江坪河水電站超期服役的導流洞下閘封堵安全保障工程措施

徐建華，革羅庚，張 繁

(湖北能源集團溇水水電有限公司，湖北 恩施 445801)

0 引 言

江坪河水電站于2003年6月開工建設，2008年12月截流，導流洞于2008年12月過流，由于某些特殊原因，工程于2019年11月初導流洞下閘，水庫進入初期蓄水。

導流洞在原業(yè)主組織施工過程中因壩址下游滑坡體發(fā)生大型滑坡，形成堰塞湖，導致施工中的導流洞被淹，被迫停工。通過工程搶險，更換施工隊伍，對淹后的導流洞局部進行了缺陷處理及后續(xù)施工。在工程截流、導流洞過流前，原業(yè)主組織對導流洞進行了系統(tǒng)檢測，發(fā)現(xiàn)導流洞施工質量缺陷較多，主要包括襯砌混凝土低強、襯砌脫空、裂縫等，通過查閱相關資料，部分資料顯示原業(yè)主對上述缺陷進行了處理。

由于導流洞存在上述建設施工歷程，且導流洞已超期服役多年，并未經(jīng)歷設計標準洪水的考驗，因而導流洞下閘、封堵的安全是本工程成敗關鍵問題之一?，F(xiàn)業(yè)主本著對國家、人民、社會負責任的態(tài)度，未雨綢繆，先后從技術、施工等層面著手，分階段組織進行了增設臨時堵頭、導流洞檢測及安全性評價、缺陷處理、下閘堵漏與關鍵結構加固等安全保障工程措施，以確保導流洞下閘、封堵的安全。

圖1 導流洞洞身段縱剖面示意(單位：m)

1 工程概況

溇水江坪河水電站工程位于湖北省恩施鶴峰縣走馬鎮(zhèn)的溇水上游河段，是溇水干流龍頭電站，電站總裝機45萬千瓦，電站水庫大壩為高219米的高面板混凝土壩，為世界第三高面板堆石壩，水庫正常蓄水水位470 m，總庫容13.66億m3。

導流隧洞布置于右岸，由進口明渠段、進水口段、洞身段、出口明管段和出口明渠段組成，全長1 387.40 m，縱坡坡比為0.3%。進口明渠長91 m，底板高程293.5 m。洞身段全長1 163 m，過流斷面為12 m×15 m的圓拱直墻型，過流面積167.91 m2。出口明渠長54.8 m，出口底板高程290.0 m。導流洞閘門井距進口372 m，閘門布置在露天式豎井內(nèi)，豎井上部開挖尺寸為4.7 m×20.7 m，下部開挖尺寸為10 m×25.2 m。閘門槽段為雙孔矩形斷面，門槽段上下游各布置30 m長的漸變段。布置詳見圖1、2。

圖2 閘室段結構示意(尺寸單位:mm)

2 增設臨時堵頭

規(guī)劃設計階段，本工程未設置臨時堵頭，考慮到導流洞超期服役、導流洞施工質量缺陷多、永久堵頭施工時間緊等不利因素，故考慮在原永久堵頭上游側設置臨時堵頭。

根據(jù)本工程初期蓄水控制措施，綜合其擋水、布置部位地質條件、安全標準復合、并能快速施工的要求，決定在緊臨永久堵頭上游側增設20 m長臨時堵頭，布置樁號為D0+610～D0+630，永久堵頭布置樁號為D0+630～D0+650。

臨時堵頭采用C20W8F100微膨脹混凝土，臨時堵頭混凝土中摻加復合膨脹劑以防止混凝土收縮后滲水影響永久堵頭施工，同時摻入速凝劑以保證有足夠的早期強度。為有效保證發(fā)揮臨時堵頭保護永久堵頭施工的作用，并能快速施工，臨時堵頭要求進行頂部回填灌漿；邊墻設打穿老混凝土灌漿孔接埋接縫可重復灌漿系統(tǒng)，回填灌漿完成后進行第一次接縫灌漿后，其灌漿管路接入永久堵頭灌漿廊道，根據(jù)情況適時補灌[1-2]。臨時堵頭布置詳見圖3。

圖3 臨時堵頭布置示意(單位：m)

導流洞于2019年11月9日順利下閘，臨時堵頭澆筑時段為11月23日～12月05日，分3層(倉)，歷時13日歷天，累計澆筑3 374 m3，快速高效完成了臨時堵頭混凝土澆筑。

3 導流洞質量檢測及安全分析評價

鑒于導流洞施工期存在較多質量缺陷，雖在截流過水前進行了加固處理，但導流洞已超期服役，一旦導流洞下閘，導流洞將進入下閘蓄水運行工況，閘室至堵頭段襯砌結構將承受很大的外水壓力，其運行安全及滲漏，直接影響工程安全、堵頭施工安全、質量、進度。故在導流洞下閘前，有必要對導流洞混凝土質量進行檢測，開展隱患排查，并為導流洞下閘封堵提供必要的基礎資料。在此基礎上，進行結構安全評價，必要時進行針對性的加固處理。

3.1 導流洞質量檢測

3.1.1檢測范圍

根據(jù)下閘蓄水運行工況，重點對閘室段及至堵頭段進行質量檢測，具體檢測范圍：

導流洞樁號D0+342～D0+690，包括門槽前漸變段D0+342～D0+372，門槽段D0+372～D0+382，門槽后漸變段D0+382～D0+412，閘室段至永久堵頭后段D0+412～D0+690。

3.1.2檢測內(nèi)容

結構混凝土表面完整性、襯砌混凝土的密實性、混凝土強度、混凝土襯砌厚度、鋼筋配置、襯砌混凝土與周邊圍巖的接觸情況、襯砌外圍10 m厚度范圍內(nèi)圍巖的彈性波速及連續(xù)性、灌漿孔封堵的密實性、補強錨桿長度和注漿密實性。

3.1.3檢測方法

導流洞外觀及裂縫普查、混凝土回彈法強度檢測、碳化深度檢測、地質雷達檢測、無損檢測存疑情況下的鉆孔取芯檢測等檢測手段[3]。

3.1.4檢測成果

相關檢測工作由長江水利委員會長江科學院質量檢測中心完成，并形成了《江坪河水電站導流洞混凝土質量補充檢測成果報告》。

整體而言，導流洞混凝土較為密實，無大的蜂窩麻面，無明顯孔洞，未發(fā)現(xiàn)由于水化熱等原因產(chǎn)生分布無規(guī)則的龜裂縫，但局部混凝土有錯臺，個別部位混凝土有酥松現(xiàn)象，個別部位鋼筋保護層小于設計值，局部露筋，從導流洞進口段到閘室段部位無明顯滲水點，從閘室段部位到導流洞出口段滲水點較多，存在分布較為規(guī)則的裂縫，大多數(shù)施工縫存在滲水情況；局部襯砌混凝土存在低強，頂拱與圍巖存在局部小面積脫空現(xiàn)象；混凝土碳化深度普遍較深等不利情況。

3.2 導流洞安全分析與評價

根據(jù)已有的檢測成果，針對江坪河水電站導流洞樁號D0+327～D0+690洞段，根據(jù)導流洞現(xiàn)狀和導流洞質量檢測成果，采用三維有限元分析手段，結合結構安全性評價，重點復核導流洞封堵施工期閘門室至堵頭段的襯砌結構安全性[4]。

經(jīng)綜合分析，整體結構安全基本滿足要求。建議對閘室段門槽下游漸變段的裂縫進行處理；對閘門槽上下游存在的孔洞進行封堵處理；對門槽一、二期混凝土及頂板脫空部位進行加固處理；底檻沖刷破壞部位待下閘后利用合適、快速的工程手段予以加固處理。

為慎重起見，業(yè)主單位委托中國水利水電建設工程咨詢有限公司在下閘前對相關檢測成果及安全評價成果進行了咨詢。咨詢意見認為，在綜合考慮導流洞閘室至堵頭前洞段圍巖地質條件、施工過程及質量狀況、缺陷處理情況、補充檢查檢測成果和安全性評價研究成果，以及下閘蓄水規(guī)劃和下閘封堵計劃安排等，初步判斷下閘封堵期間導流洞結構總體是安全的。同時建議在下閘前后采用必要的工程手段消除影響下閘、封堵安全的不利因素，確保導流洞下閘、封堵安全；堵頭段原襯砌混凝土表面需鑿除已碳化混凝土，以保證堵頭長期運行安全穩(wěn)定。

4 導流洞缺陷處理措施

根據(jù)檢測成果及安全評價意見與建議，需對閘室段及閘室段上下游30 m范圍內(nèi)的各類缺陷進行處理，具體為：對未封堵的地質探孔進行常規(guī)回填灌漿處理；對各類裂縫進行化學灌漿處理；對滲水明顯的灌漿孔進行孔口封閉化學灌漿、刮涂環(huán)氧膠泥封口處理；對個別長流水孔洞采用水泥砂漿輔以水玻璃灌漿材料或聚氨酯灌漿材料進行回填封堵；對結構混凝土破損、露筋部位采用環(huán)氧砂漿或環(huán)氧膠泥修補后進行回填灌漿密實；對局部襯砌脫空部位采用鉆孔回填灌漿處理；對水下門槽未封閉灌漿孔采用水下環(huán)氧澆筑密封、平整；對水下門槽沖坑采用水下保護性鑿毛、澆注環(huán)氧混凝土進行修補；為減少閘門下閘后滲水量和門槽下游閘室結構揚壓力，對門槽前10 m范圍閘室及洞段、閘門井襯砌混凝土表面刮涂7 mm厚聚脲阻水層。在下閘前，按設計相關要求完成了上述缺陷處理。

5 水下自密實混凝土堵漏

雖對水下底坎、門槽進行了缺陷處理，由于是水下作業(yè)，其質量保障性不強；由于閘門井位于洞身段，使用傳統(tǒng)的塞棉絮(潛水員有人身安全隱患)、拋砂土袋等措施堵漏效果不一定理想。同時考慮到下閘后隨著庫水位上升，仍可能存在較大滲漏，影響堵頭施工。為確保下閘后閘門安全、減小閘門滲漏量，在下閘后于閘門前立即進行了C20 水下自密實混凝土澆筑堵漏。

水下自密實混凝土采用清華大學提供的水下自密實混凝土澆筑方案[5- 6]。在下閘前，由清華大學根據(jù)其專利產(chǎn)品特性、導流洞結構尺寸及堵漏保障需要進行了現(xiàn)場擴展度試驗，根據(jù)試驗確定了混凝土擴展度宜為550～650 mm，澆筑方量宜為300～400 m3。

閘門前水下自密實混凝土對混凝土強度等級無特殊要求，主要目的為實現(xiàn)混凝土水下不分散成形和快速堵漏。澆筑前，需在門前投放水下專用保護劑，水下專用保護劑按照1∶10的比例稀釋后投放至門前澆筑區(qū)域，經(jīng)1 h左右水下保護劑擴散后，再進行水下自密實混凝土澆筑。累計澆筑363 m3，施工擴展度為585 mm。

澆筑完成后，通過對門后滲漏情況檢查，發(fā)現(xiàn)門后約10 m范圍存在混凝土析出物，門槽底坎已無明顯滲水；通過堵頭封堵施工日常滲水量監(jiān)測，截止目前，滲水量無明顯變化。上述情況說明下閘后在門前澆筑適量的水下自密實混凝土堵漏效果明顯。

6 門后閘墩加固處理措施

鑒于導流洞閘室中墩、邊墻下部混凝土存在低強、施工冷縫及其他裂縫、底部水平向存在不同深度的淘刷孔洞等質量缺陷，其結構安全關系到在庫水位作用下閘門的安全，因而下閘后需盡快在兩扇閘門后(緊貼)全斷面澆筑高度約5 m，長度(沿水流向)8 m，早強C25混凝土，以加固閘墩和閘門，防止傾覆。導流洞下閘后，對洞內(nèi)積水進行抽排，于2019年11月18日完成該部位混凝土澆筑。

7 封堵施工期臨時安全監(jiān)測

由于閘門至堵頭段圍巖抗外壓穩(wěn)定性事關堵頭施工期安全和工程蓄水安全，須進行堵頭施工期臨時安全監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測成果及已制訂的安全措施和應急預案防范安全事故的發(fā)生。針對本導流洞實際情況和特點，確定臨時監(jiān)測措施如下：

(1)導流洞下閘后立即對閘室段至臨時堵頭范圍開展收斂觀測。監(jiān)測斷面布置間距以30 m為宜，監(jiān)測斷面盡可能布置在原襯砌裂縫集中部位，且每個監(jiān)測斷面布置5個測點，分別布置在頂拱、左右拱座和兩側邊墻腰線附近；觀測精度不大于1 mm，監(jiān)測頻次為1次/d。

(2)對閘門井下游原襯砌混凝土危害較大的結構性裂縫采用涂刷油漆、設置砂漿條帶等手段觀察裂縫發(fā)展趨勢，監(jiān)測頻次為1次/d。

(3)巡視觀察全洞段襯砌混凝土滲水情況，統(tǒng)計異常情況；并通過對堵頭內(nèi)預埋排水鋼管出水量定時量測，制作流量曲線；監(jiān)測頻次不小于1次/d。

根據(jù)蓄水規(guī)劃，水庫初期蓄水至370 m(泄洪放空洞進口底板高程)以上后，泄洪放空洞敞泄，水庫水位基本保持在374 m附近，堵頭繼續(xù)施工，至2020年4月中旬，堵頭混凝土全部澆筑完成。在水庫初期蓄水和堵頭施工過程期間，通過上述臨時監(jiān)測手段，未發(fā)現(xiàn)變形、滲漏量異常情況，佐證了上述工程措施是有效的。

8 結 語

江坪河水電站導流洞由于其特殊建設歷程、超期服役多年、未經(jīng)歷設計標準洪水的考驗等不利因素，若貿(mào)然下閘勢必存在很大的工程安全風險。下閘前，通過研究增設臨時堵頭、對導流洞進行檢測及安全性評價、對關鍵部位進行缺陷處理；下閘后，在閘門前進行水下自密實混凝土堵漏、門后結構加固及快速完成臨時堵頭混凝土澆筑等工程措施。導流洞的順利下閘與封堵證實了上述工程措施是必要的，且行之有效。