CN107190700A - 一种过流状态下泥石流型堰塞湖的排险开挖施工方法 - Google Patents
一种过流状态下泥石流型堰塞湖的排险开挖施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种过流状态下泥石流型堰塞湖的排险开挖施工方法，其工艺流程为如下：施工道路修筑、反铲施工平台形成、开挖堰塞湖过流槽内物质、冲洗、反复淘挖、剩余物质满足垫路要求、铺路或者加固作业平台、进入下一个循环。一个循环淘挖次数主要根据水流速度与物质粒径的关系计算，根据相关水利学计算公式得出，一般控制细粒物质小于剩余物质的三分之一即可。本发明采用反铲淘洗方式，利用泄流槽中的流水冲洗冲走细粒砂石，将剩下在泄流槽中的块石用于就地回填铺设施工道路或加固作业平台，从而减少了砂石挖掘、移走运输工程量、缩短了泄流槽加深加宽工期，缩短了排险工程周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种水利工程泄洪排险施工方法，具体涉及一种过流状态下泥石流型堰塞湖的排险开挖施工方法。
背景技术
在堰塞湖湖处置过程，会遇到过流状态下的泥石流型堰塞湖的应急处置。这类堰塞湖是相对不好处置的类型。根据处理堰塞湖的经验和水利部出台的《堰塞湖应急处置技术导则》，其处理最不利的两个因素是堰塞体富含黏土、水的流速小，所以泥石流型堰塞湖现场这两个最不利因素的存在，极大地制约了应急排险的工作进度。
中国专利文献公开了“一种人工调控排泄流量的堰塞湖处置方法及其应用”(CN200910216148.8)，它在堰塞湖坝体上相对低洼的凹槽部位开挖排导槽；在堰塞湖库水排泄中期，对影响下切侵蚀发展的排导槽中巨石采取人工爆破或机械清除，保证排泄流量的稳定增长；在堰塞湖库水排泄后期，当排导槽中的库水排泄流量达到设定阈值时，向排导槽中放入人工结构体来稳定沟床，控制沟床的快速下切，发挥控流作用。它解决了传统处置方式出现“初期排泄效率低、后期排泄太快而难于控制”的问题，但它存在以下缺点，其一，放入人工结构而造成施工难度增加，其二，进行泄流槽即排导槽加宽加深施工时的土石方迁移量大，不能及时排除险情问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种土石方移除量小、提高泄流槽加宽加深进度、缩短排险工期的一种过流状态下泥石流型堰塞湖的排险开挖施工方法。
本发明的目的是这样实现的：一种过流状态下泥石流型堰塞湖的排险开挖施工方法，包括以下步骤：
(1)施工道路修筑
施工道路主要为满足施工设置进入施工平台的通行，一般情况下反铲挖掘机类履带设备对道路的质量、道路线型要求不高，利用反铲挖掘机对现有道路拓宽或自行修筑道路；
(2)反铲作业施工平台形成
根据泄流槽的位置，作业平台靠近岸边就岸修筑，河岸一般地基承载力较好，能有效避免陷车；如果过流断面在河流中部，需要挖掘设备进入中部开挖，还需要采取抛石挤淤、路基板类措施对软基进行处理，最后形成反铲作业施工平台；
(3)开挖通过理论计算结合作业试验，以确定反铲淘洗次数
在确定水力学条件和地质调查前提下，反铲淘洗次数的理论计算如下：
首先，根据水流速度与粒径的关系，可以带走的颗粒直径为：
式中：D—块体粒径，即块体折算成球体的直径，m；
K—稳定系数，一般槽底取0.9-1.0；
r1—块体的容重，t/m3；
r—水的容重，t/m3；
v—水流速度，m/s；
g—重力加速度，9.8m/s2；
其次，再结合小型作业试验，以最终确定反铲淘洗次数；
(4)反铲淘洗操作
利用反铲挖掘机通过反铲淘洗方式加深加宽泄流槽，每次反铲装满斗容后再抬起0.6-1.2m，然后匀速散落泄流槽，尽量使斗内物质散开，让水流冲刷细粒物质，直至细粒物质基本带走，一方面利用水流冲刷带走细粒的物质，另一方面，冲刷出来的块石用于加固反铲作业施工平台或用于垫路，增加道路承载力，便于设备的行走；
反复进行上述反铲淘洗操作，不断加深加宽泄流槽，直至泄流槽的排洪能力达到预期标准。
所述步骤(3)中反铲淘洗次数的理论计算按以下方式确定：假设泄流槽堰塞体总物质中直径小于5cm、即能由水流冲刷带走的细粒物质占60％，水流速度在0.5m/s～1m/s时，反铲淘洗一次带走20％的上述细粒物质，当反铲淘洗次数为5、6、7、8、9、10次时，上述细粒物质占堰塞体总物质的比例分别为：33％、28％、24％、20％、16％、14％。
淘挖法施工工艺主要是：施工道路修筑→反铲施工平台形成→开挖堰塞湖泄流槽内物质→冲洗→反复淘挖→剩余物质满足垫路要求→铺路→进入下一个循环。
本发明的有益效果是：基于这类堰塞湖的成因和物质组成特征，特别是滑坡物质在暴雨作用下，运动转化成泥石流，堆积物主要为饱水，承载力较低，无法满足大型设备，包括湿地挖掘机等设备的行走与作业要求也无法满足，对此，我们发明了淘挖法，采用反铲进行淘挖，加深加宽泄流槽，顺利降低堰塞湖水位，排除危险。
反铲淘挖工艺即采用反铲反复挖洗堰塞体物质，利用过流的水冲洗冲走泥浆，再用基本去泥的岩质料用于就地回填铺设施工道路或者加固作业平台，从而防止机械下陷，到快速达加深加宽泄流槽，应急快速排除堰塞湖险情。
本发明在实际工程应用中，首先进行理论计算和小规模作业试验，确定反铲淘洗次数，再进行循环式反铲淘洗作业，一方面利用水流速度和动能带走细粒物质(即细粒砂石)，另一方面将冲刷遗留下来的块石用于加固施工作业平台或加固施工道路，例如1/3的小于5cm的细粒砂石均由水流(流速在0.5m/s～1m/s)沿泄流槽冲走，仅有2/3左右的块石从泄流槽取出并就地使用，从而大大减少了砂石的挖掘及运输工程量，同时加快了泄流槽加快拓深的施工进度，缩短了排险周期。
附图说明
图1是本发明泄流槽反铲淘洗工艺流程图。
具体实施方式
图1示出抢险淘挖施工工艺
反铲淘挖工艺即采用反铲反复挖洗堰塞体物质，利用过流的水冲洗冲走泥浆，剩余岩质等硬物质挖出铺路，从而防止机械下陷，到快速达加深加宽泄流槽，应急快速排除堰塞湖险情。
淘挖法施工工艺主要是：施工道路修筑→反铲挖土机的反铲施工平台形成→开挖堰塞湖过流槽内物质→冲洗→反复淘挖→剩余物质满足垫路要求→铺路→进入下一个循环。
施工道路施工进入作业面的准备，道路主要满足施工设备的通行，一般情况下，反铲等履带设备对道路路面质量、道路线型要求不高，可利用反铲对现有道路拓宽或自行修筑道路即可。
作业平台根据泄流槽的位置，靠近岸边可以就岸修筑，河岸一般地基承载力较好，有效避免陷车。如果过流断面在河流中部，需要设备进入中部开挖，则需要对软基进行处理，例如可以抛石挤淤、路基板等措施。
然后正式作业开始淘挖，根据水流速度和流量测算淘挖次数并试验，每次反铲装满斗容后再抬起0.6-1.2m，不挖出来，而是又匀速散落倒入泄流槽。倒入时，尽量使反铲斗内物质散开，利用水流的冲洗作用，让水流冲刷细粒物质，直至细粒物质基本带走。再用基本去泥的岩质料回填铺路或者加固作业平台。如此反复，到达泄流槽加宽加深的目的。
理论计算
根据设备进场通行条件，设备可以是沿着河岸开挖，必要时部分设备根据物质组成和施工条件修筑道路进入堰塞体中。排险时淘挖是最重要采用的战法之一，一方面利用水流冲刷带走细粒的物质，另一方面，冲刷出来的块石可以作为垫路，增加道路承载力，便于设备的行走。某堰塞湖堰塞体物质小于5cm直径(即把块体折算成球体的直径)细粒物质约60％，水流速度在0.5-1.0m/s，根据流速与粒径的关系，可以带走的颗粒直径为：
式中：D—块体粒径，即块体折算成球体的直径，m；
K—稳定系数，一般槽底取0.9-1.0；
r1—块体的容重，t/m3；
r—水的容重，t/m3；
v—水流速度，m/s；
g—重力加速度，9.8m/s2；
以某过流堰塞湖应急处置为例：经过计算，可以冲走的颗粒直径在1.5-6cm，通过统计，一般反铲淘洗一次，可以带走约20％的可带走的细粒物质。那么，随着淘挖次数，细粒物质带走量和剩余物质中细粒的含量大致如表1所示。
表1：细粒物质带走量和剩余物质中细粒的含量
根据理论计算和现场施工实践，一般淘挖5-6次，能把大部分细粒物质带走，小于5cm的细粒物质含量也只占剩余物资1/3的比例，这时。物质组成可以满足垫路的要求，也不浪费设备作业时间和油料，可以把石块挖出垫路，同时加深加宽泄流槽。
应用效果
1.重庆太平桥1#堰塞湖处置。
我们通过仔细的灾情侦测，采取有效的战法，定下排险决心，经过10天的奋战，在地方政府的领导和支持下，特别是重庆市水利局的业务指导下，成功在2个堰塞湖上开出了泄流槽，降低了堰塞湖的库容，使上游多处淹没房屋和农田露出水面，并使泄流槽达到了20年一遇排洪标准，有效地保护了下游人民群众生命财产的安全，履行好了党和国家赋予水电部队的职能和使命。比原计划提前4天完成任务，创造了良好的社会效益，受到了各级和人民群众的赞誉。
2.舟曲泥石流堰塞湖处置
2010年8月7日发生的舟曲泥石流举世震惊，在舟曲县城形成的堰塞湖致使城区淹没，为降低湖水水位，疏通河道，除了采用爆破、长臂反铲、路基板铺路等措施外，其中也采取了淘挖法，首先修筑丁字堰，反铲进行淘挖，即疏浚了河道，降低了水位，又为修筑道路和加固作业平台提供了物质支持。因此，淘挖法与其他工艺结合，快速安全降低了舟曲城区水淹灾害。
Claims (2)
1.一种过流状态下泥石流型堰塞湖的排险开挖施工方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)施工道路修筑
施工道路主要为满足施工设置进入施工平台的通行，一般情况下反铲挖掘机类履带设备对道路的质量、道路线型要求不高，利用反铲挖掘机对现有道路拓宽或自行修筑道路；
(2)反铲作业施工平台形成
根据泄流槽的位置，作业平台靠近岸边就岸修筑，河岸一般地基承载力较好，能有效避免陷车；如果过流断面在河流中部，需要挖掘设备进入中部开挖，还需要采取抛石挤淤、路基板类措施对软基进行处理，最后形成反铲作业施工平台；
(3)开挖通过理论计算结合作业试验，以确定反铲淘洗次数
在确定水力学条件和地质调查前提下，反铲淘洗次数的理论计算如下：
首先，根据水流速度与粒径的关系，可以带走的颗粒直径为：
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式中：D—块体粒径，即块体折算成球体的直径，m；
K—稳定系数，一般槽底取0.9-1.0；
r1—块体的容重，t/m3；
r—水的容重，t/m3；
v—水流速度，m/s；
g—重力加速度，9.8m/s2；
其次，再结合小型作业试验，以最终确定反铲淘洗次数；
(4)反铲淘洗操作
利用反铲挖掘机通过反铲淘洗方式加深加宽泄流槽，每次反铲装满斗容后再抬起0.6-1.2m，然后匀速散落泄流槽，尽量使斗内物质散开，让水流冲刷细粒物质，直至细粒物质基本带走，一方面利用水流冲刷带走细粒的物质，另一方面，冲刷出来的块石用于加固反铲作业施工平台或用于垫路，增加道路承载力，便于设备的行走；
反复进行上述反铲淘洗操作，不断加深加宽泄流槽，直至泄流槽的排洪能力达到预期标准。
2.根据权利要求1所述的一种过流状态下泥石流型堰塞湖的排险开挖施工方法，其特征是，所述步骤(3)中反铲淘洗次数的理论计算按以下方式确定：假设泄流槽堰塞体总物质中直径小于5cm、即能由水流冲刷带走的细粒物质占60％，水流速度在0.5m/s～1m/s时，反铲淘洗一次带走20％的上述细粒物质，当反铲淘洗次数为5、6、7、8、9、10次时，上述细粒物质占堰塞体总物质的比例分别为：33％、28％、24％、20％、16％、14％。
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| CN104264624A (zh) * | 2014-09-11 | 2015-01-07 | 广东源盛生态环保科技有限公司 | 一种堰塞湖开渠泄流的方法 |
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