某工程水工隧洞堵頭設(shè)計施工總結(jié)

韋光林

(安順市水利水電勘測設(shè)計院，貴州 安順561000)

1 工程概況

導(dǎo)流洞1#、2#施工支洞均為城門洞型，底寬7 m，1#施工支洞洞高由6.85 m變化至14.17 m，2#施工支洞洞高由6.85 m變化至14.81 m。導(dǎo)流洞1#施工支洞全長106.39 m，進(jìn)洞點高程EL621.277，與主洞0+99.68 樁號相交，洞身段進(jìn)行中下層開挖時，支洞隨主洞降坡，從1#支洞0 +65 樁號開始以15.7%的坡度降坡，與主洞交接處支洞洞底高程為EL613.296。

導(dǎo)流洞2#施工支洞全長109.6 m，進(jìn)洞點高程EL620.022，與主洞0 +665 樁號相交，降坡開挖從2#支0 + 59 樁號開始，坡度 15.7%，坡底高程EL612.127。

導(dǎo)流隧洞1#、2#施工支洞封堵工程主要施工內(nèi)容有:1#、2#支洞內(nèi)基巖面清理、混凝土澆筑及回填灌漿等，主要工程量詳見表1。

2 施工布置

1#、2#施工支洞封堵的施工道路可利用導(dǎo)流洞工程施工中所形成的道路。混凝土等材料經(jīng)道路直接到達(dá)兩施工面。

施工用風(fēng)由導(dǎo)流洞施工中在1#、2#支洞口已經(jīng)形成的壓風(fēng)站供應(yīng);施工用水由導(dǎo)流洞施工中在1#、2#支洞口已經(jīng)形成的水池供應(yīng);施工用電沿用導(dǎo)流洞工程已形成的施工用電設(shè)備和線路，施工期間各協(xié)作部門均以對講機作為主要通訊設(shè)備，以移動電話作為輔助通訊工具。

兩條施工支洞封堵體均采用全斷面澆筑法，一次澆筑完成。待基巖面清理、回填灌漿管預(yù)埋施工完成后進(jìn)行堵頭模架立，堵頭模板采用散裝小鋼模板拼接成形，頂拱、邊角等不規(guī)則部位采用木模板立模［1］。

表1 導(dǎo)流隧洞1#、2#施工支洞封堵主要工程量匯總表

3 水工隧洞堵頭設(shè)計

3.1 施工支洞封堵體長度計算

根據(jù)某水電站大壩、溢洪道招標(biāo)文件中各階段導(dǎo)流、度汛標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)流洞泄流階段由導(dǎo)流隧洞泄流，壩體臨時斷面擋水，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇的全年洪水，相應(yīng)的設(shè)計流量為3 940 m3/s。

根據(jù)招標(biāo)文件中相關(guān)水文資料可得3 940 m3/s流量對應(yīng)的導(dǎo)流洞內(nèi)1#支洞處水位為EL626，2#支洞處水位為EL625。兩支洞與主洞交接處支洞洞底高程分別為EL613、EL612，由此可知此階段兩支洞的作用水頭均為13 m。

由《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(SL279—2002)可知，計算公式為:

式中:L 為封堵長度，m;P 為堵頭迎水面承受的總水壓，N;［τ］為容許剪應(yīng)力，取0.2 ～0.3 MPa;A 為堵頭剪切面周長，m［2］。

將數(shù)據(jù)代入，計算得L ≥9.83 m。考慮到1#支洞在導(dǎo)流洞主洞封堵后仍受壓，2#支洞不受壓，兩施工支洞封堵體長度仍取原設(shè)計值，即1#施工支洞封堵長度15 m，2#施工支洞封堵長度10 m。

3.2 導(dǎo)流隧洞堵頭穩(wěn)定計算

水庫在正常蓄水位和校核洪水位情況下，導(dǎo)流隧洞堵頭及堵頭區(qū)圍巖安全穩(wěn)定，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計手冊》，抗剪斷強度，計算公式為:

式中:P 為設(shè)計水頭的總推力，以87.5 m水頭計算;K 為安全系數(shù)，規(guī)范規(guī)定設(shè)計工況K =2.5，校核工況K =3;L、A、S 為堵頭長度、斷面面積和斷面周長;r為混凝土容重，取r =2.5 t/m3;λ 為抗剪斷面積有效系數(shù)，取0.7 ～0.75;f 為混凝土與巖石接觸面的摩擦系數(shù);C 為混凝土與巖石接觸面的抗剪斷凝聚力。各種荷載作用［3－5］。

式中:K1為摩擦力的分項系數(shù)，取1.3;K2為凝聚力的分項系數(shù)，取3;K3為水平推力荷載分項系數(shù)，取1;K4為混凝土自重分項系數(shù)，取0.9。

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》(SL319—2005)附錄D，II 類圍巖混凝土與巖石接觸面抗剪強度指標(biāo)(f=0.75 ～0.65，C=1.10 ～1.30Mpa)。并參照已建工程經(jīng)驗及本工程巖體抗剪斷強度指標(biāo)，取f =0.7，C =1.15 MPa。計算出堵頭長度L =15 m。堵頭位于導(dǎo)流隧洞0 +150 ～0 +165 m段，該位置巖性好，為II 類圍巖。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

導(dǎo)流隧洞堵頭為永久工程，屬三級建筑物，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500 a［6］。由于本工程堵頭擋水位水頭較高，堵頭所受荷載大，因此堵頭型式采用截錐形以增加堵頭抗滑穩(wěn)定性，擴挖后堵頭最大斷面尺寸B×H =7 m×7.65 m。底板及邊墻布置錨筋(Φ20，L =2.6m，梅花型布置，間排距1.5 m)，為解決施工期堵頭上游封堵閘門的滲漏排泄問題，在堵頭底部布置2 根Φ150 排水管(待堵頭回填灌漿后進(jìn)行封堵)［7］。導(dǎo)流隧洞設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 導(dǎo)流隧洞設(shè)計結(jié)構(gòu)

4 導(dǎo)流隧洞封堵施工

主要包括6個方面的內(nèi)容:

4.1 布置插筋

在導(dǎo)流隧洞中布置Φ25 插筋，長度為2.0 m，間距2.0 m，深入基巖0.5 m，共計10 排，20 根，采用M3O 微膨脹水泥砂漿，基礎(chǔ)面清理時先以反鏟對底層虛渣進(jìn)行清理，用自卸汽車經(jīng)過施工支洞洞口運輸?shù)街付ǖ攸c［8］。

4.2 鋼筋制作安裝

1#、2#支洞封堵分堵頭A 和堵頭B，中間設(shè)施工縫，以確保工程質(zhì)量。

其中1#支洞封堵堵頭A 無鋼筋采用C25 混凝土回填，2#支洞封堵堵頭A 兩側(cè)分別為1.5 m和2 m單層鋼筋混凝土澆筑、靠近主洞段有6.5 m進(jìn)入孔及鋼襯結(jié)構(gòu)。

4.3 立模

支洞封堵的模板主要為堵頭模板，使用3015 鋼模板，模板采用內(nèi)拉外撐的方法加固，拉條采用φ14螺紋鋼，倉外用雙排腳手架支撐加固。

在倉位驗收合格后，開始立模板，主要用小模板，底部與周邊縫隙用木模封堵，拉桿間距0.8 m，焊縫長度至少10 cm，要滿焊，部分拉桿要與堵頭錨筋焊接牢固。

4.4 埋件安裝

堵頭A 和堵頭B 中間施工縫設(shè)止水銅片，止水銅片應(yīng)平整，表面的浮皮、銹污、油漬均應(yīng)清除干凈，如有砂眼、釘孔、裂紋應(yīng)予補焊。為保證支洞封堵密實，倉號澆筑前在支洞頂部設(shè)回填灌漿管路。灌漿管以焊接形式固定在錨筋上，使灌漿管固定牢固，保證在施工過程中灌漿管不發(fā)生移位，管口伸出倉號外5 cm。混凝土澆筑過程中，對灌漿管路進(jìn)行保護(hù)，確保管路暢通。

4.5 混凝土澆筑

混凝土澆筑過程中，如發(fā)現(xiàn)混凝土出現(xiàn)坍落度過大、過小、泌水嚴(yán)重等異常情況時及時處理。混凝土澆筑應(yīng)保持連續(xù)性，如因故中止且超過試驗允許間歇時間，則按工作縫處理，即已澆的混凝土強度達(dá)到1.5 MPa ～2.5 MPa后，把已澆混凝土面處理成毛面，清洗干凈排除積水，才能再進(jìn)行混凝土的澆筑。

4.6 灌漿

回填灌漿質(zhì)量檢查在該部位灌漿結(jié)束7 d后進(jìn)行。回填灌漿質(zhì)量檢查的孔數(shù)為灌漿孔數(shù)的5%。質(zhì)量檢查采用鉆孔注漿法，應(yīng)向孔內(nèi)注入水灰比2:1的水泥漿，在設(shè)計壓力下初始10 min內(nèi)注入量≤10 L即為合格。

固結(jié)灌漿在回填灌漿結(jié)束7 d后進(jìn)行，1#支洞封堵堵頭A 布置固結(jié)灌漿8 孔，圓錐形布置，入巖350 cm，1#、2#支洞堵頭A 布置固結(jié)灌漿8 孔，圓錐形布置，入巖400 cm，灌漿廊道固結(jié)灌漿每環(huán)8 孔，梅花型布置，排距200 cm，入巖300 cm。

壓水試驗檢查的檢查孔在該部位灌漿回填結(jié)束7 d后就可進(jìn)行，檢查孔的數(shù)量不宜少于灌漿孔總數(shù)的5%。灌漿壓力:1#支洞為1.5 MPa，1#及2#施工支洞固結(jié)灌漿壓力為2.0 MPa。

5 結(jié) 語

該導(dǎo)流隧洞堵頭根據(jù)近兩年多時間的監(jiān)測資料分析和運行結(jié)果看，尚未出現(xiàn)裂縫，堵頭四周無一點漏水現(xiàn)象，堵頭下游面混凝土表面也無一點滲水現(xiàn)象，堵頭運行正常。該導(dǎo)流隧洞封堵混凝土在工期要求十分嚴(yán)格下獲得了成功。這一成功經(jīng)驗為今后的水電工程隧洞堵頭設(shè)計和施工起到很好的借鑒作用。

［1］楊靜安，羅林. 水工隧洞封堵堵頭體型結(jié)構(gòu)設(shè)計研究［J］.南水北調(diào)與水利科技，2009，07(01):104 －106.

［2］甘文喜. 水工隧洞堵頭設(shè)計探討［J］. 人民長江，2001，32(05):34 －36.

［3］林正偉，何江達(dá)，陳建康. 水工隧洞堵頭用常規(guī)方法與有限元計算的差異［J］. 四川水力發(fā)電，2003，22(02):80 －83.

［4］楊靜安，伍鶴皋. 大型導(dǎo)流隧洞堵頭結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定分析［J］.水電能源科學(xué)，2007，25(01):94－97.

［5］蘇凱，伍鶴皋，向功興，等. 有限元強度折減法在導(dǎo)流隧洞堵頭穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用［J］. 水利水電技術(shù)，2008，39(01):43 －46.

［6］孫維華. 中小型水工隧洞設(shè)計與施工優(yōu)化［J］. 甘肅水利水電技術(shù)，2006，42(04):382 －384.

［7］宋榮禮，譚華文. 沙牌水電站導(dǎo)流洞堵頭設(shè)計與施工［J］.水利水電施工，2010(05):96 －99.

［8］龍崗. 淺談中小型水工隧洞的設(shè)計［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)，2006(06):361.