巖溶區導流洞汛前封堵風險分析與對策措施

張 健，吳開龍

（1.貴州省水利投資(集團)有限責任公司，550003，貴陽；2.貴州省水利水電勘測設計研究院，550003，貴陽）

平寨水庫導流洞處于爛田壩至木底河巖溶管道分支系統附近，溶洞及裂隙發育。按照工程年度計劃目標，需在當年4月中旬完成水庫下閘蓄水，較原初步設計2月下旬下閘蓄水時間推遲了近50天，下閘洪水流量從原來的20.9 m3/s增加至35.3 m3/s。導流洞的地質條件及封堵時間推后均對導流洞封堵不利，增加了導流洞封堵風險。為控制和降低風險，多次開展了封堵風險分析，對堵頭布置及施工安排進行優化，最終順利完成了導流洞的封堵。

一、導流洞布置

導流洞布置在大壩右岸，由進口明渠、進口閘門井、洞身段、出口明渠組成，全長904 m。隧洞進口底板高程1 188.0 m，出口底板高程1 185.0 m，底坡0.336%，過流斷面為7.5 m×10 m城門洞形，設計最大過流量2 140 m3/s。隧洞0+000.00～0+649.98段為上游直洞段，0+649.98～0+749.50 段為平面轉彎，0+749.58～0+904.00 段為 下游直洞段。隧洞0+000.00～0+387.85段采用50 cm厚C20鋼筋混凝土襯砌，0+387.58～0+407.00采 用 10 cm 厚C20噴混凝土及錨桿支護，0+407.00～595.37洞段采用50 cm厚C20鋼筋混凝土襯砌，0+595.37～0+816.00采用10 cm厚C20噴混凝土支護，0+816.00～0+904.00洞段采用 50 cm厚C20鋼筋混凝土襯砌。

二、導流洞封堵設計

1.堵頭段工程地質條件

導流洞堵頭段主要地層巖性為三疊系統下永寧鎮組第二段第四層（T1yn2-4）灰巖與泥質灰巖互層，以及第二段第三層(T1yn2-3)泥巖，巖層傾上游偏向山體側，傾角約40°。除0+409.00～0+415.00段圍巖溶蝕破碎嚴重，頂部有豎井狀溶洞發育，下部洞口直徑約4 m，上部變小，黏土充填(導流洞開挖時黏土掉落，可見深度5～6 m，導流洞襯砌時對溶洞局部進行了混凝土回填)，溶洞周圍有滴水，其余段為Ⅲ類圍巖。

2.堵頭設計

圖1 導流洞堵頭縱剖面結構圖

堵頭長度按沖壓剪切公式計算和按抗剪斷強度公式復核，堵頭長度40 m，并結合帷幕線布置（帷幕線與導流洞軸線交叉位置0+413.13），堵頭布置于 0+395.00～0+435.00。0+395.00～0+409.00 為一期堵頭（C25微膨脹混凝土 1 667 m3），0+409.00～0+435.00為二期 （C25微膨脹混凝土1 365 m3）、三期堵頭（3.5 m×5.0 m 廊道C25微膨脹混凝土455 m3）。導流隧洞堵頭結構型式為倒楔形，0+395.00～0+395.58堵頭橫斷面為8.7 m×11.1 m城門洞形；0+395.58～0+397.58 段堵頭橫斷面由8.7 m×11.1 m漸變為12.4 m×15.0 m；0+397.58.58～0+409.00 堵頭橫斷面由12.4 m×15.0 m漸變為7.5 m×10 m；0+409.00～0+435.00 堵頭橫斷面為 7.5 m×10 m（圖 1）。

3.堵頭施工導流標準

導流洞堵頭為永久工程，屬1級建筑物，設計洪水標準按500年一遇，擋水水頭140.13 m；校核洪水標準按5 000年一遇，堵頭擋水水頭141.82 m。按《水利水電工程施工組織 設 計 規 范 》(SL 303—2004)第3.2.18條，平寨水庫導流洞下閘后堵頭施工期間導流標準采用10年一遇。按照4月中旬導流洞下閘蓄水，一期堵頭在水庫水位上升至堵頭前洞段襯砌結構所能正常承受的1 240 m庫水位之前(且不晚于4月30日)完成混凝土施工；二期堵頭混凝土澆筑不晚于6月30日完成，其余三期廊道混凝土、固結灌漿和回填灌漿、三期廊道回填混凝土澆筑、帷幕及其搭接灌漿等不晚于7月30日完成。

三、導流洞封堵風險分析

1.進口閘門漏水及涌水風險

導流洞進口設置了一次性潛孔式平面滑動鋼閘門1扇，孔口尺寸為7.5 m×10 m(寬×高)，最高擋水水位為1 265.80 m，最大動水閉門的下閘水位為1 193.00 m，最大下閘水頭為5 m，最大啟門水頭12 m。采用下游頂、側止水布置，頂、側止水采用P60A橡塑復合止水(實心)，底止水采用I20橡膠止水。導流洞于2011年9月正式過水，2014年7月度汛最高水位達1 244.2 m，截至2015年3月底，進口閘門已正常運行43個月。

由于閘門閉門水頭小，運行時間長，落閘后可能存在閘門無法完全關閉和止水效果差，漏水及涌水量大的風險。

2.進口淺埋段隧洞襯砌結構破壞風險

隧洞進口 0+00.00～0+031.00段地形坡度30°，圍巖埋深不足20 m，開挖后初期采取錨噴支護(C20噴混凝土厚度10 cm，錨桿為φ25、L=3 m、間距2 m)，后期采用50 cm厚鋼筋混凝土襯砌（頂拱進行回填灌漿，灌漿壓力0.3 MPa）。設計進口0+000.00～0+010.00(Ⅳ類圍巖)外水折減系數取0.15，0+010～0+387.58(Ⅲ類圍巖)外水折減系數取0.1，經復核采用的外水壓力折減系數偏小，導流隧洞進口段隧洞埋深較淺，水庫水位上升速度較快，可能存在庫水通過淺埋段下滲擊穿襯砌混凝土邊墻的風險。

3.堵頭上游洞身巖溶處理對襯砌結構破壞風險

導流洞沿線主要分布強巖溶地層，堵頭前段開挖揭露了7個大型溶洞和強溶蝕裂隙區，為爛田壩至木底河巖溶管道的分支系統，對揭露的溶洞未進行專項封堵設計和施工，僅采用簡易封堵（如采用漿砌石和黏土對漏水點進行封堵），在2013年汛后檢查時已發現襯砌邊墻有裂縫射水現象存在。一期堵頭施工期間，庫水沿管道系統直接作用在襯砌的邊墻或頂拱上，庫水位還未到達設計水位前襯砌結構被提前擊穿破壞，可能出現涌水大影響封堵的風險。

4.堵頭段巖溶道出現涌水風險

堵頭段0+409.00～0+415.00與爛田壩至木底河巖溶管道的大型分支系統相遇，頂部發育有大型溶洞空腔，僅做了臨時處理，還有約6 m高的帷幕沒有形成，2014年3月檢查時有少量漏水存在。二期堵頭施工期水庫水位上升，庫水位與管道連通形成水流通道出現涌水風險，同時若遇降大到暴雨山體滲水產生涌水量大影響封堵的風險。

5.一期堵頭施工時間緊的風險

導流洞進口閘門及堵頭上游洞段襯砌結構設計水位為1 265.8 m，經復核實際能夠承受1 240 m的庫水位。按照4月中旬下閘蓄水，經水文調算庫水位上升至1 240 m高程時間為15天(P=10%)；同時按照審批的導流洞封堵施工方案，一期堵頭自下閘后需14天時間能澆筑完成，混凝土強度未達到設計要求，導流洞襯砌混凝土將可能存在被擊穿的風險。

四、導流洞封堵對策措施

1.進口閘門處理

進口閘門落閘前，組織了參建單位對閘門門楣、門槽進行全面檢查，對閘門頂、側止水橡膠進行了更換，并委托專業潛水員對底坎止水及垃圾進行了清理；落閘后，仍委托專業潛水員對閘門周邊止水進行了檢查，并在閘門前堆放了黏土麻袋進行止水。

2.進口潛埋段隧洞加固處理

為減少外水壓力對導流隧洞進口0+000.00～0+031.00淺埋洞段襯砌結構的影響，采取從地表對該洞段洞頂及洞外兩側進行固結灌漿、洞內底板及側墻增設排水孔。0+000.00～0+016.00洞段平行于洞軸線方向布置7排固結灌漿孔，排距 3 m，每排布置 8孔，孔距 2 m；0+016.00～0+031.00洞段平行于洞軸線方向布置5排固結灌漿孔，排距3 m，每排布置5孔，孔距3 m。總鉆孔81個，進尺2 248 m。

3.優化堵頭布置，整體下移

原設計堵頭位置為0+387.58～0+427.58，其中一期堵頭為0+387.58～0+401.58。為了減少堵頭段溶洞可能涌水對二期堵頭施工的影響，將堵頭整體移至 0+395.00～0+435.00（下移7.42 m），并將二期堵頭 0+409.00～0+435.00段分為 0+409.00～0+422.00和 0+422.00～0+435.00兩段實施，盡快完成 0+409.00～0+415.00溶洞段的施工。同時,將二期堵頭混凝土澆筑前實施的錨桿施工調整至混凝土澆筑完成后結合固結灌漿孔實施，加快混凝土澆筑時間。

4.增加排水措施，應對突發涌水

一期堵頭原設計排水管道為DN300的4根排水鋼管，考慮進口閘門漏水及洞內滲水增加改為DN500的4根排水鋼管，排水量增加了2.8倍。但在落閘后滲水量少，實施時只埋設了2根DN500排水鋼管。

5.增加排氣減壓孔，預防氣爆對堵頭混凝土破壞

當水庫水位上升至導流隧洞進口閘門設計最高擋水水位1 265.8 m后，臨時封堵閘門可能發生瞬時破壞而導致堵頭上游洞內產生氣爆，為預防氣爆對堵頭混凝土產生破壞，在導流洞堵頭上游洞段洞軸線上0+204.00、0+240.00共設置 2個排氣減壓孔，開孔高程分別為1 280 m、1 290 m，孔徑為150 mm。

6.埋設冷卻水管，減少混凝土開裂破壞

堵頭混凝土澆筑時采用埋設冷卻水管通水冷卻，沿隧洞軸線方向布置DN32的HDPE塑料冷卻水管3層，層間距為3.0 m，冷卻水管中通以不低于0.18 MPa的循環水。

五、結 語

通過充分的方案論證和精心的施工準備，平寨水庫導流洞于2015年4月14日7:38落閘，一期堵頭混凝土4月19日10:30開倉澆筑，4月22日19:30澆筑完畢，較計劃工期提前6天，設計工期提前8天；二期堵頭混凝土于5月1日16:20澆筑完成，較計劃工期提前30天,較設計工期提前60天；三期混凝土及相關灌漿工作于5月底前全部完成，較計劃工期提前約30天，較設計工期提前60天。

為控制和降低巖溶發育區大斷面導流洞在臨近汛前封堵風險,順利完成堵頭施工,建議在導流洞及堵頭設計及施工過程中重點關注:一是合理選擇進口閘門型式、閉門水頭及擋水水頭；二是高度重視開挖過程中揭露的巖溶管道，制定系統的處理方案，并切實處理到位；三是根據揭露的地質及地層條件，以及封堵時可能發生的水庫水位，合理選取計算參數，確保襯砌結構的可靠性；四是結合導流洞出口的地形條件，適當抬高導流洞出口底板，為導流洞封堵時實現自流排水創造條件；五是合理選擇一期堵頭位置，優化或簡化一期堵頭結構布置，為落閘后快速完成一期堵頭混凝土澆筑創造條件。

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