導(dǎo)流洞封堵建設(shè)之資鑒

劉志明

導(dǎo)流洞封堵建設(shè)之資鑒

劉志明

（水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院 北京 100120）

導(dǎo)流洞建筑物是水庫工程中十分重要的建筑物，關(guān)系到工程施工進(jìn)度和施工安全，然而，由于導(dǎo)流洞在前期大部分是臨時建筑物，在實際工程建設(shè)中往往不被重視。本文分析了導(dǎo)流洞封堵體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計中應(yīng)注意的問題，并列舉了工程建設(shè)中存在的問題，希望工程技術(shù)人員重視導(dǎo)流洞封堵工程的設(shè)計與施工。

導(dǎo)流洞 封堵體 建設(shè) 問題

導(dǎo)流洞是水庫工程中十分重要的建筑物，關(guān)系到工程施工進(jìn)度和工程安全，尤其是導(dǎo)流洞封堵體本應(yīng)是永久工程的重要組成部分，但由于種種原因，其重要性往往在實際工程建設(shè)中被忽視。近年來，陸續(xù)發(fā)生多起導(dǎo)流洞事故，有進(jìn)口閘門失穩(wěn)、出口閘整體失穩(wěn)造成事故的，還有因蓄水產(chǎn)生氣爆而造成事故的等。如果水庫已經(jīng)蓄水，由于導(dǎo)流洞是水庫最底層的泄水建筑物，一旦出現(xiàn)問題對工程安全造成嚴(yán)重威脅，而且其后續(xù)處理也十分困難，有時為了保證大壩安全還不得不將水庫已經(jīng)蓄的水放掉，嚴(yán)重影響水庫正常效益的發(fā)揮。本文旨在對導(dǎo)流洞建設(shè)進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，提出需注意的有關(guān)問題，供設(shè)計、施工和管理人員參考。也希望水利水電工程建設(shè)者真正重視被“遺忘”的導(dǎo)流洞封堵體設(shè)計和施工。

1 導(dǎo)流洞的作用

水庫工程施工期間，由于圍堰攔斷河道，需采用導(dǎo)流建筑物將原河道水流從上游圍堰前導(dǎo)向下游圍堰后，導(dǎo)流建筑物主要有導(dǎo)流明渠和導(dǎo)流洞。導(dǎo)流洞工程一般是臨時工程，有條件時，也可與永久泄水建筑物相結(jié)合。導(dǎo)流洞的主要特點(diǎn)是工期往往很緊迫，其封堵施工一般安排在枯水期進(jìn)行，如果不能按期完成，將對整個工程的建設(shè)工期造成影響，甚至延長。

2 導(dǎo)流洞封堵體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

2.1設(shè)計基本原則

導(dǎo)流洞作為臨時建筑物時，按臨時建筑物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計；與永久泄水建筑物結(jié)合時，其結(jié)合部分應(yīng)同時滿足永久運(yùn)行與施工導(dǎo)流要求，需按永久建筑物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計；導(dǎo)流洞封堵體是永久建筑物的組成部分，應(yīng)按永久建筑物進(jìn)行設(shè)計。

2.2導(dǎo)流洞設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL314-2004）、《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計規(guī)范》（SL623-2013）規(guī)定，導(dǎo)流建筑物級別一般為3級～5級，其設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)劃分

2.3封堵體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的選擇

導(dǎo)流洞封堵分三個階段，第一個階段是下閘，第二個階段是閘門擋水、封堵體施工，第三個階段是封堵體擋水，其相應(yīng)的擋水標(biāo)準(zhǔn)各不相同。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL314-2004）規(guī)定，封堵下閘的設(shè)計流量可用封堵時段5～10年重現(xiàn)期的月平均或平均流量，或按實測水文統(tǒng)計資料分析確定。

封堵體施工的導(dǎo)流設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)工程重要性、失事后果等因素在該時段5～20年重現(xiàn)期范圍內(nèi)選定。

封堵體作為永久建筑物的一部分，其建筑物級別和洪水標(biāo)準(zhǔn)與大壩相同，因此，其擋水標(biāo)準(zhǔn)按水庫永久運(yùn)行水位控制。

3 導(dǎo)流洞的布置

導(dǎo)流洞由于擔(dān)負(fù)著大壩施工期間河道的導(dǎo)流任務(wù)，其進(jìn)水口布置一般都很低，是水庫工程中最低的泄水建筑物。導(dǎo)流洞可分為單獨(dú)起導(dǎo)流作用和與泄洪建筑物相結(jié)合兩類，導(dǎo)流洞封堵措施及其位置與此類型相關(guān)。

3.1單獨(dú)起導(dǎo)流作用

導(dǎo)流洞完成導(dǎo)流任務(wù)后，應(yīng)適時進(jìn)行封堵。封堵體應(yīng)根據(jù)相鄰建筑物關(guān)系、隧洞圍巖工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件、隧洞襯砌情況和運(yùn)行要求分析確定，一般位于大壩防滲帷幕線上。

3.2與泄洪建筑物相結(jié)合

當(dāng)水庫水頭不高時，導(dǎo)流洞可與泄水洞直接結(jié)合；當(dāng)水頭較高時，為了解決閘門擋水問題，一般由導(dǎo)流洞進(jìn)口段改建成“龍?zhí)ь^”形式，其后部分為永臨結(jié)合。改造后的泄水控制閘位置，可以布置在隧洞進(jìn)口（云南德澤水庫導(dǎo)流洞進(jìn)口改建為“龍?zhí)ь^”）、隧洞中間（西藏旁多水庫導(dǎo)流洞在洞內(nèi)改建成泄洪控制閘），也可以布置在隧洞出口（貴州道塘水庫導(dǎo)流洞出口修建泄洪控制閘），根據(jù)不同工程的布置和運(yùn)行特點(diǎn)而定。對于改建為“龍?zhí)ь^”的導(dǎo)流洞封堵體，其位置一般位于導(dǎo)流洞與“龍?zhí)ь^”進(jìn)口段交叉部位的導(dǎo)流洞內(nèi)下游側(cè)，可減少永久工程的處理工程量。

改建工程由于泄水閘和金屬結(jié)構(gòu)施工時間長，為了不占用大壩施工工期，導(dǎo)流洞改建工程一般放在導(dǎo)流任務(wù)完成后施工。

4 封堵設(shè)計應(yīng)注意的問題

4.1設(shè)計的主要內(nèi)容

導(dǎo)流洞封堵主要設(shè)計內(nèi)容包括：封堵體長度、封堵體結(jié)構(gòu)、溫控、止水與灌漿（帷幕灌漿、固結(jié)灌漿、回填灌漿、接縫及接觸灌漿）、安全監(jiān)測等。

4.2注意的幾個問題

導(dǎo)流洞封堵體的具體設(shè)計方法和程序在許多文獻(xiàn)中均有介紹，本文不贅述，僅介紹設(shè)計過程需注意的有關(guān)問題。

4.2.1 封堵體長度

封堵體長度的計算公式較多，讀者可按《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》（SL279-2002）或參考有關(guān)文獻(xiàn)。本文需要強(qiáng)調(diào)的是，封堵體抗滑穩(wěn)定計算既要滿足隧洞襯砌與隧洞圍巖接觸之間的抗滑穩(wěn)定，還要滿足封堵體與隧洞襯砌之間的抗滑穩(wěn)定，后者往往被忽視。實際上，由于導(dǎo)流洞襯砌在導(dǎo)流期間的磨擦而會成為較光滑面，若不進(jìn)行打毛處理將成為控制條件。另外，在計算中還應(yīng)考慮洞頂混凝土可能存在不密實或接合不良等缺陷的影響。

4.2.2 溫度控制

導(dǎo)流洞封堵體應(yīng)作為永久工程進(jìn)行設(shè)計，但實際工程設(shè)計時，一般導(dǎo)流洞由施工專業(yè)負(fù)責(zé)設(shè)計而封堵體則由水工專業(yè)負(fù)責(zé)設(shè)計，由于分工的原因而沒有引起設(shè)計單位足夠的重視。從水規(guī)總院開展的安全鑒定中發(fā)現(xiàn)，一些工程設(shè)計中，沒有進(jìn)行封堵體混凝土配合比設(shè)計與試驗等工作，混凝土溫度沒有得到有效的控制而導(dǎo)致工程漏水嚴(yán)重。

4.2.3 灌漿

封堵體灌漿包括固結(jié)灌漿、帷幕灌漿和接觸灌漿，在設(shè)計與施工時應(yīng)注意以下幾個方面：一要注意封堵體與圍巖進(jìn)行有效帷幕灌漿，與大壩形成永久防滲帷幕；二要注意做好封堵體與圍巖接觸灌漿，特別是洞頂往往是薄弱環(huán)節(jié)，尤要引起重視；三要注意接縫灌漿的時機(jī)，應(yīng)在混凝土溫度基本穩(wěn)定后方可進(jìn)行。

4.2.4 排氣孔

為消除封堵體封閉后導(dǎo)流洞上游隧洞段封閉氣體對導(dǎo)流洞封堵閘門造成頂推，甚至產(chǎn)生氣爆造成工程安全事故，應(yīng)在導(dǎo)流洞上游段較高部位設(shè)置與地面相通的排氣孔。

4.2.5 安全監(jiān)測

封堵體監(jiān)測項目主要是溫度、滲壓和接縫等。由于封堵體的第一段承擔(dān)了全部或大部分水壓力，儀器布置應(yīng)以第一段堵體為主。

4.2.6 導(dǎo)流洞封堵時機(jī)

導(dǎo)流洞封堵體施工一般在閘門擋水條件下進(jìn)行，導(dǎo)流洞封堵也就意味著水庫下閘蓄水。為保障工程安全，設(shè)計時封堵施工一般選擇在枯水期進(jìn)行，此時，大壩應(yīng)具備一定的擋水條件和泄水能力。若水庫在汛期下閘蓄水，由于洪水的不確定性及水庫水位往往難以控制而上升較快，對尚未經(jīng)過洪水考驗的大壩，特別是土石壩工程會帶來一定的安全風(fēng)險；還存在汛期導(dǎo)流洞封堵體施工的安全風(fēng)險。因此，應(yīng)認(rèn)真分析河道來水、大壩形象和泄水能力的關(guān)系，權(quán)衡水庫汛期蓄水風(fēng)險與經(jīng)濟(jì)效益，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

5 導(dǎo)流洞建設(shè)中發(fā)現(xiàn)的主要問題

5.1封堵體抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；封堵體未與大壩帷幕連接，造成漏水通道

某水庫輸水隧洞封堵體抗滑穩(wěn)定復(fù)核，當(dāng)水頭10m時，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為0.916，實際封堵體應(yīng)承受的水頭為82m，工程存在嚴(yán)重安全風(fēng)險。而且大壩防滲帷幕未與封堵體連接。工程采取的補(bǔ)救措施：一是將堵體上游側(cè)長約238m的洞身段全用混凝土回填處理；二是將大壩防滲帷幕線向右岸山體內(nèi)延伸，并穿過輸水隧洞封堵體形成封閉帷幕。

5.2封堵體未進(jìn)行溫控設(shè)計和施工，沒有接縫灌漿，造成堵體與圍巖間漏水

某水庫導(dǎo)流隧洞封堵體設(shè)計，只考慮采用微膨脹水泥混凝土，未進(jìn)行溫控設(shè)計及施工，沒有接縫灌漿，也沒有埋設(shè)任何觀測設(shè)備，封堵體建成后發(fā)現(xiàn)漏水問題，經(jīng)過兩次修補(bǔ)堵漏處理尚未徹底解決。

某水庫由于導(dǎo)流隧洞封堵體設(shè)計、施工不當(dāng)，水庫初期蓄水時發(fā)現(xiàn)封堵體與圍巖間滲漏水較大，經(jīng)研究后采取自壩頂鉆孔灌漿進(jìn)行堵漏處理。

某水庫工程地處高寒地區(qū)，多年平均氣溫2.7℃，極端最低氣溫-49.8℃，極端最高氣溫40.1℃，氣候環(huán)境惡劣。封堵體長40m（混凝土劃分4個澆筑段）。設(shè)計單位沒有進(jìn)行封堵體混凝土配合比設(shè)計與試驗，尤其是沒有進(jìn)行熱學(xué)試驗，使得設(shè)計所提的溫控標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)不足；施工單位未針對封堵體混凝土開展施工配合比設(shè)計，而是從壩體眾多配合比中選一個適用于泵送混凝土施工的配合比，沒有使用微膨脹水泥，也沒有添加任何膨脹劑以補(bǔ)償收縮變形，因此，封堵體擋水后洞頂存在滲漏問題。

5.3導(dǎo)流洞出口閘失穩(wěn)事故

導(dǎo)流洞出口閘由于布置的原因，一般設(shè)備均不多，因此，出口閘的混凝土體積都不大，要滿足抗滑穩(wěn)定要求，往往需采取工程措施和施工質(zhì)量保障措施。這是保障此類結(jié)構(gòu)安全需重點(diǎn)關(guān)注的方面。

某水庫工程導(dǎo)流洞完成導(dǎo)流任務(wù)后，在其出口增建泄水控制閘，采取了加設(shè)防滲帷幕和錨固措施以滿足抗滑穩(wěn)定要求。泄水閘建成后第2年擋水時發(fā)生了閘室沿閘槽和基礎(chǔ)墊層面滑動并傾覆的事故。閘室整體失穩(wěn)的主要原因是混凝土澆筑分層過多、過薄，層面處理不到位，削弱了混凝土層間抗剪強(qiáng)度。

5.4導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門失穩(wěn)事故

某水電站導(dǎo)流洞由于門楣未按設(shè)計圖施工而導(dǎo)致進(jìn)口閘門失穩(wěn)事故。閘門失穩(wěn)時，封堵體尚未施工，將水庫已蓄近1.5億m3的水放掉。該工程事故對后續(xù)的封堵體施工帶來十分困難。處理方案是先打開原導(dǎo)流洞施工支洞作為臨時導(dǎo)流設(shè)施，再在臨時圍堰的保護(hù)下在原導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門部位施工臨時封堵體，關(guān)閉施工支洞進(jìn)口設(shè)置的拍門，水庫進(jìn)行蓄水，并在施工支洞內(nèi)澆筑臨時封堵體，再在原導(dǎo)流洞和施工支洞的臨時封堵體的保護(hù)下進(jìn)行導(dǎo)流洞永久封堵體施工。

5.5汛期蓄水忽視對導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)的復(fù)核

水庫大壩施工由于受各種不可預(yù)見因素的影響而不能如期按原設(shè)計進(jìn)度進(jìn)行時，需要改變導(dǎo)流時段和下閘蓄水時間，因此，需對封堵體施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)作相應(yīng)的調(diào)整，并復(fù)核隧洞有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計。此時，需重點(diǎn)考慮大壩安全度汛要求。

如某水電站原計劃導(dǎo)流洞封堵施工在汛后的10月至次年的4月進(jìn)行，度汛標(biāo)準(zhǔn)為枯水期10年一遇，相應(yīng)最高水位714.85m，閘門擋水高度約78m。由于施工滯后，水庫被迫在汛期下閘蓄水和導(dǎo)流洞封堵施工，此時大壩施工基本完成，而永久泄洪設(shè)施尚未完成，在這種條件下，封堵體施工的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004）第3.2.17執(zhí)行，即采用導(dǎo)流泄水建筑物封堵后的壩體度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)。壩體度汛標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇設(shè)計、200年一遇校核，相應(yīng)最高水位743.5m。隧洞結(jié)構(gòu)需按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)核，即閘門擋水高度應(yīng)調(diào)整為107m，除應(yīng)復(fù)核閘門是否加固外，還應(yīng)對進(jìn)水塔和隧洞襯砌結(jié)構(gòu)均按此要求進(jìn)行復(fù)核。

5.6水庫超規(guī)定水位蓄水，構(gòu)成工程安全風(fēng)險，甚至導(dǎo)致工程事故

某水電站經(jīng)批準(zhǔn)水庫限制蓄水位不得超過711m，而在實際蓄水過程中，項目法人在未經(jīng)報批的情況下，擅自將水庫蓄水位蓄至737m，超蓄了26m，使得導(dǎo)流洞封堵閘門等臨時建筑物長時間在高水頭下運(yùn)行，是導(dǎo)致閘門失事的重要原因。

6 建議

為了做好導(dǎo)流洞工程設(shè)計、施工和運(yùn)行管理，保障工程安全，特提出如下工作建議供有關(guān)人員參考。

（1）設(shè)計方面。加強(qiáng)專業(yè)分工的工作銜接，做好導(dǎo)流洞前期作為臨時工程與后續(xù)作為永久工程的設(shè)計；并與其他永久建筑物一樣，重視導(dǎo)流洞封堵工程設(shè)計，落實工程措施；枯水期下閘蓄水調(diào)整為汛期下閘蓄水時，注意設(shè)計條件的改變對導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的影響，并作全面復(fù)核。

（2）施工方面。施工單位不能把導(dǎo)流洞完全作為臨時建筑物來看待，應(yīng)加強(qiáng)對導(dǎo)流洞工程重要性的認(rèn)識，一旦發(fā)生事故其處理是極其困難的，并對工程建設(shè)的進(jìn)度和工程效益的發(fā)揮將產(chǎn)生很大影響，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計文件施工，保障工程質(zhì)量。

（3）建設(shè)管理方面。業(yè)主單位精心組織參建各方確保按設(shè)計要求進(jìn)行水利水電工程建設(shè)，若改變了建設(shè)進(jìn)度和條件，應(yīng)以工程安全為重點(diǎn)，組織參建各方認(rèn)真復(fù)核工程設(shè)計和建設(shè)條件。監(jiān)理單位要切實履行現(xiàn)場監(jiān)理職責(zé)，把好施工文件審簽關(guān)。

1 劉濤等.高水頭導(dǎo)流洞封堵段設(shè)計及施工要點(diǎn).水利水電技術(shù).第42 卷 2011 年第3期.

2 湯用泉.導(dǎo)流洞封堵的幾個關(guān)鍵問題.水電與新能源. 2010 年第3期總第89期.

3 《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL314-2004）. 2004.11.中國水利水電出版社.

4 《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計規(guī)范》（SL623-2013）. 2014.1.中國水利水電出版社.

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1672-2469(2014)06-0001-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.001

劉志明（1963年—）,男,教授級高級工程師,副院長。