小溶江水利樞紐導流隧洞封堵設計

張紀智

摘 要： 根據工程運行需要，水工臨時隧洞在工程完工時一般均要進行封堵。封堵體因其作為擋水建筑物，直接承受較大的圍巖內水壓力，作用尤為重要，需按與壩體同一級別進行設計。本文介紹了中水頭有壓隧洞封堵體設計與施工的主要問題，對同等工程具有一定的參考意義。

關鍵詞： 中水頭；有壓隧洞；封堵體；堵頭設計

1 工程概述

小溶江水利樞紐是桂林市防洪及漓江補水工程三處樞紐工程之一，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000），其工程等別為Ⅱ等工程，屬大（2）型水庫，設計正常蓄水位267m。工程采用隧洞全段圍堰導流。導流隧洞為4級建筑物，布置在左岸，由進口明渠、進水塔、洞身和出口明渠組成，洞身全長710m。在進口進水塔設有封堵閘門，設計最大封堵水位高程255m。洞身斷面為城門洞型，隧洞凈底寬為8m，高11.31m。隧洞進口底板高程192.5m，出口底板高程186.1m，堵頭處隧洞底高程為189m。根據小溶江水利樞紐運行需要，需在工程完建前對導流隧洞進行下閘封堵。根據有關規范，導流隧洞洞身段永久堵頭與樞紐擋水建筑物同級，為2級建筑物。

2 堵頭選型及長度選定

2.1封堵體型式選擇

根據布置需要，導流洞封堵堵頭位置較靠近隧洞上游，堵頭處隧洞底高程為189m，本工程設計正常蓄水位為267m，封堵體所在位置的最大封堵水頭為78米。該段圍巖主要為D2y3灰色、灰綠色中厚～厚層砂巖、粉砂巖夾深灰色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖，局部為薄～中厚層狀，微風化，巖體較完整。該層頂部為中厚層灰綠色粉砂質泥巖，裂隙發育，巖體較破碎。洞室上覆巖層厚度中厚，洞向與巖層走向交角55～70°，巖體屬弱透水。該段圍巖屬基本穩定，局部穩定性差，圍巖類別為Ⅲ類。由于工期延后，封堵施工的實施日期較設計制定的計劃需推遲2～3個月，封堵施工工期比較緊張。綜合考慮導流隧洞的水頭，斷面形狀、圍巖防滲能力以及施工要求，選用近于瓶塞型的楔形封堵體。其具有超載能力強、斷面形式簡單、施工簡便快速的特點，符合現場實際要求。

2.2封堵體長度擬定

根據《水工隧洞設計規范》（SL279-2016），中水頭隧洞封堵體長度的確定，可參照極限平衡法的計算結果，結合具體工程情況確定。計算公式如下：

1.作用效應函數： S（· ）=ΣPR

2.抗力函數： R（· ）=fRΣWR+CRAR

式中：

ΣPR——滑動面上封堵體承受的全部切向作用之和，KN；

ΣWR——滑動面上封堵體全部法向作用之和，KN；

fR——混凝土與圍巖的摩擦系數；

CR——混凝土與圍巖的黏聚力，kpa；

AR——除拱頂部位（90°～120°）外，封堵體與圍巖的接觸面積。

經初步計算后確定的小溶江導流洞封堵段長度為25m，堵頭呈楔形狀，最大洞高處為13.31m，最小處為11.31m，最大寬度10m。

并根據以下簡化公式復核圍巖的滲透穩定性：

H/L≤[k]

式中：

H——設計水頭，m；

L——封堵體最大長度，m；

[k]——圍巖允許的繞滲滲透系數；

其滲透穩定滿足要求，最終擬定導流洞封堵段長度為25m。

圖 封堵體縱斷面

3 封堵體混凝土溫控措施

由于封堵體最大斷面達10m*13.31m，根據要求，需考慮溫控措施，防止溫度裂縫出現，影響封堵止水質量。小溶江水利樞紐導流隧洞堵頭混凝土采用中熱微膨脹三級配混凝土，其配合比通過試驗確定。封堵體混凝土分層澆筑共分5層，最底層混凝土最厚處為2.5m，最薄處為1.9m，中間3層每層厚依次為2m、3.5m、2m，余下為最頂層。每層施工周期為7天左右（混凝土澆筑時間為1.5～2天），約一個半月即可完成混凝土澆筑。堵頭混凝土澆筑采用埋冷卻水管降溫。塑料冷卻水管層距為1.5m、管距為1.2m ，冷卻水管采用導熱高密聚乙烯塑料管（HDPE），管外徑為φ32 mm，管壁厚度不大于2.1 mm，管材承受破壞內水靜壓力不小于2MPa。除此之外，還需在施工上加強管理，采用以下主要施工管理措施：

（1）必須嚴格控制混凝土施工質量，保證混凝土的抗裂性能。

（2）為了減少混凝土溫降收縮變形而引起堵頭新澆筑混凝土與導流洞壁原襯混凝土間的脫空情況，在微膨脹混凝土中摻入UEA-H（高效型）型或MgO膨脹劑，增大微膨脹變形量來補償混凝土溫降收縮變形，同時施工中應加強水的養護。根據有關試驗，添加膨脹劑不僅可以抵消混凝土的收縮變形，還可對圍巖產生0.2～0.3MPa的壓應力。

（3）控制混凝土澆筑溫度在16℃之內。

（4）埋設Φ32冷卻水管，布置間距1.2×1.5m，通冷卻水冷卻，冷卻水溫度為13℃ ，通水管內流速不小于0.6m/s。混凝土每一大層澆筑完畢，便開始通水冷卻，通水時間至堵頭混凝土全部澆筑完成后的30天止。

（5）在上游面設置雙向Φ10抗裂鋼筋，間距0.15m，以防止上游面裂縫出現及擴展。

4 封堵體灌漿施工

封堵體灌漿包括頂拱回填灌漿、洞周固結灌漿、沿封堵段洞壁原襯砌混凝土與巖石接觸面之間接觸灌漿、沿堵頭新混凝土與原洞壁襯砌老混凝土間接觸灌漿、堵頭混凝土豎直施工縫的接縫灌漿。

4.1 回填灌漿

封堵體必須進行回填灌漿，頂拱回填灌漿控制在頂拱中心角120°的范圍，灌漿壓力0.5MPa。回填灌漿施工在混凝土澆筑完3～5天后進行。回填灌漿從堵頭施工廊道內通過預埋管施灌，堵頭上、下游端通過預埋止漿片止漿。灌漿從較低一端開始，向較高的一端推進，根據首次灌漿的效果決定是否進行二次施灌。

4.2 接觸灌漿及接縫灌漿

（1）洞壁原襯砌混凝土與巖石接觸面間接觸灌漿

沿堵頭段洞壁原襯砌混凝土與巖石接觸面進行接觸灌漿，灌漿鉆孔深入巖石1m，先施工堵頭上下游端，待堵頭上下游端接觸灌漿形成封閉環形并達到齡期后，再施工中間段接觸灌漿。灌漿壓力為0.2～0.3MPa。

（2）堵頭新混凝土與原洞壁襯砌混凝土間接觸灌漿

沿堵頭新混凝土與原洞壁襯砌老混凝土間進行接觸灌漿，灌漿壓力0.5MPa。該部分接觸灌漿在圍巖固結灌漿結束后在施工廊道內進行。各灌區的灌漿系統應有進漿管、回漿管、出漿和排氣設施，各管路可引至廊道或其它合適地點。要求灌漿系統布置能確保漿液能自下而上均勻地灌注到整個灌漿面；灌漿管路應順直、暢通、少設彎頭；同一灌區的進、回漿管和排氣管管口宜集中，且應引至廊道內。漿液水灰比變換可采用3：1、1：1、0.6：1三個比級。一般情況下，開始可灌注3：1漿液，待排氣管出漿后，即改用1：1漿液灌注。當排氣管出漿濃度接近1：1漿液濃度時，即改用最濃比級0.6：1漿液灌注，直至結束。

（3）豎直縫接縫灌漿

在固結灌漿完成后進行。

當滿足以下條件時，可進行接縫灌漿：

兩側堵頭澆塊混凝土的溫度必須達到穩定溫度，其數值可根據溫度監測資料確定，并維持穩定較長時間。

2）接縫的張開度不宜小于0.5mm。

其余灌漿管路布設、灌漿施工、水灰比等技術要求，參照接縫灌漿實施，灌漿壓力可取0.3～0.5Mpa。

4.3 質量檢查

關于以上各類灌漿施工的質量檢查，設計要求根據施工條件采取7d或28d鉆取巖芯或進行檢查孔注漿試驗。

5結語

本工程為中水頭有壓隧洞封堵，為保證封堵體施工順利進行以及完建后良好工作狀態，主要從地質條件、封堵體穩定、滲流、施工、溫控、灌漿、監測等方面進行綜合考慮，在安全的前提下，經濟合理，施工方便，易于管理。封堵實施后，效果良好，可為類似工程提供一定的參考意義。■

參考文獻

[1] SL252-2017，水利水電工程等級劃分及洪水標準[S]；

[2] SL279-2016，水工隧洞設計規范[S]；

[3] 《水工設計手冊》，2013.