圍巖導(dǎo)流洞的封堵技術(shù)探析

摘 要：導(dǎo)流洞是水庫大壩施工時為引導(dǎo)庫區(qū)來水而在巖石山體內(nèi)開鑿的臨時圍巖洞體。水庫下閘蓄水前需對導(dǎo)流洞進行封堵。由于大壩導(dǎo)流洞斷面較大，在高水頭條件下混凝土堵頭將承受巨大的水壓力。同時，導(dǎo)流洞在封堵時還得考慮庫區(qū)上游來水的影響。這些都需要對導(dǎo)流洞封堵進行精心的設(shè)計規(guī)劃，以保證混凝土堵頭的施工和運行時的安全可靠。本文對佘家河水電站大壩導(dǎo)流洞的設(shè)計和施工過程進行了解析和經(jīng)驗總結(jié)，以供類似大壩導(dǎo)流洞封堵作參考。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)流洞；堵頭設(shè)計；抗滑穩(wěn)定；堵頭施工

引 言

佘家河水電站大壩根據(jù)河谷對稱，形狀為V型的特點，修建拱壩為園弧曲線雙曲拱壩，壩頂高程為435.3m，中間設(shè)開敞式溢洪道，正常水位高程與堰頂溢流面高程相同為429m。導(dǎo)流洞位于大壩右岸巖石山體內(nèi)，洞體截面形心高程379m，寬高各約8m，頂部呈弧形，呈城門洞型。在大壩、引水隧洞及發(fā)電廠房施工完畢，已具備發(fā)電條件后，決定對導(dǎo)流洞進行封堵。由于導(dǎo)流洞水頭高，施工條件差，需邊導(dǎo)流邊封堵。參建各方對導(dǎo)流洞的設(shè)計、施工進行了精心安排，以確保萬無一失。

1 堵頭工作機理

在水下，堵頭要承受深水靜壓力、揚壓力及自重力等多方面受力。另外，還有后期接縫灌漿產(chǎn)生的微脹握裹力。錐形體、鍵槽或錨桿等都能增加堵頭的穩(wěn)定性。現(xiàn)在只將其作為安全儲備，而在計算中只考慮四周平直的等截面洞體情況。堵頭受壓后，其周邊接縫處產(chǎn)生剪力，當(dāng)這種剪力超過堵頭的抗剪力后，將出現(xiàn)塑性變形。變形量過大，則將導(dǎo)致堵頭的失穩(wěn)。

2 堵頭的設(shè)計要點

堵頭的位置應(yīng)根據(jù)圍巖的工程地質(zhì)、水位條件以及導(dǎo)流洞的襯砌情況分析確定。佘家河水電站大壩導(dǎo)流洞是從右岸壩下巖體內(nèi)穿過，壩下防滲線位于封堵體前端1/4處。堵頭長度的確定有以下方法：

2.1 力學(xué)公式

L=Kγ水×Hw×[f′w（γ混凝土-γ水）+c′s×a]-1

式中：L——堵頭設(shè)計長度m；K——安全系數(shù)，（設(shè)計K=3）；γ水——水的容重（1.0×10-2MN/M3）；H——作用水頭m；w——堵頭截面積m2；f′——混凝土與混凝土或混凝土與巖石間的抗剪斷摩擦系數(shù)，取f′=0.7；γ混凝土——混凝土容重（2.4×10-2MN/M3）；c′——堵頭周界粘聚力，取c′=0.5MPa；S——堵頭周長（m）；a——為周界粘結(jié)有效面積系數(shù)，取a=0.9。

2.2 經(jīng)驗公式

L=HD/50

式中：L——堵頭設(shè)計長度m；H——作用水頭m；D——混凝土堵頭的等效直徑（m），D=（4w/π）0.5。

根據(jù)以上公式，將作用水頭50m，堵頭截面積69m2，堵頭周長34m，f′值根據(jù)《房縣白沙河流域一級佘家河水電站工程設(shè)計報告》報審資料，巖體物理力學(xué)性指標(biāo)結(jié)合導(dǎo)流洞地質(zhì)情況，巖石類別主要為IV類圍巖進行取值為0.7。

將以上數(shù)據(jù)代入力學(xué)公式計算得：

L=3×1.0×10-2×50×69×[0.7×69×（2.4×10-2-1.0×10-2）+0.5×34×0.9]-1=6.45m。

代入經(jīng)驗公式計算得：

L=50×8/50=8m

在參考兩種計算的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程條件，施工時為保險起見，最終定為8.5m。

3 堵頭的施工

3.1 施工方案

由于要考慮導(dǎo)流洞的排水，施工時不可能將導(dǎo)流洞一次封死。壩區(qū)平時不下雨時流量較小，經(jīng)設(shè)計，在洞內(nèi)埋設(shè)大直徑導(dǎo)流鋼管（？準(zhǔn)1400mm）。在導(dǎo)流洞進口處用沙袋、編織布、棉絮等進行圍筑截流。導(dǎo)流管埋于截流墻內(nèi)。這樣庫區(qū)來水就由導(dǎo)流管排除壩外了（只有少量滲流不影響施工）。在導(dǎo)流管進口端安裝蝶閥（自制），管身頂部預(yù)留二次混凝土施工孔，并預(yù)埋？準(zhǔn)300mm塑料或鋼管延伸至壩外（須用？準(zhǔn)50鋼管支架固定并有一定角度以便混凝土向下流入導(dǎo)流管內(nèi)）。同時，應(yīng)在堵體混凝土施工前在導(dǎo)流洞四壁分區(qū)埋設(shè)接觸灌漿系統(tǒng)。待導(dǎo)流洞澆筑混凝土封堵完畢，將進口蝶閥關(guān)閉（閥前再用棉絮等塞緊），導(dǎo)流管出口用鋼板焊接封閉，再對導(dǎo)流洞堵頭進行二次混凝土澆筑（由于導(dǎo)流管內(nèi)澆注無法振搗，故混凝土要求塌落度較大，需達到20cm以上，并提高其強度等級，管內(nèi)外交叉焊接鋼筋頭，以起到錨固作用）。最后，通過預(yù)埋的接縫灌漿系統(tǒng)對堵頭周界進行接觸灌漿。

3.2 混凝土澆注溫度控制

由于佘家河水電站的導(dǎo)流洞處水頭較高，水庫水溫較低，大概在10℃左右，（一般，導(dǎo)流洞內(nèi)溫度基本恒定），對堵頭穩(wěn)定溫度影響不大。基礎(chǔ)溫差，可根據(jù)重力壩設(shè)計規(guī)范中推薦的計算公式，依據(jù)混凝土熱學(xué)參數(shù)、澆筑溫度、水管冷卻等計算溫度應(yīng)力，并根據(jù)堵頭混凝土的允許拉應(yīng)力確定基礎(chǔ)溫差。由穩(wěn)定溫度、基礎(chǔ)溫差確定堵頭混凝土施工期最高溫度。

以混凝土允許最高溫度為控制原則制定各種溫控措施。視當(dāng)?shù)貧夂驐l件可采用控制砂石料及水的溫度、減少水泥用量、堵體分段、采用低熱水泥、冷卻水管等溫控措施。為滿足施工要求，堵體混凝土大都采用常態(tài)混凝土泵送澆筑。

混凝土溫升較高，而堵體從開始施工到承擔(dān)高水頭運行時間較短。為盡快進行接縫（或回填）灌漿。在接縫灌漿前堵體溫度必須快速降至穩(wěn)定溫度場方可進行。那么，只有充分依靠冷卻水管方能達到。需注意三個方面的問題：一是使冷卻水溫和混凝土溫度有20～25℃的溫差，以保證冷卻效果；二是保證堵體混凝土溫度下降速度控制在0.5～0.8℃/d，降溫速度太低影響接縫灌漿時間，速度太快容易使混凝土受到冷擊而造成損傷；三是加強監(jiān)測，對冷卻水溫度和混凝土溫度進行實時監(jiān)測，并依據(jù)監(jiān)測成果對冷卻水溫及時調(diào)整。

3.3 堵體止水、灌漿

導(dǎo)流洞封堵還需注意沿周界設(shè)置止水設(shè)施以及灌漿，以防漏水。

（1）止水。高水頭堵體應(yīng)在上游側(cè)設(shè)置止水銅片，必要時還可在銅片止水前設(shè)置1道膨脹止水條。堵體周邊如為基巖，可在堵體施工前沿止水開挖止水基槽設(shè)置止水，混凝土基槽設(shè)置錨桿；周邊如為混凝土襯砌，可在施工襯砌時將止水埋入。堵體下游側(cè)可設(shè)簡易止水兼做接觸灌漿止?jié){片。

（2）回填灌漿。封堵體必須做好回填灌漿，灌漿壓力可適當(dāng)提高，可采用0.6～0.8MPa（常規(guī)0.3～0.4MPa）。如堵體施工前已有襯砌，必須對原襯砌頂部再次進行回填灌漿。范圍為向堵體上下游側(cè)延伸不少于1倍洞徑長度。

（3）接縫灌漿。接縫灌漿是保證堵體與原襯砌或圍巖、堵體分段之間有效傳遞應(yīng)力的必要措施。灌漿需在堵體混凝土溫度基本達到穩(wěn)定溫度場時方可進行。為增強堵體圍壓效應(yīng)，建議適當(dāng)?shù)靥岣吖酀{壓力，如采用1～1.5MPa（常規(guī)為0.3～0.4MPa）。為保證灌漿效果，應(yīng)在堵體混凝土施工前分區(qū)預(yù)埋設(shè)接縫灌漿系統(tǒng)。

3.4 堵體監(jiān)測設(shè)計

堵體監(jiān)測項目為溫度、滲壓、接縫監(jiān)測，儀器布置應(yīng)簡單，應(yīng)考慮滲壓和接縫監(jiān)測儀器也可兼做溫度監(jiān)測儀器。

3.5 堵體與混凝土或基巖面處理

堵體承受的水推力通過接觸面的摩阻傳向周界從而保持穩(wěn)定，因此必須重視對接觸面的處理。如堵體接觸面為基巖，必須清除基巖面松動的塊石，并保證基巖面為干凈的原巖；如對基巖面已進行了混凝土噴護，則需徹底的清除堵體部位的噴護混凝土后方可澆筑堵頭混凝土；如堵體接觸面為混凝土，則需對襯砌混凝土進行徹底的鑿毛處理。建議將襯砌混凝土鑿出小石（一般混凝土鑿毛為無乳皮，微露粗砂），以增強摩阻力。

4 結(jié) 語

堵頭的設(shè)計，既要考慮造價和安全，也要考慮工期。導(dǎo)流洞的堵頭長度考慮過于安全，將使本來短暫的工期變得緊張，也造成一定浪費。因此，在堵頭設(shè)計與施工過程中，把握關(guān)鍵，注重細節(jié)，是保證堵頭安全施工和運行的原則。

參考文獻

[1]施工導(dǎo)流設(shè)計規(guī)范.長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.2006.11.

[2]導(dǎo)流洞封堵設(shè)計探討.湖南省水利水電建立承包總公司.湖南水利水電，2002年05期.

[3]水利水電工程施工技術(shù).中國水利水電出版社.鐘漢華.

[4]導(dǎo)流截流及圍堰工程.大中型水利水電工程技術(shù)叢書，2005.