沁縣漳源水庫輸水洞應急專項除險加固方案探討

楊菊蓮

(沁縣水利局，山西 沁縣 046400)

1 工程概述

漳源水庫位于濁漳河西源干流上，壩址在沁縣漳源鎮北河村南，控制流域面積29.74 km2，總庫容為344.1萬 m3，是一座以防洪為主兼顧灌溉、養殖的小(1)型水庫。

漳源水庫興建于1958年，2011年～2012年進行了除險加固改造，建設內容主要是大壩整修(增設防浪墻、壩頂路面、上下游護坡改造、貼坡排水和排水溝)和溢洪道拓寬襯砌。改造后運用洪水標準為設計30年一遇，校核300年一遇。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和輸水洞三部分組成。

大壩為均質土壩，壩長430 m，最大壩高15 m，壩頂寬4.72 m，上游干砌石護坡，坡度1∶2～1∶2.75;下游草皮護坡，坡度 1∶2～1∶2.75;壩頂設漿砌石防浪墻，墻高 1.0 m。

溢洪道位于大壩右側臺地土基上，改造后總長255 m，堰頂高程 992.0 m，堰頂寬 24 m，最大泄量 223.4 m3/s。

輸水洞位于大壩左端，建在土基上，全長69.1 m，城門洞形，斷面尺寸 1 m×1.5 m(寬×高)，進口底高程 984.5 m，縱坡1/1 000。設計最大泄量4 m3/s。

輸水洞由進水口、進口段、洞身段和出水明渠組成。樁號0－017.1～0+000為進口有壓段，全斷面漿砌石襯砌，厚400 mm，其中樁號0－003.1～0+000段為閘室段，長度3.1 m，設有工作閘門;洞身段樁號0+000～0+047段下半部直墻為漿砌料石襯砌，厚600 mm，上半洞拱涵采用砌磚襯砌，厚30 mm～40 mm;洞身段樁號0+047～0+052段底板為漿砌石襯砌，厚500 mm，邊墻和頂拱采用漿砌料石襯砌。

2 輸水洞滲水問題分析

自建庫以來，輸水洞洞身段始終存在滲漏問題，滲漏主要集中在工作閘門下游的10 m范圍內，且上游進水口平臺曾出現多次塌陷。1998年滲水流量達0.1 m3/s，1999年曾對壩頂滲水部位進行了灌漿，滲水量有所減緩，但滲水現象仍然存在。

2013年3月對水庫進行了蓄水安全專項檢查，現場檢查中發現輸水洞洞身段在距工作閘門下游約3 m和7 m兩處的右側拱底部存在射流現象，滲漏水量在0.2 m3/s，水流無渾濁。此時庫水位高程990.3 m，蓄水量約47.0萬m3。

鑒于滲漏水量較大，且洞出口下游泄水渠漿砌石擋墻底部被水掏空，已嚴重影響輸水洞的安全運行，對水庫安全構成隱患，因此有必要對其進行應急加固。根據現場勘察，結合工程設計、施工和運行資料，分析其滲漏水原因如下:

1)受當時技術和施工條件限制，輸水洞建設標準低，只是采用塊石和磚襯砌，沒有進行洞體防滲，沒有設置防滲齒墻，由于漿砌石、砌磚本身防滲能力很差，當水庫蓄水后，壩體浸潤線抬高，壩體土與襯砌接觸部位含水超過允許值，就會沿縫隙出現滲水。

2)輸水洞上游閘室附近覆蓋土層相對較薄，滲徑短，滲透坡降大，再加上土體與洞身漿砌石接觸部位填筑質量較差，極易產生接觸滲流，經過50多年運行，砌體中砂漿被滲水侵蝕沖刷，形成滲水通道，導致石縫中有較大的射流。

3)水庫水位降低以后，進口處翼墻發現仍有多處小股滲水，說明壩體內含水量很大。據了解，輸水洞上端頂部以上的平臺曾數次發生塌陷，說明輸水洞滲流已將大量覆蓋土層帶走，加之以前處理塌陷時，回填了一定數量的塊石，使土層的孔隙率增加，壩體滲透系數增大。此種現象較為危險，在高水位時運行可能會出現輸水洞坍塌，進而影響大壩安全。

3 應急除險加固方案

土壩壩內輸水洞漏水處理常用的方法就是在內部加套管或者是內襯混凝土，還有就是在涵洞的外面加截水墻包裹加固，以上方法都不能保證安全和效果的話，就要考慮拆除原涵洞、在原位置新建輸水洞或者封堵原涵洞、在適當位置新建輸水洞。無論哪種方法，都要配合輸水洞外充填灌漿加固。加固的方法要根據地質條件、施工條件和涵洞漏水的情況進行相應的調整、組合。

為解決輸水洞漏水，達到根治大壩安全隱患之目的，根據輸水洞的現狀條件、運行情況和存在問題，經技術經濟比較后提出了處理方案:

輸水洞洞身段較長，洞徑較小，考慮施工條件限制，采取內襯鋼管的方法，鋼管與原洞壁之間采用混凝土回填;對輸水洞進口段邊墻重新勾縫，底板混凝土現澆;對涵洞頂拱及洞壁外圍部位進行充填灌漿，增大壩體土的密實度;在閘門下游頂部及左右兩側澆筑塑性混凝土防滲墻，并沿壩坡設置土工膜，解決沿洞壁接觸滲漏問題?？紤]運行管理方便，在管道出洞口后加閥門控制。

改造后輸水洞洞身段由無壓涵洞變為有壓涵管;原工作閘門變為檢修閘門，出口閘閥作為工作閥門;原設計最大泄水流量4.0 m3/s，改造后正常蓄水位下流量為1.13 m3/s，仍能滿足水庫設計運行和下游用水要求。

具體的處理措施和施工工藝為:

1)輸水洞進水口、進口段改造。

樁號0－023.1～0－017.1段為進水口，長 6.0 m，為一方形的進水池，漿砌塊石結構。對進水口漿砌石底板、邊墻鑿毛清洗，現澆C20混凝土，厚150 mm;考慮庫底淤泥影響，對原進水口邊墻頂加高1.5 m，采用C20混凝土現澆，且在庫區迎水面方向留一缺口，尺寸1.0 m×1.5 m(寬× 深)，內置攔污柵。

樁號0－017.1～0+000段為進口段，洞長17.1 m，維持原斷面形式，對洞內邊墻、底板鑿毛清洗，舊縫清除，邊墻重新用M10水泥砂漿勾縫，底板現澆C20混凝土，厚150 mm。

2)輸水洞洞身段改造。

洞身段樁號0+000～0+052，長度52.0 m，由于洞徑較小，全段采用內襯鋼管的方法，鋼管與洞壁之間用C20細石混凝土回填?？紤]輸水洞現狀情況、供水和施工安裝要求，鋼管采用螺旋焊管，規格φ529 mm×10 mm。

先將洞內表面鑿毛清洗，在涵洞直墻壁兩側每隔5 m預埋一套固定鋼管的埋件，用以鋼管定位、固定，防止回填混凝土時鋼管浮動;在洞頂拱及其左右各20 cm范圍內沿洞軸線方向布置三條φ50 mm，長52 m的鋼管，在鋼管管壁上均勻布孔，用于混凝土回填之后的回填灌漿，以加強鋼管與洞頂間的密實度;鋼管在洞外預先進行部分管段焊接，做好管內防腐處理，再送入洞內安裝固定;為施工方便，管道轉彎處設彎頭，法蘭連接，法蘭間設墊片;管道安裝完畢后，采用泵送混凝土入倉回填。

管道安裝、混凝土回填從上游至下游分段進行，先做試驗段，優化施工方法和施工工藝，以保證混凝土回填的密實度?；靥钔瓿珊螅ㄟ^預設的三條管道進行回填灌漿。

3)輸水洞出口段改造。

在洞出口處修建閘房，管道出洞后在閘房內設三通分水，左支接入灌溉渠道，安裝DN200 mm蝶閥控制;右支接入原位置改建后的泄水渠道，設DN500 mm蝶閥控制。

4)輸水洞外充填灌漿。

對輸水洞洞內改造后，再在洞周及洞頂進行充填灌漿加固。由于洞徑較小，從壩面上鉆孔至洞外壁與壩體接觸處進行灌漿。參考以往工程的經驗，按照灌漿孔距排距與半徑最優關系確定，沿平行于輸水洞軸線的方向布置10排鉆孔，在洞進口平臺(洞軸線左右側)適當加密，灌漿范圍樁號0－015～0+014，孔距1.7 m，排距2 m，每排9個～16個孔，梅花形布置，鉆孔深度到達洞頂和洞底以下1 m，以保證灌漿效果。

共布置灌漿孔90個，總進尺1 210 m，最深處位于壩頂，為13.5 m，最淺孔位于壩下游坡最低處鉆孔，為7.8 m。

灌漿采用自下而上分段灌漿法，每段5 m～10 m，每孔復灌3次以上，每次復灌間隔時間不少于5 d，鉆孔孔徑不超過110 mm。注漿管上端孔口灌漿壓力不大于0.05 MPa，漿液采用水泥粘土漿液，水泥用42.5硅酸鹽水泥，水泥用量為干料量的5%～30%。

5)輸水洞外防滲處理。

輸水洞沿洞壁接觸滲漏問題比較嚴重，應進行截滲處理，由于輸水洞深埋于壩下，若在洞壁外側增設截水環防滲，明挖處理費工費時且風險較大，最終確定采用塑性混凝土防滲墻方案。

塑性混凝土防滲墻是利用沖擊鉆以泥漿固壁法造主孔、副孔，然后在泥漿保護下灌注塑性混凝土(混凝土中摻膨潤土)，使之成為一道地下連續墻，達到防滲目的。該方法技術成熟，對地層變化的適應能力強，墻體連續，可靠性高，防滲性能較好。

防滲墻布置在大壩上游坡，閘門下游側的頂部及左右兩側，以輸水洞閘門后中心線對稱，呈八字形。防滲墻厚0.45 m～0.6 m，左右兩側防滲墻的頂部置于輸水洞進口平臺處，墻底坐落在第四系沖洪積土層之上;在輸水洞部位，防滲墻伸入輸水洞回填混凝土中0.2 m～0.3 m。

混凝土防滲墻建成后在頂端導向槽內澆筑二期混凝土，將復合土工膜埋入與混凝土防滲墻連接，土工膜沿壩坡鋪設，上端埋入混凝土防浪墻，由此形成完整的防滲體。復合土工膜上回填0.3 m厚砂礫料、0.15 m厚碎石、0.3 m厚干砌塊石作為保護層。

4 結語

經過對輸水洞采用內襯鋼管改造、洞外充填灌漿和塑性混凝土墻防滲處理，輸水洞止漏效果明顯，隱患消除。目前應急工程已完工，使得水庫效益能夠正常發揮，也為小型水庫輸水洞改造提供了可借鑒的經驗。

［1］山西省水利廳.全省水庫應急專項除險加固工作實施方案［Z］.2013.

［2］長治市水利勘測設計研究院.沁縣漳源水庫除險加固工程初步設計［Z］.2011.