 m～200 m。水閘東部為跨境工業園，房屋建筑密布，地面高程一般為1.0 m～5.0 m。

3 施工導流方案設計

3.1 導流時段及導流流量

前山河流域洪水主要通過中珠聯圍內的大涌口水閘、廣昌水閘、洪灣水閘和石角咀水閘等4座排水閘排除。石角咀水閘排水占整個中珠聯圍的55%，廣昌水閘占排水總量的6.15%，考慮到廣昌水閘改擴建工程與石角咀水閘重建工程可能存在工期重疊，如果石角咀水閘施工期間，廣昌水閘亦因施工期影響不能導流，石角咀水閘需承擔60%的分流流量，所以石角咀水閘全年及分期施工洪水及閘上水位可能會出現廣昌水閘參與導流或不參與導流兩種工況。石角咀水閘全年及分期施工洪水特征值見表1。

表1 石角咀水閘全年及分期施工洪水特征值

本工程若選用全年導流，施工洪水流量較大，可全年施工，施工時間充裕；而11月～次年2月洪水流量最小，但時段太短，難以安排組織施工。根據本工程布置及現場導流條件，初步確定一期施工選用10月～次年4月的導流時段，二期施工選用全年的導流時段[2]。

3.2 導流方式

本工程有一非常有利的施工導流條件就是利用現有的河中江心島將項目劃分為左右岸實施，也就是分期導流。

(1)一期施工導流

第一期(第1年10月～第2年4月)先于江心島右側河道(主河道)中施工一期上下游橫向圍堰封閉形成基坑，于第一個導流時段內完成右岸12孔水閘、泵站及右岸建筑物，此施工時段利用現狀左岸8孔舊閘及船閘控制上游水位及導流。一期導流期主要完成水閘閘頂(含泵站防潮閘)以下的主體結構、上下游兩側翼墻、安裝調試好水閘閘門；同時泵房進水池(含閘門)、泵房、出水池完成形象在拆除一期圍堰后應具備擋水條件。

左岸現狀8孔舊閘閘孔凈寬5 m，底高程為-2.91 m；舊船閘凈寬14 m，底高程-3.2 m，一期導流總凈寬為54 m。根據表2當發生10年一遇施工期洪水，10月～次年4月閘下水位為0.65 m，當過閘流量選擇廣昌水閘參與導流流量為628.6 m3/s時，經計算得出相應閘上水位為0.9 m，壅高0.25 m，未超過水閘上游警界水位0.9 m，故該導流方式可行。當過閘流量選擇廣昌水閘不參與導流流量為685.8 m3/s時，經計算得出相應閘上水位為1.02 m，壅高0.37 m，超過水閘上游警界水位0.9 m，故廣昌水閘不參與導流將造成上游圍內受淹，統計見表2。

表2 施工導流閘上水位計算表

本一期導流需利用舊船閘參與導流，考慮現船閘現狀多年未通航，需先清淤后過流，考慮船閘及其上下游共500 m范圍內清淤厚1 m。并且要調試上下閘首閘門確保在一期導流期間能正常啟閉，滿足排水及擋潮功能，故更換現狀船閘上下閘首人字門的啟閉設備，選用型號為QRWY-2×800/2×400-3.0-B的液壓啟閉機及動力站，上下閘首各一套，共2套。同時需拆除現狀下閘首封堵閘門及下游引航道中的封堵樁[3]。

(2)二期施工導流

第二期(第2年5月～第3年12月)于江心島左側河道中施工二期上下游橫向圍堰封閉形成二期施工基坑，于第二個導流時段內完成左岸5孔水閘、船閘及左岸建筑物，施工項目較復雜，此施工時段利用一期建成的右岸10孔新閘過流控制上游水位及導流。

右岸12孔，過流10孔，新閘閘孔凈寬12 m，底高程-3.5 m，二期導流總凈寬為96 m。根據表3所示：當發生10 a一遇施工期洪水，全年時段閘下水位為0.65 m，過閘流量選擇廣昌水閘參與導流流量為1195 m3/s時，經計算得出相應閘上水位為0.767 m，壅高0.117 m，未超過水閘上游警界水位0.9 m，該導流方式可行。當過閘流量選擇廣昌水閘不參與導流流量為1287 m3/s時，經計算得出相應閘上水位為0.797 m，壅高0.147 m，未超過水閘上游警界水位0.9 m，該導流方式亦可行，統計詳見施工導流閘上水位計算表3。

本工程閘下游圍堰由于受外海潮位影響，圍堰需滿足表2中外海10 a一遇10月～次年4月潮位2.16 m；閘上游圍堰需滿足表3中當水閘下閘擋潮時可能出現的10 a一遇全年時段閘上最高水位1.96 m。

3.3 導流建筑物

(1)導流建筑物布置

根據主體建筑物的布置特點及地形、地質條件等進行布置：

第一期(第1年10月～第2年4月)布置一期上下游橫向圍堰封閉右側河床形成一期基坑，利用現狀左岸8孔舊閘及船閘控制上游水位及導流，導流流量628.6 m3/s。

第二期(第2年5月～第3年12月)布置二期上下游橫向圍堰封閉左側河床形成二期基坑，利用一期建成的右岸10孔新閘控制上游水位及導流，導流流量1195 m3/s。

導流建筑物布置詳見圖SL 1924CT-910-02～03[4]。

(2)導流建筑物型式選擇

施工圍堰可選用鋼板樁、鋼筋砼、土石圍堰等結構。

①鋼板樁圍堰。鋼板樁圍堰有結構斷面小，占用河床少，可水下施工，但造價高，施工難度大，遇河床存在拋石孤石難以進行下去等特點。由于單根鋼板樁最長為18 m，一般建議5 m～6 m高度以下的圍堰根據地質情況選用。

②鋼筋砼圍堰。鋼筋砼圍堰有可靠性高，結構斷面可控制更小，但造價高，需干地施工等特點。可根據不同的擋水高度選用不同的擋墻形式，多用于分期導流并可在一期圍堰保護下實施的二期縱向圍堰。

③土石圍堰。土石圍堰占用河床斷面大，但施工簡單，造價低，為河床水下填筑圍堰常規應用。

④圍堰形式比選。本工程利用江心洲左右岸分期實施，只需設置攔河上下游橫向圍堰，一二期上下游橫向圍堰高度在5.8 m～7.5 m之間，此高度范圍適宜采用土石圍堰。故本階段選用膜袋砂圍堰及填土圍堰經比較后確定。

(3)堰頂高程的確定

圍堰堰頂高程=設計洪水靜水位+堰頂超高。本工程一二期施工圍堰按10年一遇相應時段施工洪水水位加安全超高0.5 m、風浪壅高0.006 m以及波浪爬高0.734 m，經計算圍堰堰頂高程為：一期上游圍堰堰頂高程為2.8 m，一期下游圍堰堰頂高程為3.4 m；二期上游圍堰堰頂高程為3.2 m，二期下游圍堰堰頂高程為4.0 m。施工導流特性見表3。

表3 施工導流特性表

4 導流工程施工

一期圍堰：第1年9月開始施工，為爭取時間，擬設兩個工作面分別從上游、下游右岸同時施工，于江心島處合攏，圍堰在第1年10月底前填筑完成。二期圍堰：第2年5月開始施工，亦設兩個工作面分別從上游、下游江心島開始同時施工，于左側河岸合攏，圍堰在第2年6月底前填筑完成。

(1)膜袋砂圍堰填筑

充填膜袋砂采用人工鋪設、定位土工膜袋，充填所需砂料由外購砂料場提供，泵砂船運至充填區，吹填至圍堰填筑位置，模袋按照一次充填→迸漿→二次充填→再二次進漿→袖口部位人工補鎮的順序填至設計高程，保證袋體充填飽滿度不大于85%，厚度控制在400 mm～500 mm之間，充填體干密度不得小于14.5 kN/m3。

防滲土工膜由船運、潛水員配合鋪設。

一期圍堰拋填塊石從Ⅲ1外購石料場購買，由2 m3挖掘機挖裝15 t～20 t，自卸汽車運至工區，水下部分由小船運、潛水員配合拋填，水上部分由人工裝8 t～12 t自卸汽車運輸至施工面，人工拋填[5]。

二期橫向圍堰的填筑砂料、石料部分可利用一期圍堰的拆除料，不足部分從外購料場購買，施工工序同一期圍堰。

(2)圍堰拆除

一、二期橫向膜袋砂圍堰拆除：水上挖掘機配合破膜及拖膜拆除圍堰，堰體由自吸式泵砂船吸運至指定棄渣場統一由政府調配再利用，不列入永久棄渣量。

5 結語

本工程隸屬中山市管理的前山河石角咀水閘，位于珠海繁華的城區內，又處在與澳門邊防交界，現狀舊閘連通兩岸的國防公路。水閘左岸上游為武警法二支隊營區，下游為珠澳跨境工業園區，水閘右岸下游為邊防巡邏及瞭望塔區。在對工程建設條件進行深入分析的基礎上，提出了施工導流布置方案：利用現有的河中江心島將項目劃分為左右岸實施分期導流，為珠海市的發展提供必要的水源保證，更重要的是解決了居民生活供水問題。石角咀水閘重建工程導流標準和導流方案的成功運用，將會為其他類似重建工程提供寶貴的借鑒。愿我國的水電事業蓬勃發展。