東密水庫工程導流隧洞封堵設計

劉劍鋒

摘要：東密水庫導流隧洞與永久泄洪輸水隧洞采用“龍抬頭”形式結合，堵頭位于導流專用段。詳細介紹了堵頭結構布置，可為類似工程的設計與施工提供參考。

關鍵詞：導流隧洞，封堵設計

1.概況

東密水庫是一座以解決孟連壩區城鄉生活、農業灌溉用水以及補充縣城工業用水為任務的中型水庫。樞紐工程包括大壩、溢洪道、導流泄洪輸水隧洞等建筑物。大壩為粘土心墻堆石壩，壩頂高程為1127.70m，最大壩高68.7m。

導流泄洪輸水隧洞布置于大壩右岸山體內，一洞三用，兼有導流、泄洪和輸水功能。導流隧洞與永久泄洪輸水隧洞采用“龍抬頭”形式結合。導流隧洞由進口明渠段、導流專用洞身段、導流泄洪輸水結合洞身段、出口閘室段、擴散段、消力池段及護坦段組成，全長444m。進口明渠段長6.0m，采用漿砌石結構。隧洞進口底板為1067.50m，洞身段長358.0m，其中導流專用段長92.6m，結合段長265.4m，洞身為圓形斷面，直徑2.5m，全洞采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚為0.4m，隧洞底坡為1/100。出口工作閘室段長16.0m，擴散段及消力池段長54.0m，采用C25鋼筋混凝土襯砌，護坦段長10m，采用M7.5漿砌石結構。導流隧洞堵頭段設于導0+069.057m～導0+079.057m樁號，長10.0m，采用C25素混凝土進行封堵。

2.導流隧洞封堵規劃

2.1封堵段工程地質

導流隧洞封堵段巖性為白堊系下統景星組上段（K1j2）灰、紫灰色泥巖、泥質粉砂巖、粉細砂巖互層，中厚層狀。屬軟質巖～較堅硬巖，呈強～弱風化。巖層產狀N38～42°W/SW∠73～86°，巖層走向與洞軸線近于平行；節理裂隙中等發育；局部發育層間擠壓帶，一般寬約0.2～0.5m，成分為糜棱巖夾碎屑，巖質軟弱，多已軟化，巖體完整性差，互層狀夾碎裂鑲嵌結構。地下水埋深10～30m，開挖過程中出現坍塌、掉塊現象，洞室圍巖不穩定～極不穩定。

2.2水文氣象條件

孟連屬南亞熱帶濕潤氣候類型，四季不分明，冬季短而無嚴寒，兼有大陸性和海洋性氣候性特征。雨量充沛，年際變化較小，但年內分配不均，年內豐枯變化懸殊，5～10月為雨季，降水相對集中，此期間降水量占全年降水的近90%，11月～次年4月為干季，降水量僅占全年的10%左右。

2.3堵頭施工導流方式

由于檢修閘室位于導流泄洪輸水隧洞結合段，即封堵堵頭位于閘室之前。堵頭施工無法在閘門保護下進行。且導流隧洞進口高程為1067.5m，泄洪輸水隧洞進口高程為1083.3m，高差僅15.8m，該高程范圍內庫容僅90.04×104m3。在沒有水流下泄通道時，堵頭施工時間較短，無法保證堵頭正常施工完畢。故在堵頭施工期間，在堵頭內埋設鋼管過流的導流方式。

2.4堵頭施工時段及導流標準

導流隧洞臨時堵頭施工完畢后，必須盡快進行封堵施工，以便為“龍抬頭”反弧段改造提供施工條件，因此堵頭施工安排在枯期進行，該時段的導流標準采用枯期P=10%，洪峰流量為17.6m3/s。

2.5導流鋼管設計

導流鋼管埋設于堵頭下部，導流鋼管為DN600，鋼管底部高于隧洞底板0.2m。并在導流鋼管前段（永久堵頭前）設置臨時C25混凝土堵頭，臨時堵頭長度2m。在永久堵頭后設置閥門。待永久堵頭施工完成，具備擋水條件，以及“龍抬頭”反弧段（泄0+056.057m～泄0+069.638m）鋼筋綁扎完畢后，關閉閥門，拆除閥門以后的導流鋼管，對“龍抬頭”反弧段混凝土進行澆筑。堵頭施工期間，為防止雜物沖入導流隧洞，堵塞導流鋼管，在導流隧洞進口處設置C25鋼筋焊接形成簡易攔污柵（25cm×25cm）。

3.導流隧洞堵頭設計

3.1設計標準

導流隧洞堵頭為永久建筑物，建筑物級別與大壩、輸水隧洞相同，為3級。堵頭永久運行期設計洪水位和校核洪水位與大壩相同，即設計洪水位為1125.80m，校核洪水位1127.10m。堵頭處隧洞底板高程為1066.81m，相應校核擋水水頭為60.29m。堵頭設計主要考慮結構穩定性與防滲效果。

3.2位置選擇及布置

一般要求堵頭布置在帷幕線上，與壩基防滲帷幕連接成防滲系統。但本工程大壩帷幕灌漿軸線與導流輸水隧洞軸線交點位于導流隧洞與泄洪輸水隧洞結合段上（樁號約為導0+164.265m），因此，堵頭不能布置在大壩防滲帷幕軸線上。為方便泄洪輸水隧洞“龍抬頭”反弧段的改造，導流隧洞堵頭布置在龍抬頭起坡點之前，即導0+069.057m～導0+079.057m段。該段圍巖不穩定，洞身段采用了40cm厚C25鋼筋混凝土進行襯砌。

3.3堵頭結構設計

3.3.1體型設計

考慮到隧洞斷面較小，堵頭體型按照柱形體斷面設計，即不開挖齒槽。

3.3.2抗滑穩定計算

堵頭長度計算采用《水工隧洞設計規范》（SL279-2016）第9.8.9條式（9.8.9-1）～式（9.8.9-3）推薦的抗剪斷強度公式。

KS≤R

S=∑P

R=f'∑W+C'∑λiAi

抗滑穩定安全系數K取為3，根據上式計算，堵頭計算長度為7.5m，此長度為堵頭結構穩定所需的最小長度。考慮到導流隧洞圍巖爆破松動等影響，采用堵頭長度為10m。

3.4材料

堵頭混凝土強度等級為C25，抗滲等級W8，采用二級配（Dmax=40mm）泵送混凝土，混凝土中添加微膨脹劑（氧化鎂），摻量為3.5%。水泥擬采用42.5低熱水泥，或具有微膨脹性能的42.5級低熱或中熱硅酸鹽水泥。

3.5灌漿

3.5.1回填灌漿

堵頭頂部混凝土由于施工空間狹小，施工條件差，澆筑完成后通常仍有較大脫空區域，因此需要進行回填灌漿，將堵頭頂部未能澆滿的空腔回填起來。灌漿范圍為順隧洞軸線方向與堵頭同長，環向頂拱120°范圍。灌漿孔排距2m，每排3孔，灌漿孔需穿透堵頭混凝土頂部澆筑面。

3.5.2固結灌漿

固結堵頭段爆破松動圍巖，需提高圍巖抗力。通過固結灌漿使圍巖原有軟弱面與結構面得到封閉和補強，并達到一定的防滲效果。灌漿范圍為導0+067.057m～導0+079.057m段順隧洞軸線方向，灌漿段全長12m。全斷面施灌，每排6孔，排距2m，排間交錯布置，深入巖體深度1.6m。灌漿壓力采用0.5～0.6MPa。

3.6其它設計措施

（1）為提高堵頭與原混凝土之間的抗剪強度，堵頭施工前需對襯砌混凝土進行鑿毛處理，鑿毛深度2cm，鑿毛表面需露出粗骨料。

（2）在堵頭與圍巖之間設置插筋來加強界面間的剪切抗力，插筋規格為 C22，長2m，錨桿深入襯砌混凝土及基巖共1.3m，外露0.7m，間距2.0m，梅花形布置。

4結語

由于本工程堵頭布置的特殊性，堵頭施工時段非常重要，必須在枯期進行施工；而且隧洞斷面較小，堵頭施工工序較多。施工單位加強了施工組織，順利完成了堵頭和泄洪輸水隧洞反弧段混凝土澆筑。

（作者單位：云南省水利水電勘測設計研究院）