彭水水電站導流洞永久堵頭混凝土施工技術研究

向景山

（中國水電八局 長沙市 410007）

1 工程概述

烏江彭水水電站1#、2#導流洞均位于大壩左岸，是彭水水電站主體工程施工期唯一的導流建筑物，1#導流洞長1308m，2#導流洞長1189m，洞室底板高程EL208，洞頂高程EL224.6，洞室斷面底寬10.65m，最寬處14.6m，頂部為半徑7.3m的半圓拱。1#導流洞永久堵頭位于導流洞樁號 0+235.1～0+ 275.1，2#導流洞永久堵頭位于導流洞樁號0+242～0+282，2個導流洞永久堵頭長度均為40m（附圖）。永久堵頭主要工程量見附表。2個導流洞之間設連通洞，位于2個導流洞永久堵頭下游。

導流洞永久堵頭EL215.5～EL219設灌漿廊道，寬3m，高3.5m，頂部為120°圓弧拱，灌漿廊道長34m，1#導流洞永久堵頭灌漿廊道位于0+241.1～0+275.1，2#導流洞永久堵頭灌漿廊道位于0+248～0+282（附圖）。

2 施工形勢

附圖 1#（2#）導流洞永久堵頭混凝土結構圖及導流洞永久堵頭混凝土剖面圖

附表 導流洞永久堵頭工程量表

烏江彭水水電站主體工程于2004年開工建設，導流洞是唯一的導流建筑物。2008年1月12日，導流洞上游進水閘下閘，彭水水電站開始蓄水、發電，導流洞永久堵頭施工準備隨之開始。根據以往工程施工經驗，導流洞永久堵頭施工難度不大。但本工程導流洞下閘后，當上游水位達到EL275時，2#導流洞閘門下游漸變段0+0～0+ 30范圍內出現大量漏水孔，其中最大1個漏水孔直徑約Φ150，其他10余個漏水孔直徑在Φ50～Φ80之間，經現場檢測，滲水總流量約1.3m3/s，除2#導流洞受影響外，滲水還通過連通洞流到了1#導流洞，導致永久堵頭施工難度陡增，如滲水問題解決不了，永久堵頭混凝土施工無法進行。

根據總進度計劃安排，彭水水電站水庫將于2008年12月蓄至EL293，考慮導流洞進水閘門安全問題，永久堵頭混凝土必須在2008年11月底前施工完畢。工期原本比較寬松，但出現滲水問題后，工期驟然顯得異常緊張。

3 施工對策

針對出現的洞頂漏水情況，中國水電八局首先考慮的是外堵方案，即采用拋填堵塞物的方法堵住漏水源頭。經查相關資料分析，漏水孔可能是導流洞頂排水孔貫通了大壩左岸F7斷層與巖石裂隙所致，后經現場查看，漏水處上部山體已位于水下，且多為原始山體，地形非常復雜，無法準確定位漏水點，因此，放棄了外堵方案，轉而考慮內排方案，即用足夠多的抽水設備對滲漏水進行強排，在2#導流洞永久堵頭上下游、在1#導流洞下游設混凝土臨時堵頭，確保永久堵頭混凝土能基本在干地上施工。

4 臨時堵頭設計方案

（1）臨時堵頭長度設計。

導流洞永久堵頭施工期間，彭水水電站上游水位為EL278，考慮一定的保險系數，2#導流洞上游臨時堵頭按彭水水電站正常蓄水位EL293設計，即85m高水頭（導流洞底板高程EL208）。下游臨時堵頭按20年一遇瞬時大流量10000m3/s考慮，對應的下游水位約EL235，27m高水頭，臨時堵頭長度設計計算公式如下：

式中 L——堵頭長度（m）；

P——堵頭迎水面承受的總水壓（MN）；

[τ]——容許剪應力（0.2～0.3MPa）；

C——堵頭剪切面周長（m）；

γ——水容重（10kN/m3）；

H——水深（m）；

A——堵頭截面積（m2）。經計算，上游臨時堵頭C=29.8m；H=（293-224.6）～（293～208）=（68.4～85）m，取H=80m；A=207.48m2。其中，C值未考慮頂部半圓拱周長，因此[τ]可取相對大值，經研究，取[τ]=0.26MPa。以上代入得：

考慮保險系數1.2，L=21.42×1.2=25.71m，取L=26m。

同理計算并確定實際取值EL214以下L=8m，EL214以上L=7m。

（2）臨時堵頭布置。

上游臨時堵頭布置主要考慮盡可能選擇受力條件好的洞段，根據現場情況，布置在距永久堵頭上游面約45m處，此處為導流洞轉彎段，且圍巖條件較好，為噴錨支護洞段（圍巖條件差的洞段為鋼筋混凝土襯砌），臨時堵頭承受水壓后產生的滑移應力小，并與導流洞洞周形成擠壓應力，可抵消部分滑移應力，受力條件較好。對下游臨時堵頭布置，因永久堵頭下游基本為直洞段，下游臨時堵頭布置主要考慮布置在洞室圍巖條件較好的洞段，并滿足施工機械設備布置條件，留足永久堵頭齒槽開挖后堆渣場地。根據現場情況，布置在距永久堵頭下游面約200 m處，此處為導流洞噴錨支護洞段，圍巖條件較好，滿足施工布置條件。

（3）混凝土標號設計。

臨時堵頭混凝土標號設計原則上參照永久堵頭混凝土標號，使用C20微膨脹混凝土，考慮到臨時堵頭存在水下施工情況，EL214以下使用C30水下微膨脹混凝土。

5 臨時堵頭施工

（1）混凝土施工方法。

上游臨時堵頭施工時在EL208預埋2根Φ1000排水鋼管，作為施工期排水通道，鋼管下游端設2MPa閘閥，臨時堵頭混凝土澆筑完畢后關閉閘閥。

2個下游臨時堵頭施工時在EL208各預埋1根Φ1000排水鋼管，作為施工期排水通道，鋼管上游游端設1MPa閘閥，烏江恢復過流后關閉閘閥。

2個下游臨時堵頭在EL222預埋1根Φ600通風鋼管，通風管上游端設閘閥，枯水期（10月～次年4月）大壩下游水位一般在EL214以下，通風管閘閥開啟，汛期6～7月大壩下游水位一般為EL220左右，通風管閘閥關閉；汛期其他月份（5月、8～10月）下游水位一般為EL218左右，平時通風管閘閥開啟通風，一旦水情預報洪水將臨即關閉閘閥，洪水退后閘閥重新開啟。

臨時堵頭混凝土按 EL208～EL211～EL214～EL217～EL220～EL223～EL224.6分層澆筑，在澆筑EL208～EL211混凝土時使用潛水泵配合排水。混凝土使用攪拌車運料，混凝土泵送入倉。

轉向失控一般是方向盤出現了問題，打不動或者打完了方向盤，前輪壓根不動，這種情況一般是由于轉向機構有零部件脫落、損壞、卡滯引起的。

（2）施工排水。

烏江恢復過流前，上游滲水通過預埋的鋼管排出，恢復過流后，下游臨時堵頭排水管閘閥關閉，上游滲水采用1260m3/h抽水機抽至導流洞外已有的抽水點，再由抽水點設備抽排至烏江中。

抽水機數量根據來水量確定：1.3m3/s×3600=4680 m3/h，4680÷1260=3.7臺，考慮1.25的保險系數，3.7×1.25= 4.6臺，即設置5臺1260m3/h抽水機抽水，并準備1臺抽水機備用。

6 永久堵頭混凝土施工

（1）混凝土分層及入倉方式。

考慮混凝土溫控要求，永久堵頭混凝土分層按（2～4）m控制，并結合灌漿廊道底板高程，按EL208～EL210～EL213.5～EL215.5～EL219～EL222～EL224.6分層。

對于混凝土入倉方式，水電八局的思路是下部盡可能使用自卸汽車與反鏟挖掘機配合入倉，上部自卸汽車無法入倉時再考慮使用混凝土泵送入倉，這樣混凝土可以少用水泥，減少混凝土水化熱溫升，減少后期通水冷卻壓力，使堵頭混凝土盡快達到灌漿溫度要求，并可節約成本。根據導流洞實際高度，EL219以下混凝土使用自卸汽車與PC200反鏟挖掘機配合入倉，自卸汽車進入倉面前由施工人員用高壓水槍將輪胎沖洗干凈。EL219以上混凝土使用攪拌車運料，混凝土泵送入倉。在澆筑EL215.5～EL219時，由于中間有灌漿廊道，廊道邊墻到導流洞邊墻距離僅6.8m，減去廊道邊墻和導流洞邊墻結構鋼筋保護層厚度，空間寬度只有6.6m左右，PC200反鏟挖掘機在如此狹小的空間里作業十分困難。中國水電八局經與設計單位協商，將灌漿廊道往左側或右側平移1m，以灌漿孔底位置不變的原則調整灌漿孔深度，解決了此問題。

2#導流洞上游雖設置了臨時堵頭，但在永久堵頭施工過程中，2個導流洞上游均仍有少量滲水，八局采取的方法是在永久堵頭上游→下游通倉預埋1根Φ300鋼管，上下游均設1MPa閘閥，平時閘閥開啟，澆筑頂層混凝土、距洞頂還有約1m時，上游閘閥關閉，混凝土澆筑到頂后，對鋼管回填砂漿封閉，下游閘閥關閉。

考慮到混凝土澆筑完畢后會少量收縮，混凝土和鋼管之間會產生滲水通道，須對排水鋼管采取止水措施：在排水鋼管距永久堵頭上游1m、2m、20m、39m處各焊1圈20cm寬、6mm厚鋼板。

臨時堵頭施工完畢后，上游滲水量已減小很多，采用2臺1260m3/h抽水機抽至導流洞外已有的抽水點，再排至烏江中，并準備1臺抽水機備用。

（3）混凝土溫控。

為使堵頭混凝土盡快達到灌漿溫度要求，須在堵頭混凝土施工過程中中預埋冷卻水管，混凝土澆筑完畢后進行通水冷卻。

冷卻水管采用外徑32mm、壁厚2mm的高密度聚乙烯冷卻水管，導熱系數1.66KJ/（m.h℃），在倉內布置成蛇形管圈。導流洞堵頭混凝土澆筑層厚3m以下時，冷卻水管按垂直間距×水平間距=2m×2m布置，距堵頭上、下游面及導流洞周邊1m；澆筑層厚3m時，冷卻水管按垂直間距×水平間距=3m×1.5m布置，距堵頭上、下游面及導流洞周邊1m。冷卻水管引入灌漿廊道內，做到排列有序，避免過于集中引起混凝土局部超冷，并作好標記記錄。引入廊道的管口朝下彎，管口長度不小于15cm，并對管口妥善保護以防止堵塞。

混凝土覆蓋12小時后即開始進行初期通水，6～8月施工的混凝土通（8～10）℃制冷水冷卻，9月施工的混凝土通河水冷卻，水溫與混凝土溫差控制在（20～25）℃。通制冷水時間15天左右，通河水時間一般30天左右。通制冷水流量控制在（18～20）L/min，通河水流量控制在(20～25)L/ min，流向每天變換1次，并保證在管內形成紊流。控制降溫速率≤1℃/d，直至滿足灌漿溫度要求為準。

灌漿施工完畢且確認無需再通水冷卻時，用0.5∶1水泥漿封堵冷卻水管。封堵時先由進漿管進0.5∶1水泥濃漿，同時將回漿管敞開，用以漿趕水方式將冷卻水管殘留水排出管外，直至回漿管的漿液濃度達到0.5∶1，將回漿管扎牢后，繼續灌注直至不吸漿時屏漿結束。

7 實際施工情況

導流洞臨時堵頭于2008年2月開始施工，中國水電八局投入了5臺抽水機為主、3個潛水泵輔助進行抽水，保證了臨時堵頭正常施工，于5月1日將臨時堵頭施工完畢，開始進行永久堵頭齒槽開挖，2008年7月齒槽開挖結束，開始進行永久堵頭混凝土施工，混凝土分層、入倉方式、排水、混凝土溫控完全按以上所述方法執行，總體進行得較為順利，于10月30日將永久堵頭混凝土澆筑完畢，比原計劃（11月底）提前1個月。同時，由于混凝土溫控措施到位，為后續灌漿施工創造了條件，1#、2#導流洞灌漿施工分別于2009年2月10日、2月21日結束，實現2009年3月底前結束導流洞全部施工的目標。