​推荐｜洞庭湖团洲垸堤防特大决口高效封堵关键技术

洞庭湖团洲垸堤防特大决口高效封堵关键技术

张利荣^1,2, 项正军¹, 张轩庄³, 杨广西³, 周志东², 关成达²

【摘 要】2024年7月5日，湖南华容县洞庭湖团洲垸一线堤防发生溃决，最终形成口门宽度226 m、平均水深超10 m的特大决口。中国安能建设集团有限公司受命迅速牵头制定“石碴戗堤沿原堤线立即封堵”方案，创新“机械化双向立堵+船舶水上抛投”战法、多料掺混抛填及船舶集群抛投技术、戗堤两侧坡面复合防渗防浪体系设计，集成采用水陆空立体侦测和数据融合技术，解决了特大决口快速高效封堵的技术需求和湖区与垸内水位差复杂变化条件下戗堤防渗闭气难题。按“抢筑裹头→双向立堵＋水上抛投→突击合龙→加高加固→防渗闭气”的程序，提前13.5 h实现戗堤封堵合龙，是堤防特大决口及时高效封堵的典型战例。

【关键词】团洲垸堤防; 特大决口; 决口封堵; 关键技术; 中国安能

doi:10.16867/j.issn.1673-9264.2024281

引用格式：张利荣，项正军，张轩庄，等. 洞庭湖团洲垸堤防特大决口高效封堵关键技术[J]. 中国防汛抗旱，2024，34（10）：20−26

ZHANG Lirong，XIANG Zhengjun，ZHANG Xuanzhuang，et al.Key technology for efficient sealing of large-scale breach in Tuanzhouyuan embankment of Dongting Lake[J].China Flood & Drought Management，2024，34（10）：20−26

2024年7月5日17时48分，湖南华容县团洲垸一线堤防因管涌发生溃决，至7月6日9时，决口宽度达到226 m、平均水深超10 m，属特大型决口^[1]。决口导致垸内47.64 km²区域受淹，影响房屋7 356栋，及时转移7 680人，未出现人员伤亡。团洲垸与钱粮湖南垸的间堤（以下简称钱团间堤）防洪标准偏低，在高水位状态下险情不断发生，一旦溃决，将给钱粮湖垸带来严重的损失和影响，形势非常危急。因此，必须立即对团洲垸一线堤防决口进行封堵，以迅速解除高水位浸泡可能导致钱粮湖垸被淹的风险，同时让团洲垸受灾群众能尽早返回家园恢复生产生活。

堤防决口是一种瞬发式突发事件，造成的损失特别大，及时采取有效的应急处置措施能大幅降低灾害损失、降低次生灾害发生风险^[2]。团洲垸堤防决口险情发生后，党中央、国务院高度重视，各级政府迅速启动应急响应机制，及时组织开展人员撤离、群众安置、决口封堵、间堤防守等工作。湖南省前方指挥部确定了7月9日12时前封堵决口的目标，并决定由中国安能建设集团有限公司（以下简称中国安能）作为主攻单位完成封堵任务。中国安能决口封堵实战经验丰富 ^[3-10]，受命后迅速牵头制定决口封堵方案，创新使用水陆并进封堵战法和多料掺混抛填及船舶集群抛投等技术^[1]，经过3个昼夜连续鏖战，在2024年7月8日22时33分实现戗堤合龙，提前13.5 h完成任务。本文从技术视角总结分析洞庭湖团洲垸堤防特大决口高效封堵主要采取的关键技术，以期为类似险情处置提供借鉴。

1 决口基本情况

1.1 华容县团洲垸概况

团洲垸位于华容县东南部洞庭湖和藕池河交汇处，是洞庭湖24个蓄洪垸之一——钱粮湖垸的重要组成部分，东临东洞庭湖，南临藕池河东支注滋口河，西北临君山区钱粮湖南垸。团洲垸建成于1977年，2022年建成了蓄洪安全区工程，安全区面积2.7 km²、人口约3 000人，蓄洪区外面积52.33 km²、人口约5 000人（图1）。团洲垸与洞庭湖之间的一线防洪堤是华容县和岳阳市君山区抵挡洞庭湖涨水的第一道屏障，长20.785 km，堤顶宽8.0 m（其中混凝土路面宽5 m）、高程34.47 m（1985国家高程基准，下同），湖区侧边坡为1∶2.9、垸内侧边坡为1∶2.4。团洲垸是在东洞庭湖西侧的淤积洲滩之上围垦而成，其垸堤为就地取材填筑，堤防基础为粉细砂土层和砂卵石层、土质沙质堤身，受高水位渗透压力影响，容易产生管涌、渗漏等重大险情，当渗漏导致大面积滑坡或管涌快速发展时，往往会发生溃决。此次垸堤溃决处在桩号19+800处。

图1 团洲垸平面图

1.2 决口发生过程

2024年6月16日至7月2日，湖南省遭遇强降雨，先后经历多轮洪水过程。受上游来水增加影响，洞庭湖6月17日水位开始上涨，至6月27日8时，城陵矶站水位涨至31.82 m，10 d内上涨了5.34 m；至7月3日，洞庭湖区水位全线超警戒。洞庭湖水面也随水位上涨而扩大，6月17日洞庭湖水面只有1 100 km²，6月30日约为2 570 km²。

7月5日15时32分，当地报团洲垸洞庭湖一线堤防桩号19+800处发生堤面塌陷险情；15时45分，华容县工程处险组到达现场，发现堤面沉陷约1.5 m，堤身内坡有大量出水，流量约2 m³/s，随即调集装满砂石的车辆进行紧急处置。17时48分许，紧急处置失败，管涌险情迅速发展致垸堤溃决，初步勘测决口口门宽度约10 m。当地又迅速调18辆“以车代仓”车辆填堵，紧急调运3艘自卸驳船在堤外填充砂卵石封闭，但决口水流湍急、冲刷力大，口门迅速扩展，至19时，宽度约100 m，23时许，宽度超过150 m。决口处实景见图2。

图2 决口实景图

中国安能等专业力量7月6日凌晨赶赴现场，并采取抢筑裹头保护措施，至9时30分，把决口宽度稳定在226 m，此时洞庭湖水面高程为31.69 m，口门水深9～12 m、水位差0.21 m、流速约1.5 m/s、流量约3 300 m³/s。决口横向水深分布见图3。

图3 决口横向水深分布图

1.3 灾害损失

洪水涌入决口致团洲垸被淹，淹没面积47.64 km² ，占团洲垸总面积的92.5%（该垸安全区暂未被淹），其中耕地面积2 546.66 hm²；平均水深约5 m；影响房屋7 356栋；转移人员7 680人，其中蓄洪区5 445人、安全区2 235人，无人员伤亡。淹没情况见图4。

团洲垸被淹后，钱团间堤面临高水位考验，多处发生险情。如果间堤溃决，钱粮湖垸内150 km²区域将被淹没、20多万人将被迫转移，损失与影响特别巨大。

图4 团洲垸淹没情况图

2 封堵方案及主要特点

2.1 封堵总体方案

（1）针对宽口门、大水深的特大决口和时间短、任务重的封堵要求，经过多个方案比较融合，决策采用“石碴戗堤沿原堤线立即封堵”方案。

（2）石碴戗堤封堵采用“机械化双向立堵＋船舶水上抛投”水陆并进封堵战法，按“抢筑裹头→双向立堵＋水上抛投→突击合龙→加高加固→防渗闭气”的程序进行。

（3）防渗闭气采用戗堤两侧坡面做复合防渗防浪体系，防渗体为“复合土工膜”“黏土、水泥毯”的复合形式，作业顺序是先垸内侧，后湖区侧。

2.2 封堵体设计

（1）轴线布置与封堵体断面。封堵体轴线布置与原堤轴线基本重合；考虑汛后复堤需要，戗堤轴线与原堤轴线平行并向垸内侧平移3～5 m。封堵体断面先采用梯形断面石碴戗堤进行合龙封堵，后用石碴进行加高加固，再于戗堤两侧坡面做防渗体进行闭气。封堵体断面见图5。

图5 封堵体典型断面图

（2）戗堤及加高加固设计。封堵戗堤采用爆破开采的连续级配石碴料，在水上抛填形成梯形断面。戗堤顶面高程为32.70 m，两边坡为1∶1.2～1∶1.4，戗堤轴线在原堤线后3～5 m。戗堤断面如图6所示。加高加固是在已经合龙的戗堤上继续采用石碴料进行加高加固，先在迎水面抛投加宽，再把戗堤顶面高程加高到34.47 m，两侧边坡仍然是抛投形成的自然边坡，为1∶1.2～1∶1.4。

图6 戗堤典型断面图

（3）防渗闭气设计。戗堤合龙后，此阶段由于洞庭湖水位缓慢下降，垸内水位高于湖区水位，最大负差约0.56 m。抽排水措施启动后，垸内水位缓慢下降，加之长江流域第2次洪峰致洞庭湖水位缓慢上升，此后湖区水位高于垸内水位，最大正差约4.05 m。同时，受洞庭湖区大风和行船影响，决口处风浪高达0.5～0.6 m，防渗体表面应采取防浪措施。为尽快实现防渗闭气，针对这一复杂情况，创新戗堤两侧坡面复合防渗防浪体系。先是在戗堤垸内侧面抛填反滤料→铺设复合土工膜→黏土砂袋压面，形成垸内侧临时防渗体系；后在戗堤湖区侧坡面抛填反滤料→抛投黏土料→铺设水泥毯，形成湖区侧防渗体系，见图5。为防止湖水从戗堤与老堤结合处渗漏造成破坏，戗堤湖区侧防渗体系向老堤延伸，与老堤的搭接不少于15 m（抢险修筑的裹头不包含在内）。

2.3 复堤考虑

复堤方案是以封堵体为堤防结构主体，对内外两侧坡面进行整修，两侧坡脚分别填筑压坡平台加固，并在湖区侧坡脚增加防渗墙，以达到堤防防渗要求。复堤设计方案典型断面见图7。

图7 复堤典型断面图

（1）垸内侧。先回收原铺设复合土工膜，并对边坡进行修整加固，达到设计的坡比要求，亏坡修补应当采用斜坡进行压实。由于决口水流冲出了巨大深坑，应在坡脚填筑压坡平台，平台高程宜与原地面高程齐平，压坡平台可采用石碴料填筑，末端应设排水棱体。

（2）湖区侧。在湖区低水位时段，先对坡脚部位黏土防渗体进行修整，再填筑压渗平台，压渗平台高程宜与原地面高程齐平，可采用有一定防渗性能的土料填筑。压渗平台完成后，再进行防渗墙施工，可采用高喷防渗墙或混凝土防渗墙，防渗墙同轴线应与老堤有一定的搭接长度。

以决口封堵体为堤防复堤主体结构的堤坝一次成型封堵技术，解决了堤防决口快速封堵和后续高效复堤双重需要的难题，工程效果好、经济效益高、安全风险低。

2.4 决口封堵主要特点

（1）特大决口，封堵合龙难。决口宽226 m、平均水深10 m，是世界罕见的特大决口；封堵设计工程量10.5万m³，其中戗堤设计抛投量8.3万m³，封堵强度大，施工组织困难。

（2）技术复杂，方案决策难。决口水力学参数动态变化与监测、双向进占堤头坍塌风险管控、多料混合抛投均匀性控制、船舶水上抛投定位、钱粮间堤高水位风险、动水状态水下地形测量、湖区与垸内水位变化等技术因素复杂，使得抢险总体方案和抢险实施方案决策难度很大。

（3）料源距远，物料运输难。决口周边缺少石料源，陆上需从70～230 km以外采用自卸车运输至现场，且进入堤头通行条件复杂，水上需从湖北石首市等地先陆运再从码头通过水运至现场，运距达110 km左右，物料供应难度大。

（4）时间紧迫，应急保障难。先期决口数据、环境条件、资源分布、道路交通等信息掌握不全，对技术方案制定、抢险力量调配、物料保障供应等造成较大影响。

（5）力量多元，指挥协同难。现场抢险人员涉及军民政企等各方力量，构成复杂，存在信息沟通不畅、多头指挥等矛盾，统筹协调保证料源连续供应、场内道路有序通行、堤头水陆科学抛投的难度增加。

（6）气候炎热，风险控制难。抢险期间，当地气温高达38 ℃，抢险人员穿戴水上救生物品，体能消耗加快，工作效率下降，抢险设备性能也受到影响，维护难度增加。

3 高效封堵的关键技术

堤防决口封堵技术与当时科技水平和应急能力建设密切相关，一直处于进步发展中^[11-13]。实际采用的封堵技术应根据现场道路、水域、料源、水文、场地等条件和封堵时机，考虑专业队伍能力、技术、装备等因素选择确定。中国安能在团洲垸堤防决口封堵中，根据实际大胆创新，在确定“石碴戗堤沿原堤线立即封堵”方案后，又创新采用“机械化双向立堵+船舶水上抛投”水陆并进封堵战法、船舶集群抛投技术、多料掺混抛投工艺、水陆空立体侦测技术、戗堤复合防渗闭气技术等系列关键技术并成功实践应用，为安全、科学、高效完成决口封堵任务打下了坚实的技术基础。

3.1 水陆并进封堵战法

考虑决口封堵方量大、时间紧、强度高等特点，按照预定时间每小时需抛投料石1 200 m³左右，单纯采用自卸车从决口两侧岸坡抛投，每小时最高抛投强度约800 m³，难以满足强度需要。

基于决口两岸及水域、周边水陆交通、运输设备配备等条件，首次提出采用水上抛投、水陆并进的方式。水上由1 000 t平板船运输块石料，反铲上船进行定点抛投，并辅助采用6 000 t的仓式砂船运输砂砾料，直接用船上皮带机卸料抛投；陆上由35 t、50 t等自卸车从左右两岸沿裹头向决口深处抛填，充分利用水面和陆地的空间，实现多个工作面作业，形成合力，创新形成“机械化双向立堵+船舶水上抛投”的水陆并进封堵战法，平堵和立堵结合，大大提高封堵效率。此方法是特大决口封堵战法的一次创新和成功检验。水陆并进抛填进占见图8。

图8 水陆并进抛填进占图

3.2 船舶集群抛投技术

决口封堵中船舶水上抛投受决口水流方向、流速及口门动态缩窄等影响，需要动态对抛投位置和船舶布置进行调整。

抛投位置控制主要采取定位技术，利用GPS等设备实现船舶精准定位，确保抛投物料能够准确到达指定位置。物料抛投入水后受水流冲击会出现位移，当湖内水位高于湖外水位时，抛投点对比原堤轴线向湖内侧偏移1.5～3.0 m；反之，抛投点对比原堤轴线向湖外侧偏移1.5～3.0 m，才能确保抛投物料沉底在轴线位置，提高抛投效果。

船舶动态布置主要是根据口门宽度、抛填效果等因素进行动态调整。前期口门较宽时，安排4艘船舶一字排开抛投物料，靠近左右岸2艘船舶抛投点尽可能靠近陆上抛填点，以加大同一点的抛填强度，减少物料流失，加快进占速度，见图8。随着口门宽度缩窄，布置1～3艘船舶进行抛投，直至龙口宽度为30 m以下。

3.3 多料掺混抛填技术

洞庭湖区砂石料来源较为丰富，且皮带机卸料速度快、位置准，适宜作为抛填物料。然而，若仅采用砂石料抛填戗堤，由于其内摩擦角小等物理特性，会导致戗堤断面大，且在顶部受到重载冲击时易发生坍塌风险。为加快戗堤进占速度，现场研究决定采用砂石料与石碴料混合抛投技术。将砂石料的卸料点布置在戗堤堤头端部水域，同时在另一侧安排船只抛投块石，从而形成在两侧岸抛块石与中间皮带机抛投砂石料的连续掺混。这一措施不仅解决了抛投不均匀的问题，还大幅加快了抛投速度，并有效避免了砂砾石料的局部集中。

3.4 水陆空立体侦测技术

作为应急救援国家队、专业队，中国安能充分发挥先进技术装备优势，针对水流湍急、水下地形不明、夜间、大风等复杂环境情况，水上采用多波束无人船测量船、测绘艇、水下机器人，陆地采用三维激光扫描仪、全站仪、RTK（实时动态差分定位）、手持式测速仪，空天采用卫星定位、机载激光雷达、正射影像及视频监控系统等，形成了水陆空立体侦测监控体系，实现了各参数实时数字化。特别是利用多波束无人船测量船、测绘艇等侦测设备，全程测量水下地形动态变化的数据，形成了水下三维地形图。通过立体侦测数据融合处理，形成数字高程模型（DEM）。及时精准的水下地形数据，保障了制定细化封堵方案、评估物料水上抛填效果、引导物料精准投放等抢险需求，大幅提高了抢险效果。

3.5 戗堤复合防渗闭气技术

戗堤合龙并加高加固后，洞庭湖水位涨落动态变化和垸内抽排水导致内外水位差由负差到正差。为适应这一复杂变化，创新采用戗堤两侧坡面复合防渗防浪体系设计。具体做法是先在垸内侧采用“抛填反滤料→铺设复合土工膜→抛黏土编织袋”进行防渗闭气，后在湖区侧采用“抛填反滤料→抛填黏土料→铺设水泥毯”进行防渗闭气。

湖区侧与垸内侧受风浪影响，防渗黏土表面局部脱坡。过程中采用了铺填砂砾石、船体阻挡和挂枕等消浪措施，但总体效果不是很理想。最终创新采用在防渗黏土表面铺设水泥毯。水泥毯是一种新型的固化土工材料产品，由水泥、编织布和涤纶布等材料加工而成，既可固化边坡防冲功能，又有良好的抗渗性能，起到了防浪和防渗的双重效果。

4 高效封堵的实施过程

获悉洞庭湖团洲垸堤防发生特大决口后，中国安能立即启动重大灾害应急响应机制，按照应急管理部、国务院国有资产监督管理委员会的工作部署，第一时间调集专业力量机动驰援灾区，紧急从长沙、武汉、合肥、南宁等工程救援基地抽组抢险队伍，分2个批次共投入专业人员350余名、主战装备98余台，承担了决口封堵的方案编制、组织指挥、灾情侦测等核心任务。从7月6日2时开始抢筑裹头保护，当日15时开始堤头进占，至7月8日22时33分，实现戗堤封堵合龙；之后立即开展加高加固和防渗闭气作业，至7月13日全面完成防渗闭气。抢险累计完成石料抛投8.3万m³、反滤料4.2万m³、黏土料4.9万m³，铺设复合土工膜1.5万m²、水泥毯0.6万m²，充分彰显了工程救援国家队、专业队的担当。

4.1 准备工作

（1）封堵准备。为满足自卸车双向通行要求，利用反铲1台、推土机1台对堤顶道路进行修整拓宽，对损毁塌陷部位进行挖出换填。堤防沿线每隔200～400 m的关键位置布设岗哨，指挥交通，禁止无关人员进入，确保道路顺畅。同时布置冲锋舟、动力舟桥、打桩船，搭设临时码头，前期主要负责救援人员交通和后勤保障，后期还用于复合土工膜铺设。

（2）裹头抢护。进入决口抢险现场后，第一任务是抢筑裹头，裹头采用自卸车卸料、推土机推料，由于抢筑裹头和内外水位差减少，决口宽度最终稳定在226 m。回车平台布置在裹头之后的湖区侧，在原堤顶面向外填筑拓展，长约35 m、宽约10 m，满足了机械化双向立堵块石运输车辆调头的需要。

4.2 戗堤进占合龙

（1）戗堤进占。从左右岸堤头开始抛填，按照自卸车卸料、推土机快速推平的方式推进，形成高于水面1 m、宽约7～9 m的戗堤，按设计轴线双向进占。由于团洲垸一线堤防顶宽8 m（堤顶混凝土路面宽度5 m），通行条件较好，自卸车主要是35 t、50 t两种车型，两侧堤头各布置2台推土机、1台反铲。

（2）水上抛投。水上抛投主要采用1 000 t的平板船运输块石料，反铲上船进行定点抛投；辅助采用6 000 t的仓式砂船运输砂砾料，直接用船上皮带机卸料抛投。为提高水上抛投强度，船舶采用了纵向沿决口轴线布置，最多时有4艘船同时进行抛投作业。水上抛投完成了戗堤总量的35%，助力戗堤快速合龙。

（3）突击合龙。龙口还余30 m左右时，水上抛投已经无法作业。此阶段采取单一的机械化双向立堵作业方式，为加快合龙进度，此时戗堤顶宽控制在7 m以内。决口还有约5 m时，分别在两侧堤头备足块石料，最后两侧推土机突击把块石料推进龙口。

（4）加高培厚。合龙后，测量确定填筑边线，向湖区侧拓宽至填筑边线；然后进行填筑加高，达到原堤顶高程。水下部分采用自卸车向外卸料和反铲抛填，水上部分由自卸车卸块石料至拓宽平台边线，挖机配合人工修整，形成原堤高程的复堤平台。

4.3 防渗闭气

垸内侧临时防渗体系先施工，按“抛填反滤料→铺设复合土工膜→抛投黏土砂袋”顺序作业。反滤料采用运输船的带式输送机和长臂反铲联合抛填，水上部分采用反铲修坡。复合土工膜铺设采用长臂反铲或动力舟桥开展，方法是先在堤顶用砂袋压边，复合土工膜下端捆绑钢管并加砂袋配重，用绳索捆绑并由长臂反铲送至坡脚向外延伸5 m的位置，两幅复合土工膜之间搭接0.8～1 m。考虑到土工膜在铺筑过程中可能存在搭接不严、破裂、铺筑不到位的情况，在复合土工膜外侧铺填薄层黏土，以起到防渗，堵塞较大的漏水通道，为封堵戗堤湖区侧防渗闭气施工创造有利条件。

垸内侧防渗体系形成后，再进行湖区侧防渗体系施工，按“抛填反滤料→抛填黏土料→铺设水泥毯”顺序作业。反滤料采用运输船的带式输送机和长臂反铲联合抛填，水上部分采用反铲修坡。黏土料由船舶水上运输，采用液压抓斗和抛填长臂反铲联合抛填，水上部分采用反铲修坡并拍压。湖区侧受风浪和行船影响，浪高0.5～0.6 m，导致黏土料局部脱坡。创新在黏土表面铺设水泥毯，既能防浪，还能防渗，效果显著。

5 结　语

洪涝灾害是我国发生最多的自然灾害，堤防决口是洪涝灾害中损失最重、危害最大、风险最高、处置最难的险种之一，迅速采取应急措施实现高效封堵决口，是防汛抢险的第一任务。湖南华容县洞庭湖团洲垸一线堤防发生决口的口门宽度226 m、平均水深10 m的特大堤防决口，由于封堵的工程量大、技术复杂、料源距远、时间紧迫、力量多元及气候炎热等因素，存在封堵合龙难、方案决策难、物料运输难、保障组织难、指挥协同难、风险控制难等特点。

本文系统总结了针对洞庭湖团洲院堤防特大决口高效封堵所采取的关键技术和技术创新，主要包括：①研究制定“石碴戗堤沿原堤线立即封堵”方案，为实现高效封堵确立了坚实基础；②采用堤防决口一次成型封堵技术，实现了决口封堵与汛后复堤的有机统一，工程效果好；③创新“机械化双向立堵+船舶水上抛投”战法、多料掺混抛填技术，加快了戗堤封堵合龙进程，是提前完成任务的关键性技术措施；④创新戗堤两侧坡面复合防渗防浪体系设计，解决了湖区与垸内水位差复杂变化条件下戗堤防渗闭气难题；⑤创新集成采用水陆空立体侦测技术，为制定方案、实时指挥和水上抛投作业等提供了比较全面的信息数据。这些关键技术及技术创新的成功实践应用，为安全、科学、高效完成决口封堵任务打下了坚实的技术基础，可以为类似决口险情处置提供参考。

参考文献

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