沐若水電站導流洞汛期下閘封堵施工技術

李傳棟 陳書桂 吳振建

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 工程概況

馬來西亞沐若水電站導流洞布置于大壩左岸壩肩，標準過流斷面為斜墻平底馬蹄型，尺寸為8.0m× 15.9m（寬×高），過流面積約137m2。導流隧洞全斷面鋼筋混凝土襯砌，進口高程為EL.418.0m，出口高程為EL.394.72m，隧道總長810.455m，底板縱向坡度為2.8725%。導流隧洞典型斷面如圖1。

導流洞封堵施工分為臨時堵頭及永久堵頭施工。臨時堵頭長18m，樁號為0+422.00m～0+440.00 m；永久堵頭長36m，樁號為0+440.00m～0+476m。導流洞混凝土封堵主要包括原襯砌混凝土鑿毛，臨時堵頭混凝土澆筑、回填灌漿，永久堵頭混凝土澆筑、回填灌漿、固結灌漿及接觸灌漿等施工項目。導流洞總體計劃工期228天。

2 汛期下閘風險及應對措施

圖1 導流洞典型斷面

沐若河流域屬熱帶季風氣候，洪水主要由降雨匯流形成，降雨期間沐若河洪水流量增加很快，隨著雨后徑流的減少沐若河洪水流量也迅速消減。從水文資料月平均流量計算成果來看，7～8月流量較小為172m3/s，其他月份變化不大，變幅在（217～326）m3/s之間，沐若河枯水期很短，洪枯流量差別不大。沐若水電站壩址處各月平均流量如表1，降雨氣候數據見表2。

表1 沐若水電站壩址月平均流量成果m3/s

表2 流域降雨特征值

受移民工作影響，導流洞于2013年9月21日下閘，正值馬來西亞雨季來臨。如表1、表2所示，9月開始，降雨增多，下閘后，水庫水位上升速度較快。由于封堵閘門及臨時堵頭擋水水頭為90m，最高擋水水位EL.518m。而導流洞上游地質條件較差，閘門與臨時堵頭間的洞體存在被高水頭擊穿的風險。

為了降低工程風險，需合理組織施工，盡早完成臨時堵頭的封堵，主要采取的措施為：

（1）減少臨時堵頭混凝土分倉，臨時堵頭只分兩層進行澆筑。

（2）大量使用大型翻轉模板進行施工，上游面采用3m×3.1m翻轉模板，并在洞外進行整體拼裝，堵頭下游端部采用3m×3.1m翻轉模板，局部采用小鋼模板及木模進行補縫。

3 施工布置

3.1 施工水、電及供風系統

施工用電通過高壓電纜從左岸EL.550m發電廠引高壓電（10kV）至變壓器上，變壓器低壓側各安裝1臺低壓配電屏。洞內施工用電設為300kW（含鉆機用電、澆筑用電等，基本不同時施工）。施工照明電源采取架空安裝，近距離照明（如灌漿廊道等）采用安全電壓（即36V以下）供電。

施工用水利用大壩下游已布置的鋼管，用Φ88.9 mm×3.18mm的鋼管或DN90的HDPE管接至工作面附近，供水量約為40m3/h；冷水機組用水考慮15 m3/h(以10組冷卻水管同時通水考慮)，采用DN32的HDPE管將右岸山體滲水引至循環水箱。冷水機組設計制冷容量為100m3/h。

現場供風采用1臺20m3柴油空壓機。空壓機布置在施工面下游，通過供風總管輸送至施工作業面附件，總管末端設置風包以方便施工使用。在導流洞出口布置一臺軸流風機，接風筒到混凝土澆筑部位進行排風，及時排除倉面空氣污染，保證工作面空氣流通。

3.2 施工道路布置

根據施工地形，從下游圍堰修筑施工道路至導流洞出口，道路水面以上部分在下閘之前形成，下閘后，明渠積水抽排與道路水下塊石填筑同步進行，并將道路一直填筑至導流洞挑流坎上游處，總體坡度不大于1∶1控制，外側石渣回填邊坡按1∶1.5控制，局部位置視現場情況布置鋼筋籠或大塊石。

3.3 導流洞排水

3.3.1 導流洞初期排水

初期排水采用3臺KQW200/285-37/4水泵，2臺同時工作，則排水總量約為692m3/h，每天連續工作20h，排水量為13500m3/天。根據導流洞出口結構，出口處底板高程為EL.394.72m，下游挑流坎頂部高程為EL.397m，導流洞出口明渠積水須降至EL.397m以下。導流洞積水初期初期排水總量為：70×120×4= 33600m3，用時為2.5天（不考慮上下游滲透量）。

3.3.2 導流洞堵頭施工期排水

在導流洞內道路形成后，距臨時混凝土堵頭上游面以上6m處布置洞內圍堰，由于導流洞底板坡度為2.8725%，堵頭下游不需布置圍堰。上游洞內圍堰采用速凝混凝土，圍堰斷面呈梯形，頂寬0.6m，底寬度1.2m，高1.5m。圍堰中心線處埋設1根Φ720mm×6.5mm排水鋼管，引至堵頭下游。堵頭段下游采用自流式排水，同時在導流洞出口處挑流坎左側開鑿一條約1m寬的排水溝，將滲水及邊坡匯集雨水排至挑流坎下游。

排水管連接采用法蘭連接，排水鋼管在永久堵頭靠上游處設置蝶閥、蝶閥井。待永久堵頭混凝土施工完成后，關閉蝶閥，采用水泥砂漿將排水鋼管回填密實，最后用C20泵送混凝土回填蝶閥井。

4 施工組織

為保證導流洞封堵施工的順利進行，防范閘門與臨時堵頭間的洞體存在被高水頭擊穿的風險，對導流洞的施工進行嚴密的組織。下閘前完成下游圍堰外圍水面以上道路及洞外供水、供電線路；下閘完成后，快速完成初期排水設備安裝，對導流洞明渠超高積水和洞內積水進行抽排，同時填筑至導流洞洞內的道路；加快導流洞臨時堵頭混凝土的施工，同時增加臨時堵頭拱頂回填灌漿，為永久堵頭施工創造條件。

導流洞堵頭施工的基本程序為：臨時堵頭底板和側墻鑿毛→臨時堵頭混凝土施工→臨時堵頭回填灌漿→永久堵頭原襯砌混凝土鑿毛→永久堵頭混凝土施工→永久堵頭頂拱回填灌漿→永久堵頭段固結灌漿→永久堵頭混凝土溫度穩定后進行接觸灌漿→根據堵頭監測資料，確定堵頭是否進行二次接觸灌漿。

5 混凝土施工

5.1 施工準備

永久堵頭底板和邊墻須進行表面鑿毛10cm處理。并用高壓水槍進行毛面清洗，對局部毛面不能滿足要求的，再進行人工鑿毛。臨時堵頭與永久堵頭之間的結構縫不做處理。

永久堵頭在上下游各布置了一圈紫銅止水片，中間位置邊墻和頂拱范圍布置了一條塑料止水片，堵頭混凝土與圍巖間的測縫計，混凝土內部的溫度計以及回填、灌漿管路等等。埋設時先在設計位置將預埋件埋設固定好，然后再進行常態混凝土澆筑施工，在混凝土施工時，認真做好防護工作，以防預埋件的位移和失效，發現失效，及時采取補埋法或其它措施。

為加快臨時堵頭施工進度，臨時堵頭上游面采用3m×3.1m翻轉模板，并在洞外進行整體拼裝，堵頭下游端部采用3m×3.1m翻轉模板，局部采用小鋼模板及木模進行補縫。模板固定采用內拉內撐的施工方法，拉筋采用R16鋼筋，間距不大于75cm× 70cm。灌漿廊道采用定型鋼拱架加承重排架支撐，頂拱采用P1515或P1015小鋼模拼裝。

5.2 混凝土澆筑

5.2.1 混凝土分層及澆筑強度分析

臨時堵頭長18m，采用C20W12微膨脹混凝土；永久堵頭總長為36m，采用普通C20W12混凝土。臨時堵頭分兩層進行澆筑。永久堵頭分兩段四層進行澆筑。澆筑間歇時間不小于72h（不小于3天）。單倉混凝土最大澆筑量為1257m3，要求最小澆筑強度大于21.2m3/h（按胚層厚度50cm，最大層間間隔4h控制）,單臺HBT60混凝土拖泵的入倉強度為（44～72）m3/h（實際效率約為35m3/h）。施工時在堵頭下游面布置兩臺HBT60拖泵。混凝土澆筑分層如圖2。

圖2 導流洞混凝土澆筑分層圖

5.2.2 混凝土澆筑

混凝土由混凝土攪拌車運輸至施工部位后，經HBT60泵輸送至倉面內，采用平鋪法進行澆筑，控制單層胚層厚度（30～50）cm，控制最大層間間隔為4h。為了保證混凝土施工質量，防止混凝土骨料分離，混凝土下料點距離混凝土澆筑面高度不得大于2m。混凝土澆筑前，混凝土施工縫面先攤鋪一層（1.5～2）cm厚水泥砂漿。混凝土主要采用Φ100高頻插入式振搗器振搗，模板、埋管及埋件周圍采用Φ50電動軟軸插入式振搗器振搗，以防止模板、埋管及埋件移位，振搗過程避免振搗設備與模板、埋管及埋件碰撞；混凝土澆筑完畢初凝后及時進行養護。

6 混凝土冷卻

6.1 冷卻水管管路埋設

為防止混凝裂縫發生，同時盡快使混凝土內部溫度降至接觸灌漿允許溫度（25°C），永久堵頭混凝土澆筑前在倉面埋設間距為1.5m×1.5m（垂直×水平）冷卻水管。Y1段冷卻水管進水口及出水口均引至灌漿廊道，Y2段采取在上層混凝土預埋的方式引出堵頭下游面，所有冷卻水管引出管均做好分組識別標志，注明埋設高程和開始通水時間等。待降至灌漿溫度后，停止通水，對冷卻水管進行回填灌漿。

6.2 混凝土生產、運輸溫度控制

根據沐若拌和系統設計能力，為使混凝土早日達到接觸灌漿的穩定溫度，使永久堵頭盡早具備擋水條件，將混凝土出機口溫度控制為19℃，控制澆筑溫度不超過22℃。混凝土運輸均采用混凝土攪拌車運輸，避免混凝土運輸過程受太陽直曬而使溫度提高。

6.3 通水冷卻

堵頭溫度需穩定在25℃以后，才能進行接觸灌漿。由于導流洞施工正值雨季，工期期緊迫，為最大程度降低風險、盡量提前完成堵頭施工，永久堵頭按一次冷卻到接觸灌漿允許溫度進行通水冷卻，通水水量25L/min，通水時間30天，并根據實際情況進行調整。

前期冷卻通河水，后期采用（10～12）℃的制冷水，通水流量控制在25L/min左右。通水期間每隔1天變換一次進出水方向，并且對通水情況進行記錄，控制堵頭混凝土溫度與冷卻水進口水溫差值不超過25℃，混凝土降溫速度不超過每天1℃。當堵頭的最終溫度穩定在25℃時，停止通水。

為便于監測永久堵頭內部溫度情況，在堵頭埋設一定數量的溫度計。通水前及通水過程中，對溫度計每天觀測一次。當顯示溫度達到最終穩定溫度時，選擇該處冷卻水管悶溫，悶溫時間為3～5天。

7 灌 漿

灌漿施工包括永久堵頭回填灌漿、固結灌漿和接觸灌漿。為增加臨時堵頭堵水效果，增加臨時堵頭回填灌漿。導流洞封堵灌漿施工程序為：堵頭混凝土強度達到70%→堵頭頂拱回填灌漿→堵頭段固結灌漿（灌漿部位混凝土溫度冷卻到25C°）→接觸灌漿。回填灌漿及接觸灌漿采用鉆孔預埋灌漿管法，固結灌漿采用直接鉆孔灌漿法。

7.1 回填灌漿

回填灌漿分臨時堵頭區、永久堵頭1區和永久堵頭2區，回填灌漿在相應部位混凝土強度達到70%強度后方可進行施工。

7.1.1 鉆孔及埋管

每個回填灌漿區的灌漿孔沿洞室軸線方向布置三列，分別位于洞頂部及其兩側。灌漿孔分為進漿孔和回漿孔，進漿孔、回漿孔相間布置，間隔（2.5～3.0）m。鉆孔孔徑為48mm，鉆孔深度為入基巖0.3m。

回填灌漿管路系統由進漿主管、回漿主管、進漿支管、回漿支管組成，進漿支管、回漿支管分別與進漿孔、回漿孔相對應并深入孔內不小于0.2m。

7.1.2 灌 漿

回填灌漿前對進漿管、回漿管進行通風檢查，以保證管路通暢和灌區封閉密實。灌漿漿液采用0.5∶1水泥漿液，灌漿壓力采用（0.3～0.5）MPa。回填灌漿回漿濃度接近進漿濃度、且達到設計壓力值，灌漿孔停止吸漿后，持續10min，灌漿即可結束。

7.2 固結灌漿

固結灌漿采用一次性成孔自下而上分段灌漿法。固結灌漿鉆孔環距為2.5m，呈梅花型布置，每環布置16個孔，孔徑為76mm，孔深為入基巖8.0m。灌漿孔分為兩序，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。

7.2.1 裂隙沖洗及壓水試驗

固結灌漿前采用80%的灌漿壓力（壓力超過1 MPa時，采用1MPa）對斷層、層間錯動、大裂隙等地質條件較復雜的區域進行裂隙沖洗和壓水試驗。裂隙沖洗時間至回水澄清時止或不大于20min。串通孔裂隙沖洗采用風水輪換沖洗，并不斷改變進水進風孔，直至全部串通孔沖洗干凈，如達不到回水澄清要求時，總時間不少于2h。

7.2.2 灌漿及封孔

固結灌漿采用分段灌漿法，分序施工。非堵頭段的Ⅰ序孔壓力為1.0MPa，Ⅱ序孔壓力為1.5MPa；堵頭段的Ⅰ序孔壓力為2.0MPa，Ⅱ序孔壓力為2.5 MPa。灌漿水灰比采用1.5∶1、1∶1、0.5∶1（重量比）3個比級的漿液，變漿原則如下：

（1）固結灌漿參照由稀到濃逐級變換的原則進行漿液變換，若孔段漏水量大于50L/min時，直接采用0.5∶1水泥漿灌注。

（2）當灌漿壓力保持不變而注入率持續減小時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不改變水灰比。

（3）當某一比級的漿液注入量已達到300L以上，或灌漿時間已達到30min，而灌漿壓力或注入率變化量均小于10%時，換濃一級水灰比漿液灌注；當注入率大于30L/min時，可越級變濃。

在灌漿段最大設計壓力下，注入率不大于1L/ min后，繼續灌注30min結束灌漿。固結灌漿封孔漿液采用0.5∶1的濃漿，封孔壓力采用I序孔的第一段灌漿壓力。

7.2.3 質量檢查

固結灌漿質量檢查采用檢查孔壓水試驗的方法，檢查孔壓水試驗在固結灌漿完成7天后進行，檢查孔的孔數為固結灌漿孔總數的5%，壓水試驗采用單點法壓水，壓力采用80%的灌漿壓力且不大于1MPa，固結灌漿灌后檢查壓水透水率的設計規定值為1Lu。固結灌漿合格標準為：85%以上試段的透水率不大于設計規定，其余試段的透水率不大于設計規定值的150%，且分布不集中。

7.3 接觸灌漿

接觸灌漿施工范圍為永久堵頭兩側混凝土與圍巖接觸的直立面，施工方法采用鉆孔預埋灌漿法。接觸灌漿施工在混凝土冷卻達到25℃后進行。

7.3.1 鉆孔及埋管

接觸灌漿的進漿孔、回漿孔相間布置，間排距均為2.5m×2.0m（洞軸向×鉛垂向）。鉆孔孔徑為48 mm，鉆孔深度為入基巖0.4m。進漿支管、回漿支管分別與進漿孔、回漿孔相對應并深入孔內不小于0.2m。

7.3.2 灌 漿

接觸灌漿前對采用80%的灌漿壓力對進漿管、回漿管進行通水檢查，以保證管路通暢和灌區封閉密實。在灌區達到接觸灌漿條件后進行預灌性壓水檢查，壓水壓力與灌漿壓力相同。

灌漿前對縫面充水浸泡24h，然后用壓縮空氣將縫內積水吹干凈，控制壓縮空氣壓力不超過灌漿壓力的50%。

接觸灌漿漿液水灰比采用2∶1、1∶1、0.5∶1（重量比）3個比級，漿液水灰比根據回漿管的出漿情況逐漸變濃。灌漿壓力以回漿管管口的漿液壓力為準，灌漿壓力（0.3～0.5）MPa。

當灌漿回路漿液在灌區的灌漿壓力或有濃漿排出時即可結束，并立即轉入下一回路，當灌至最后一個回路時，以灌區結束標準控制。

當回漿管的排漿達到或接近最濃比級漿液，且管口壓力達到設計規定值，注入率不大于0.4L/min時，持續20min，灌漿即可結束。灌漿結束時，先關閉各管口閥門或堵頭后再停機，閉漿時間不少于8h。

7.3.3 質量檢查

依據灌漿施工記錄和成果資料分析，回漿管排漿密度均達到1.5g/cm3以上，且有壓力，其中最上層的回漿管管口壓力已達到設計壓力的50%以上，其他情況基本符合要求，灌區灌漿質量合格。

8 結 語

通過對導流洞封堵施工過程的精心組織和嚴格監控，沐若水電站導流洞堵頭施工于2014年3月25日全部完成，總體工期185天，較原計劃工期縮短了43天。順利地在雨季汛期完成了下閘及堵頭施工的工作，為整個工程的順利完工打下了堅實基礎。

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