關于水利工程中導流洞封堵設計與施工技術的分析

鄧盛石（安化湘資水利水電建筑工程有限責任公司，湖南安化413500）

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關于水利工程中導流洞封堵設計與施工技術的分析

鄧盛石（安化湘資水利水電建筑工程有限責任公司，湖南安化413500）

水利工程中導流洞封堵設計與施工是一大重點內容，導流洞封堵的施工質量關系著整個水利工程的運行可靠性。本文主要結合實例，對該水利工程中導流洞的封堵設計與施工技術進行了研究，尤其是對其中的導流洞的堵頭設計及施工技術以及澆筑、灌漿管安置等進行了詳細的分析。

水利工程；導流洞；封堵；設計

圖1　柱型導流洞封堵堵頭

1　引言

導流洞封堵施工在水利工程的建設中非常重要，直接影響著水利工程的整體施工效率。所以，在水利工程的整個建設過程中，需要注意加強導流洞封堵設計與施工，從而有效保證水利工程的整體運行質量。

2　水利工程中的導流洞及其封堵設計

2.1導流洞

水利工程的建設過程中，為了修建大壩，要求在工程先期，首先建設用于擋水的上下圍堰，因此，在截流之前需要預先安排好河水出路，實際的安排方法主要有兩種，即導流明渠與導流洞。導流明渠施工要求具備大壩分期施工的條件與場地，在截流之前向開挖明渠，使截流過程中的河水能夠由明渠排出。而在此后的施工階段，需要對明渠實施二次截流，讓河水通過已完工的一期工程泄流洞中流出。

如果工程不具備修建導流明渠大壩的條件，例如處于峽谷地帶的水電站，就需要通過在山體內開挖大斷面隧洞的方式，在截流時讓河水從隧洞流走。在工程竣工之后，該隧洞需要進行封堵，或者另作它用，該隧洞即被稱為導流洞。

2.2導流洞封堵的設計過程

2.2.1設計條件

（1）地質條件。由于導流洞封堵洞身的巖性，通常為泥質砂巖，會呈現厚層狀、塊狀的構造；如果洞身巖體以W類圍巖為主，則其成洞條件不良。

（2）設計基礎。根據水利樞紐工程的實際狀況，確定導流建筑物的級別，然后在庫盆內實施支洞施工，從而可執行導流洞設計的標準。

（3）堵頭型式。堵頭的型式通常有四種：柱型、瓶塞型、截錐形和拱型，為確保工期的進度，降低施工的成本，建議選用柱型堵頭（見圖1）。

2.2.2位置的選擇

在設計環節，要求能夠嚴格把握導流洞的確切位置，避免影響后期施工的效果。設計人員應當結合工程各個環節、地質條件、水文地質條件、水利樞紐擋水建筑物防滲帷幕體的布置等多個因素，來確定最終的導流隧洞位置。一般情況下，封堵體多數布置在工程地質、水文地質條件最好的洞段，并在設計結束后，可以發揮良好的擋水、防滲屏障作用。

2.2.3導流洞堵頭長度計算

（1）堵頭安全系數計算。在設計導流洞封堵的過程中，需要計算堵頭的長度，堵頭通常需要承載自身的重力和摩擦力，因此要求存在相應的安全系數，其具體的計算公式如下：

式中：K為抗滑穩定安全系數，通常要求K≥3；f為抗剪斷摩擦系數；A為堵頭斷面的面積；p為混凝土浮容重；S為堵頭的斷面周長；C為抗剪斷凝聚力。

（2）設計載荷組合。根據以上信息，可設計出兩種載荷：①基本載荷組合，主要包括正常蓄水位情況下的水推力及堵體自重；②特殊載荷組合。根據公式，如果采用基本載荷組合，則K值應當不低于3；而如果為特殊載荷情況下，則K值應當不低于2.5。

2.2.4導流洞堵頭細部設計

①堵頭的施工中，選用的是強度C20的混凝土，硅澆筑施工達到70%強度時，需要采用回填灌漿的方法進行施工；②堵頭的灌漿施工中，主要的施工部分是頂部、圍巖固結、接觸等三個方面；③在施工圍巖的固結灌漿中，鋼管直徑是5cm，在進行埋設的過程中，要求外露管口的長度超過15cm，且入倉和澆筑溫度都應當控制在15℃以上。

3　水利工程中導流洞封堵施工實例分析

3.1水利工程概況

該水利工程的導流洞總長度為620m，洞身高度是6.9m，洞的寬度是6.2m。該導流洞主要用于水利工程的蓄水，在蓄水前，對導流洞進行封堵。導流洞與泄洪洞連接起來，在必要的時候，不僅起到蓄水發電的功能，也可實現泄洪的功能。

3.2導流洞封堵的設計

導流洞封堵體的設計包括兩個方面，即進口封閉設計和洞內堵塞體設計。對該水利工程的導流洞封堵設計必須要結合該工程的實際情況，要保證封堵體的穩定性及防滲性，根據該工程所在的地理位置及環境氣候因素進行設計，在保證工程質量的前提下，設計要盡可能地降低施工費用，簡化施工程序。

根據導流洞的基本情況，對工程進行支洞布置，支洞的總長度為128.68m，高為6m，寬為7.9m。為了保證工程質量，根據本地的地形地貌及土層情況，選擇拱形堵頭。堵頭是封堵體工程中的重點，它要承擔自身重力和摩擦力，因此必須要保證堵頭的質量。在材料選取中，要選取強度較高的混凝土，如C20，并在內放置鋼管，然后對堵頭進行灌漿施工，以提高堵頭的承受力和安全系數。對堵頭的灌漿施工包括導流洞頂部、接觸、圍巖固結這三個方面。在封堵體設計的過程中，除了對封堵體工程設計，還應當設計觀測項目，尤其是對溫度的觀測。需要在堵頭混凝土中埋入溫度計，對溫度進行實時監測。一般而言，封堵施工主要在冬天進行，因此在設計中要考慮封堵中的溫度和保溫。混凝土的澆筑溫度可以控制在5～10℃之間。

3.3導流洞封堵的施工技術

根據設計對該水利工程的導流洞封堵進行施工。在施工前期，要準備相應的施工材料，根據設計可知該工程施工需要的材料有強度為C20的混凝土，根據計算準備適量的灌漿以及鋼管，然后在支好的洞內開始工程的正式施工。

3.3.1施工程序

具體施工程序如下：下閘封堵→臨時堵頭上游的擋水墻施工→臨時堵頭混凝土澆筑→永久堵頭的混凝土澆筑→三段灌漿原設計封堵混凝土，其中6m長的臨時堵頭為一段，其余分成兩段。在永久堵頭的內部設置有灌漿廊道，為了能夠進一步加快施工的進度，保證封堵工作能夠在最短時間內完成，經過對方案的優化，決定采用埋管法，將永久堵頭管路引出封堵段外，實施灌漿。

3.3.2施工方法

（1）圍堰施工

下閘之后，因為工作面積水和巖壁滲水問題，為了能夠保證干地的施工，需要在臨時堵頭的上游，設置一座擋水墻，擋水墻的施工采用砂磚砌體，在設計的邊線以外進行砌筑，設計其底寬為1.2m；圍堰的中部則需要填充混凝土，當作防滲體；圍堰的底部則需要預埋臨時導流管，并在管的尾部安裝閥門，最后在封堵之前關閉閥門，從而將導流管整體埋入到封堵混凝土的內部。由于防滲體的高度超出導流管的頂部約0.5m，因此直接采用了砂磚砌筑的施工方式，并用砌體砂漿（M10）填充砂磚空腔。

（2）基礎清理

留存于封堵區內的石渣，需要進行人工清理，使用裝載機將其轉運出渣，然后由人工風水槍將其沖洗干凈。

（3）回填、固結灌漿

封堵段回填、固結孔施工，均需要使用人工搭設鋼架管腳手架，以作為工作的平臺。灌漿管路的預埋管，選用的是φ32鋼管，并引出倉外，在固結孔的孔口內10cm的地方，用棉絮封緊，并在外邊采用砂漿進行封堵，以防混凝土澆筑過程中，漿液灌進孔內。注漿管路采用錨筋固定于周圍的巖壁上，從而保證注漿管路能夠保持完好無損。臨時堵頭需要在完成混凝土澆筑后3d的時間，進行回填灌漿；而永久堵頭則要求在混凝土澆筑完成7d后，實施回填、固結灌漿。

（4）模板

封堵模板均采用的是鋼木模板，使用內拉法進行固定。

（5）混凝土澆筑

對洞內和導流洞周邊進行澆筑，防止滲漏；對洞內堵塞體進行澆筑。在澆筑施工前要選取合適的模板，在洞內安裝模板，然后再進行澆筑。施工中室內的溫度，不可過低，也不可過高，必須要根據地形地貌及土層土質、地下含水量等進行施工；對具體的情況進行分析，防止在施工中因疏忽造成人員傷亡。在澆筑完成后，要對洞內進行清理，尤其是洞內墻壁上的塵土渣滓，必須要及時清理干凈。在清理后，再進行鑿孔，鑿的孔洞深度大約為52cm，不能將孔洞完全鑿穿。將孔洞鑿好后，對其進行灌漿處理，然后將灌漿管的前端焊接起來，灌漿管的表面積及所造的孔道表面積一樣，保證灌漿管能夠進入到孔道之中，并且緊密貼合。灌漿管的表面應當為比較堅硬的鐵或其他堅固的能夠長期不會腐朽的材質。在灌漿管成型后，將其置入鑿好的孔道內，然后在表層用水泥石沙填堵，并使之凝固，大概的厚度為3～4cm。最后再對表面即灌漿管的前端進行焊接處理，使之固定在孔洞內，增加導流洞封堵工程的穩固性。

4　結語

導流洞封堵工作都需要在最短的時間內完成，因此必須保證在下閘前安裝完成放空管、臨時導流管等設備，并準備好所需要的一切物資設備，然后依據設計所提供的水文資料，準確計算封堵的總歷時，進而認真分析并制定出工程切實可行的施工方案，保證封堵施工的順利開展。

［1］劉志明.導流洞封堵建設之資鑒［J］.水利規劃與設計，2014（6）：1～3.

［2］姚祖祥.鋼吊架在導流洞封堵中的應用［J］.建筑工程技術與設計，2015（12）：56～57.

［3］劉濤，曹 海，夏世法.高水頭導流洞封堵段設計及施工要點［J］.水利水電技術，2011，42（3）：52～55.

鄧盛石（1975-），男，工程師，中專，主要從事水利工作。

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2095-2066（2016）10-0046-02

2016-3-23