錦屏一級水電站運行期導流洞快速檢修

金 大 鑫

(中國水利水電第七局工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

錦屏一級水電站左岸導流洞洞身段全長為1 214.359 m，洞 身 進、出 口 底 板 高 程 分 別 為1 638.5 m和1 634 m，城門洞型斷面，其尺寸為15 m×19 m(寬×高)，有壓過流，全斷面襯砌。該導流洞于2005年年初開始進行開挖施工，同年10月下旬～12月中旬分別在K0+426～K0+550段邊墻及頂拱位置發生了多次持續性塌方，其中以12月15日K0+430～K0+550段發生的塌方規模最大: 前期上下兩段塌方穴連為一體并向上延展, 塌方穴最高處距導流洞底板42 m, 塌方總規模達到了5萬m3。后經采用雙層鋼拱架“戴帽”混凝土臨時支護，應力錨索、錨筋樁、固結灌漿永久支護的方案完成了處理工作，該導流洞于2006年12月正式過流。隨著連續3年的滿負荷運行，尤其是2009年汛期，由于雅礱江流量首次達到10年一遇洪水標準，造成左岸導流洞滿流出流，且原布置在導流洞塌方段的監測儀器出現了監測不到任何信號的情況。

對此，業主十分擔憂導流洞混凝土的沖刷受損及整體運行安全情況，決定利用2009～2010年枯水期對該導流洞進行全面地檢查維修。在導流洞檢修閘門無法使用的情況下，通過填筑土石圍堰進行擋水，快速保質地完成了檢查修復工作，為該導流洞在接下來汛期的安全運行提供了有力保證。

2 檢修期臨時導流方案

檢修原則為：檢修期間由右岸導流洞單獨過流，左導洞內需保證干燥、無水。因此，必須保證左岸導流洞進、出口設置的擋水建筑物安全、可靠。

2.1 進口段擋水方案分析

在該進口處設計了兩個擋水方案：(1)利用進口閘室安裝的閘門擋水；(2)使用土石圍堰擋水。后經現場勘查、對比分析后發現：方案一可以較好地解決右導單洞過流導致左導洞口水流流速快、沖刷大的問題且防滲效果較好。但是，由于此次檢修本屬于突發性事件，進口閘室閘門和啟閉機尚未運輸至現場且因其安裝工期較長，不能滿足工期要求。另外，考慮到導流洞進口閘門槽經3年運行后，可能由于變形導致水下安裝困難。而方案二雖因左導進口的水流流速較快，臨時土石圍堰布置施工困難，且上游土石圍堰的防滲處理較為棘手，但由于土石圍堰施工簡單、工期較短，留給檢修的時間非常充分。

最終決定左導進口采用方案二之土石圍堰實施擋水，左導出口圍堰亦使用同樣的土石圍堰。

2.2 進口段擋水圍堰施工

進口圍堰按10年一遇枯水期流量(978 m3/s)進行設計,選用粘土心墻防滲。堰頂寬6 m，堰頂長約85 m，最大堰高約13.5 m，上游坡比為1∶2，下游坡比為1∶2，迎水面采用塊石護坡(圖1)。

由于施工受當地粘土料本身粘性較差等因素影響，同時，為了進一步保證防滲體效果，進口圍堰形成后，根據實際情況又在進口閘室下游混凝土底板上設計了第二道防滲體：由雙層粘土袋構成，內敷設土工膜，粘土袋心墻前后用石渣進行回填和壓坡(圖2)。

圖1 左導進口土石圍堰結構圖(1∶50)

圖2 左導進口閘室粘土袋心墻結構圖

3 導流洞抽排水施工

導流洞排水包括截流合攏后的初期集中排水和后期經常性排水兩大部分。其中后期經常性排水主要排除圍堰及基礎滲水和施工廢水。

洞內設置兩處排水泵站。第一處泵站設置在上游進口土石圍堰與閘室粘土心墻之間，主要負責排除圍堰滲水。采取強排措施，布置4臺250S(XD)65A型臥式離心式水泵(備用1臺)，每臺功率132 kW，排水能力為560 m3/h×臺。

第二處泵站布置在左導下游圍堰背水面，集水坑使用粘土袋砌成，負責排出原洞內的積水、圍堰及基礎滲水、施工廢水等。在初期集中排水階段共布置了2臺250S(XD)65A型臥式離心式水泵、3臺250S(XD)39型臥式離心式水泵、3臺QW-400-48-90潛水泵，高峰排水能力為4 690 m3/h；后期經常性排水期時配置了4臺QW-400-48-90型離心式水泵(備用1臺)用于完成排水任務。

另外，在導流洞上下游洞軸線上使用粘土袋布置了一條寬80 cm、高40 cm的排水溝，以便將洞內的滲水及施工廢水排至下游泵站。

4 現場檢查及存在的問題

2010年1月29日，導流洞底板淤積清理基本完成。業主組織設計、監理及施工單位對現場進行了四方檢查。檢查結果表明：(1)左岸導流洞塌方段(K0+426～K0+550)整體結構完好，特別是洞頂未受到明顯破壞，僅有原明敷的監測電纜線被完全沖斷。(2)導流洞洞內底板及邊墻混凝土均出現了不同程度的磨損，部分較為嚴重(圖3、4)。缺陷類型主要為：

①水流沖刷形成的溝槽。

②局部鋼筋出露(圖5、6)。

③沖蝕坑(圖7)。

整體來看：導流洞洞內底板、兩側貼腳以及邊墻部分范圍(底板以上3 m左右)混凝土沖蝕較為嚴重。其中底板C40硅粉混凝土表面順水流方向有明顯被推移質磨損的擦痕，一般細骨料出露，局部溝槽和沖刷嚴重部位粗骨料被磨成光滑表面且部分結構鋼筋出露。兩側貼角與底板交界處易形成連續的、寬度約為10 cm的沖槽，其余部位形成局部沖槽。

圖3 導流洞左側貼角與底板交界處形成的連續性沖槽

圖4 導流洞底板局部沖槽

圖5 導流洞底板結構鋼筋出露

5 缺陷修補施工

5.1 缺陷修補原則

通過對左岸導流洞進行目測檢查發現，導流洞整體基本完好，但局部沖刷嚴重。為了防止其進一步遭到水流破壞，必須對局部形成的沖槽、沖坑進行修復。考慮到施工工期較為緊張，故將缺陷主要分為三類：沖蝕坑(槽)按深度小于或等于3 cm、3～5 cm、5 cm以上分類，重點對3 cm以上的缺陷進行修補；而對于小于3 cm的坑(槽)僅進行打磨處理。另外，對于有鋼筋外露的部位必須進行修補處理。

圖6 導流洞邊墻結構鋼筋出露

圖7 導流洞底板沖蝕坑

5.2 修補材料的準備

缺陷修補用砂漿及混凝土遵循“現場拌制，隨拌隨用”的原則，使用2臺JZC系列混凝土攪拌機，滿足兩種不同用途混凝土的拌制，其中一臺滿足C50一級配聚丙烯纖維粉煤灰硅粉混凝土拌和，一臺滿足M60硅粉砂漿拌和。每臺拌和機產量為6 m3/h。

水泥：嘉華P·MH42.5；

骨料：印把子溝砂石系統生產；砂為中砂，細度模數為2.8；

外加劑：使用云南宣威Ⅰ級粉煤灰(摻量15%)、成都彩訊硅粉(摻量10%)、云南昆明生威SW紅星膨脹劑(外摻8%)、北京冶建JG-2H羥酸類液體減水劑(摻量0.8%)、深圳維克耐工程材料有限公司生產的PVA纖維。

表1 修補采用的混凝土、砂漿施工配合比參數表

5.3 對沖刷破壞采取的處理措施

5.3.1 外露鋼筋的處理

對于外露鋼筋的處理分為兩種類型，其中外露鋼筋為結構鋼筋時，需要將在鋼筋外露范圍內的混凝土全部摳除，使鋼筋整體外露，再對外露部分鋼筋進行沖洗和鋼絲刷除銹，最大限度地保證回填混凝土和鋼筋結合緊密。

對外露為非結構的鋼筋，使用砂輪機沿混凝土表面將鋼筋頭切除，切除前先用砧子將鋼筋頭附近混凝土鑿除0.5～1 cm，并用砂輪機研磨至混凝土面以下2～3 mm，清洗干凈后，刮M60硅粉砂漿抹平。

5.3.2 對于深度大于3 cm坑槽的處理

對于深度大于3 cm的沖刷破壞坑槽，先用電動切割機對修補范圍進行成型的切割，再用風鎬進行鑿除，避免由于人工鑿除出現新老混凝土結合不規則、結合不緊密的情況，然后用風水槍對破壞鑿除范圍進行沖洗，徹底清除基面上已損壞、松動和膠結不良的表面混凝土、油污及雜物。

對邊墻等較為干燥的處理部位，修補前應進行浸水濕潤，以提高混凝土的結合能力。修補區存在滲水時，修補前必須先行堵漏或改流并清除積水。

對于底板區域內的缺陷修補邊緣應鑿成齒槽狀，邊墻修補區應鑿成楔形狀。

修補時，應首先在基面上均勻涂刷M60凈砂漿，并在砂漿初凝前完成修補材料的覆蓋和鋪筑。其中處理后對于寬度為3～5 cm的坑槽使用M60硅粉砂漿填補，對于寬度5 cm以上的坑槽則使用C50一級配聚丙烯纖維粉煤灰硅粉混凝土。

在鋪筑混凝土或砂漿過程中，應充分振搗并及時進行精細抹面，抹面應進行反復抹壓和拍打。對邊墻修補區的振搗采用人工敲打振搗，對底板修補范圍內的混凝土采用平倉機進行平整振搗。

修補范圍必須與老混凝土連接平順，不應出現突變。

5.3.3 對于深度小于3 cm坑槽的修補

對于深度小于3 cm的坑槽不進行修補處理，僅采用磨光機進行打磨，使其與周邊混凝土平順銜接。處理后的過流表面突體高度≤12 mm，上游坡磨成的坡比緩于1∶10，下游坡磨成的坡比緩于1∶5，側面坡磨成的坡比緩于1∶2。

5.3.4 混凝土修補后的養護

對修補后的混凝土和砂漿應立即對其表面進行噴霧養護，修補混凝土和砂漿終凝后，采用麻袋覆蓋養護，養護時間為28 d。

6 洞內監測電纜的修復施工

原導流洞塌方段明敷的監測電纜直接固定于導流洞頂拱處，無保護裝置，故在導流洞出現滿流的情況下容易被水流沖斷。電纜修復時，采用搭設固定排架作為施工平臺，從靠近儀器端混凝土襯砌出露部位截斷原破損的電纜，重新接線。接頭在規范要求的基礎上加纏了一層生橡膠及兩層止水膠帶，接頭要求達到1 MPa以上的耐水壓力。

另外，為了更好地保護電纜，防止其再次出現被沖斷現象，修復后的電纜外套一根φ25高強PVC管實施保護。管路固定于導流洞頂拱位置，每0.5 m距離設置一個Ω形固定支座，支座采用5 mm厚、5 cm寬鋼條加工面。支座與管路之間、管路接頭之間用螺絲固定，支座與頂拱混凝土之間使用膨脹螺栓固定。

修復后的電纜運行效果良好，至今信號十分穩定。

7 結 語

病險導流洞在運行期間進行較大規模的檢修情況較為少見，通過此次檢修，得出以下結論：

(1)土石圍堰與水泵坑結合擋水、排水以及設立多重擋水圍堰等兩項施工措施在此次導流洞檢修中得到了很好的應用并取得了較好的施工效果和經濟效益，可對今后類似工程處理提供一定的借鑒。

(2)通過此次檢修發現：導流洞水流沖擊對混凝土的破壞主要集中在邊墻及以下部位。總體來說導流洞順水流向左側沖刷較右側嚴重，沖刷嚴重部位主要集中在進口段、兩側貼角與底板交界處、兩澆筑段結構縫等處。這些現象的發現，可為其他導流洞對沖蝕破壞的預防和治理提供一定的數據和依據。

(3)當導流洞缺陷修補施工工期較緊時，對于深度3 cm以下的沖槽僅使用磨光機對其缺陷部位按照水流方向進行局部打磨是一種非常快速、有效的修補手段。

(4)此次施工實踐證明：使用M60砂漿及C50硅粉混凝土作為修補材料，不僅在施工過程中比使用環氧砂漿等材料更為經濟且更加便捷。

作者簡介:

金大鑫(1987-)，男，四川溫江人，助理工程師，學士，從事水電工程施工技術與管理工作.