大石峽水利樞紐工程導流洞進口圍堰設計及施工

宋虹兵 ,黃國強

(1.新疆維吾爾自治區塔里木河流域大石峽水利樞紐工程建設管理局，新疆 阿克蘇 843000；2.新疆維吾爾自治區塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000)

1 工程概況

大石峽水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區阿克蘇地區溫宿縣與烏什縣境內的庫瑪拉克河大石峽峽谷出口，下游距已建的小石峽水電站約11 km，工程對外交通方便。大石峽水利樞紐工程由混凝土面板砂礫石壩、左岸引水發電系統、左岸泄洪系統、左岸地面廠房等建筑物組成，最大壩高247.0 m，總庫容為11.7億m3，電站總裝機容量750 MW，為Ⅰ等大(1)型工程，面板壩為1級建筑物，臨時建筑物導流洞為4級建筑物。

大石峽水利樞紐工程大壩采用“圍堰一次斷流、隧洞過流、大壩基坑全年施工”的導流方式。導流洞布置在壩址的左岸，1條隧洞，平面上在進口附近設置1個彎道，出口順直，導流標準按照20年一遇洪水2 266 m3/s設計。導流洞過流斷面型式為圓拱直墻型，過水斷面尺寸為10.0 m×14.5 m(寬×高)。導流洞進水塔底板高程為1 487.00 m，出口底板高程為1 479.00 m，洞長1 203.0 m，洞底縱坡為6.65‰，出口接明渠和消能池進行消能。進口邊坡最大開挖高度約85 m，進水塔閘室段長18 m，寬22 m，塔高52 m。

2 導流洞進口原圍堰設計方案

為保證導流洞進口閘室和隧洞正常施工，設計初擬在導流洞進口設一道巖坎+土石圍堰擋水，擋水標準為10年一遇洪水1 970 m3/s，相應的圍堰頂部高程1 500.70 m。開工后現場勘察發現，預留巖坎處巖石較破碎，厚度小于原設計一半以上，受下游小石峽電站庫區淤積影響，導流洞進口處河床高程約1 485.00～1 487.00 m，比可研設計階段高6～8 m。在巖坎和覆蓋層上修筑高約14 m的土石圍堰需侵占較大河道行洪斷面，導致水位雍高、流速加大，對圍堰施工、運行安全不利。經分析、論證推薦采取巖坎、局部覆蓋層上混凝土圍堰擋水方案。

導流洞進水塔基礎、隧洞開挖時段為2018年3月份至2019年8月，期間歷經2018年和2019年2個汛期，受小石峽影響,河床水位每年抬高約1 m。為了盡可能減少圍堰對河床的束窄，混凝土圍堰堰頂高程根據實測上一年洪水水位分步加高確定。

圖1 導流洞進口圍堰布置圖 單位：m

3 2018年圍堰設計和施工

3.1 進口圍堰頂高程確定

2018年汛期導流洞進口段預留堰塞，以保障洞內施工有序進行。進口基坑主要為進水塔基礎開挖及混凝土澆筑施工。為最大限度的減少圍堰對河道的束窄，2018年進口圍堰導流標準為枯水期10年一遇，流量405 m3/s，且不小于去年汛期最高水位(2017年7月上游河道最高水位為1 494.00 m高程)，確定進口圍堰頂高程為1 496.00 m，即采用過水圍堰，如發生超標洪水時，及時撤離人員、設備，在洪峰過后利用水泵抽排水后再繼續施工。

3.2 圍堰布置及結構設計

圍堰機構設計為鋼筋混凝土圍堰，圍堰長度約50 m，堰頂高程1 496.00 m，頂寬0.6 m，堰底高程1 490.00 m，底寬3.4 m，迎水側坡比1∶0.3，背水側為鉛垂面，導流洞進口圍堰布置和剖面分別見圖1和圖2。

圖2 導流洞進口圍堰剖面圖 單位：m

圍堰混凝土標號采用C15，在底板和背水側布設的單層鋼筋。基礎采用回填碾壓石渣，填筑厚度3～5 m，覆蓋層基礎布設5排控制性灌漿孔，灌漿孔進入巖坎1 m，梅花形布置，形成一個拱形基礎(見圖3)，既可加固覆蓋層基礎，又起到加強基礎的防滲功能。混凝土圍堰基礎再布設2排?48 mm鋼管樁，排距1 m，孔距3 m，入基礎灌漿體約1 m，外露1 m，梅花形布置，鋼管柱與鋼筋網焊接。上游圍堰修筑后，導流洞進口處河道寬度約45 m。為提高圍堰的安全穩定，同時滿足2018年防洪度汛要求，在圍堰迎水側坡腳處拋投大塊石和部分2 m3鋼筋籠進行防護，鋼筋籠采用?12～?20 mm的鋼筋組合加工成型。

圖3 導流洞進口圍堰控制性灌漿平面布置圖

混凝土圍堰荷載考慮堰體自重、靜水壓力、揚壓力3種主要荷載，經計算分析混凝土圍堰抗滑、抗傾穩定及基礎應力均滿足相應要求。

3.3 圍堰基礎處理施工

圍堰基礎回填石碴料采用20 t自行式振動碾碾壓密實，覆蓋層基礎控制性灌漿布置5排，孔間排距1.0 m，梅花形布置，孔底插入基巖巖坎以下1.0 m，防滲系統形成封閉。灌漿分兩序進行，風動式鉆機由上游向下游造孔，孔徑127 mm，高壓注漿機灌注0.8∶1的水泥漿和水玻璃，水玻璃摻量3%～5%。灌漿時，先灌注背水面側，再灌注迎水面側，最后灌注中間孔。防滲標準按照5 Lu控制，經單點壓水試驗檢查，壓水試驗合格，閘室基礎開挖和混凝土澆筑施工中，圍堰無滲水，為干地施工創造了條件。

4 2019年圍堰加高設計和施工

4.1 進口混凝土圍堰頂高程加高方案

2019年對導流洞進口附近河床復測，河床高程抬高約1 m，經復核按照汛期導流標準10年一遇洪峰流量1 970 m3/s，對應水位1 500.40 m，比2018年過水圍堰堰頂高程1 496.00 m高4.4 m，此時導流洞已經全面貫通，混凝土襯砌施工進入高峰期，如果仍然采取過水圍堰方案，洞內設備和人員撤離基無可能，所以2019年度汛導流洞進口采用全年圍堰，為確保2019年安全度汛，導流洞進口圍堰在1 496.00 m高程上設置混凝土擋墻圍堰進行加高和對原混凝土圍堰進行加固。

導流洞進口混凝土圍堰由1 496.00 m加高至1 500.70 m，堰頂寬度0.36 m，迎水面鉛垂、背水側坡比1∶0.2，圍堰混凝土標號C15。為確保加高后的重力式混凝土圍堰安全穩定，在原圍堰背水側和進水塔混凝土之間的導0-21.60 m～導0-18.60 m回填C15的混凝土至1 492.20 m，在進水塔兩個過水孔正前方的圍堰背水側增加肋板和鋼筋籠，其余部分回填石碴。

肋板頂高程1 499.00 m，頂寬0.6 m，厚度0.4 m，坡比1∶0.72，間距3.15 m；上游側石碴回填至1 498.00 m，頂寬1.5 m，坡比1∶1.3；下游側石碴滿填與閘門安裝臨時施工道路相結合。導流洞進口圍堰體型斷面見圖4，三維模型結構見圖5。

圖4 導流洞進口加高后混凝土圍堰體型斷面圖 單位：m

圖5 導流洞進口圍堰三維結構型式圖

沿河流方向圍堰背水側增加了肋板及鋼筋籠，以增強圍堰的抗傾覆性，且肋板與進水塔基礎混凝土相銜接，進水塔混凝土間接的對圍堰進行了支撐，有利于圍堰的抗滑和抗傾覆，同時圍堰背水側基坑上游側預留集水井，堰基內的滲水排入集水井中然后集中抽排。

經計算混凝土圍堰抗傾覆、基礎應力均滿足要求。

4.2 進口圍堰加高施工

在進水塔混凝土澆筑過程中，先進行圍堰1 496.00 m高程的插筋造孔及安裝施工。在不影響進水塔混凝土施工的前提下，先對圍堰加高2 m(上游側圍堰稍微滯后，以便集水井施工)，圍堰背水側模板安裝過程中人工在肋板位置安裝?20 mm插筋。

進水塔進水口混凝土澆筑完成并拆除模板后，開始圍堰的全面加高加固施工。首先澆筑圍堰背水側和進水塔混凝土之間混凝土至1 492.20 m，澆筑前在1 487.00 m高程縱向埋設?200 mm的排水鋼管，澆筑后在肋板位置預埋?20 mm插筋；在上游的滲水坑內回填0.5 m高的排水卵石后，人工配合25 t吊車安裝直徑2 m的涵管至1 498.00 m高程，涵管安裝過程中使用長臂反鏟及時分層回填石碴，平板夯分層夯實，以確保涵管的穩定；下游側滲水坑內回填排水卵石至1 487.50 m高程，將下游滲水引排至上游集水井中。最后將整個圍堰加高至1 500.70 m高程，并完成圍堰背水側肋板混凝土施工和肋板間的3層鋼筋籠安裝。圍堰混凝土全部施工完成后，將上下游側圍堰的石碴回填至相應高程。

圍堰混凝土加高施工中，盡量每層通倉一次性澆筑成型，如需要留施工縫，應避開上下游側的轉折點。混凝土圍堰上下游兩側與岸坡巖石交接處，人工使用風鎬進行處理，確保混凝土圍堰嵌入巖石0.5 m。導流洞進口混凝土圍堰施工完成后，在堰頂每隔20 m布置1個安全監測控制點，在圍堰迎水側設置水尺。為確保導流洞進口混凝土圍堰不影響進水塔的設計結構，在圍堰混凝土與進水塔混凝土相接觸的部位，全部安裝竹膠板進行隔離，以便后期混凝土圍堰拆除。

5 結 語

大石峽水利樞紐工程導流洞進口河床較窄，結合導流隧洞內開挖、混凝土澆筑時段，2018年采取過水圍堰、2019年采取全年擋水圍堰標準，混凝土圍堰采取逐年分步加高至10年一遇洪水擋水水位的方式，確保了導流洞施工期度汛安全。

混凝土圍堰基礎覆蓋層采用控制性灌漿，不但起到了加固覆蓋層基礎作用，而且起到了防滲作用，基礎加固效果顯著。經過2018年10年一遇洪水，基坑進水，擋墻和基礎未受沖刷破壞。2019年混凝土圍堰加高后，其加高混凝土擋墻及其支撐結構經受2019年度汛考驗，汛后檢查圍堰基礎和混凝土結構正常。

綜上說明，覆蓋層經過水泥灌漿加固處理，其防沖和承載力提高效果明顯，在其上澆筑混凝土擋墻式圍堰，并在下游側設置扶壁式支撐結構能夠滿足抗滑和抗傾穩定要求，對狹窄河谷導流洞進口圍堰的設計和施工起到了示范作用。