平寨水庫導流隧洞封堵設計及幾個關鍵問題

歐 波

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

平寨水庫導流隧洞封堵設計及幾個關鍵問題

歐 波

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

黔中水利樞紐一期工程平寨水庫導流隧洞處于的強巖溶峽谷區，地質情況較為復雜，根據工程建設目標要求及實際實施情況，水庫下閘蓄水時段接近枯水期末，封堵難度、強度及風險均大大增加，設計上采用了綜合處理措施確保下閘封堵期間堵頭施工及運行的安全穩定，同時施工上作了有序、合理安排及充分的準備，為導流隧洞下閘成功封堵提供了堅實的基礎保障。

黔中水利樞紐工程；平寨水庫；導流隧洞；堵頭；混凝土；封堵

0 工程概況

黔中水利樞紐工程平寨水庫位于三岔河中游六枝與織金交界的平寨村附近，是貴州省第一個大(1)型水利樞紐工程，以灌溉和城鄉供水等主要功能為主，并兼顧發電。水庫總庫容10.89億m3，調節庫容4.48億m3，壩址以上集雨面積為3492km2，多年平均流量為62.7m3/s，年徑流量達19.77億m3。擋水、泄洪放空、發電及灌溉取水口等主要建筑物為1級建筑物，發電及灌溉隧洞、電站等建筑物為3級建筑物，導流隧洞等臨時建筑物級別為4級，導流隧洞堵頭為永久建筑物，采用了與大壩相同級別，按1級建筑物設計。

1 地質條件

平寨水庫導流隧洞布置于大壩右岸，全洞段圍巖從上游至下游分別穿越了三疊系下統永寧鎮組的T1yn3、T1yn2-4、T1yn2-3、T1yn2-2、T1yn2-1及T1yn1-2的地層巖性，其中T1yn3、T1yn2-4、T1yn2-2、及T1yn1-2以灰巖為主的洞段占80%以上，其余為T1yn2-3和T1yn2-1泥巖為主的洞段。根據導流洞開挖揭露的巖溶現象，溶蝕多為順層發育，僅在樁號0+125至上游進洞口段的山體側靠導流隧洞底板處發現有穿層巖溶(平行于洞軸線)管道，洞徑約1m，被常年巖溶管道水沖刷，洞內光滑，無充填物分布。堵頭段及其附近未發現穿層巖溶管道系統存在。

2 導流隧洞及堵頭布置設計

根據工程總體建設目標，導流洞擬于2015年4月中旬下閘封堵，下閘標準采用10a一遇4月中旬旬平均流量，旬平均流量為35.3m3/s，閘前水位為1190.17m，下閘水頭2.17m，小于設計閉門水頭5.0m，導流洞下閘后堵頭施工期間導流標準采用10a一遇。

2.1 導流隧洞布置

導流隧洞全長904m，進口位于平寨大壩上游右岸，出口位于壩后平寨電站下游右岸接下游河道，斷面為7.5m×10m的城門洞型，進口底板高程1188.0m，出口底板高程1185.0m，隧洞底坡為0.336%。根據實際開挖揭露的地質情況，隧洞洞身選擇了C20鋼筋混凝土結構襯砌和混凝土噴錨的兩種支護型式，除隧洞樁號導0+591.93-導0+816.00及導0+395.00-導0+409.00(一期堵頭段)采用噴錨支護外，其余洞段均進行了鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為500mm。在導流隧洞進口設1扇臨時封堵平面滑動鋼閘門，閘門孔口尺寸為7.5m×10m，閘門底檻高程為1188.0m，設計擋水水頭78m，閉門水頭5m。

2.2 堵頭設計布置

導流隧洞永久封堵堵頭位置為滿足永久安全及穩定運行要求，除了選擇在地質情況較好的洞段以外，還考慮了與右岸山體段防滲帷幕相結合，讓帷幕穿過堵頭段，具體設置在導流隧洞樁號0+395.00-0+435.008洞段，圍巖巖性為T1yn2-4和T1yn2-3，堵頭長度40m，結構型式為倒楔型，材料采用C25混凝土(R28、二級配、W8 、F100、膨脹率(40-50)×10-6)，堵頭混凝土分三期澆筑：一期進行導流隧洞0+395.0-0+409.0段堵頭混凝土澆筑；二期進行0+409.0-0+435.0段灌漿廊道(3.5m×5m城門洞型)周邊混凝土澆筑；三期進行0+409-0+435.0段灌漿廊道回填混凝土澆筑。

導流隧洞封堵堵頭段除混凝土澆筑封堵實施外，為確保堵頭在施工期、蓄水期及長期運行期的可靠安全，還進行了以下措施保證導流隧洞、封堵堵頭及水庫樞紐建筑物在蓄水階段的穩定運行的。

2.2.1 導流隧洞進口淺埋段加固措施

由于原設計導流洞堵頭封堵時段計劃在枯水期2月初下閘封堵，期間的旬平均流量較小，堵頭封堵時段相對較富裕；但工程建設受諸多復雜因素影響，水庫下閘封堵后延至4月中旬后，則旬平均流量變大，洪水出現的幾率也增大，這就大大增加了進入汛期前封堵施工的強度和風險，為確保導流隧洞封堵閘門及其后隧洞淺埋段山體及洞室結構有效地抵御一期封堵堵頭封堵期間的庫水壓力，延長一期堵頭的施工及運行時段，根據導流洞進口淺埋段地質情況，在導流隧洞進口0+000-0+031淺埋洞段(洞頂以上圍巖厚度20m以內洞段)沿隧洞軸線布置了5-7排固結灌漿，排距3m，孔距2-3m，導流隧洞上方孔深位于洞身頂拱范圍，兩側的孔深位于隧洞底板以下15m，灌漿壓力≤0.5MPa，透水率按不大于5lu控制。

采用固結灌漿加固措施對淺埋段圍巖進行處理后，根據壓水試驗檢查，滿足要求，達到了加固圍巖、減小滲水的目的，起到了減少一期堵頭施工期間的排水量及降低施工難度的效果。

2.2.2 施工期排氣減壓措施

導流隧洞下閘蓄水階段，當水庫水位上升至導流隧洞進口閘門設計最高擋水水位1265.8m后，存在臨時封堵閘門可能發生突然破壞而導致堵頭上游段洞內瞬間充水而產生氣爆的可能，一旦發生氣爆則會破壞堵頭及周邊臨近建筑物；為預防這種破壞的可能，在導流隧洞堵頭上游洞段樁號0+204和0+240分別設置了2個排氣減壓孔，采用鋼管直接伸向上部地面，與外界大氣接通，有效地確保了初期蓄水的安全穩定。

2.2.3 施工期堵頭排水措施

堵頭混凝土澆筑期間，為排除堵頭上游洞段閘門、襯砌結構、巖溶管道等部位的滲水，實施階段在堵頭混凝土內埋設2根DN500的臨時排水鋼管，管底高于導流隧洞底板20cm，并在導流隧洞樁號0+409.0-0+413.0設置閥室井，三期堵頭混凝土澆筑時，關閉臨時排水管閘閥后，拆除閘閥下游閥室內的排水管段，并采用泵送混凝土將閥室后管道回填密實。期間的有效引排可以避免堵頭前段大量滲水對堵頭施工的干擾，保證封堵混凝土的施工質量。

2.2.4 堵頭段固結灌漿

為提高堵頭段圍巖整體性，增強堵頭周邊圍巖的抗剪能力及確保混凝土堵頭頂拱與圍巖緊密結合，對堵頭頂拱范圍內進行固結兼回填灌漿及周邊固結灌漿，一期堵頭固結及回填灌漿在二期廊道內打斜孔灌漿；二期堵頭固結及回填灌漿在灌漿廊道內進行。灌漿孔深入圍巖8m，灌漿孔排距3m，每排12孔，灌漿壓力0.5-1.0MPa。

2.2.5 堵頭段結合面處理

為進一步加強堵頭混凝土與圍巖、分期混凝土之間的緊密結合，在導流隧洞堵頭段樁號導0+409.0-0+435.0混凝土與周邊圍巖采用Φ25錨桿插筋連接，錨桿長度4.5m，排距3.0m，間距2.5m。對各分期澆筑混凝結合面及原隧洞襯砌混凝土進行鑿毛處理，鑿毛深度8-10mm，毛痕的間距為30mm左右，鑿毛率≥90%。

2.2.6 堵頭混凝土溫度控制措施

為防止堵頭混凝土澆筑期間產生大量水化熱，內部溫度過高，堵頭混凝土采用了埋設冷卻水管通水冷卻措施，沿隧洞軸線方向布置3層冷卻水管，層間距為3.0m，冷卻水管中通以不低于0.18MPa壓力的循環水。

2.2.7 施工期堵頭安全監測

導流洞封堵段監測項目包括溫度、滲壓、縫隙等。共選擇了0+395.58m、0+397.58m、0+416.0m等3個監測斷面進行布置。每個監測斷面分別布置了5支裂縫計，在左、右邊墻上部及中部各布置1支，在拱頂布置1支以監測堵頭與基巖的接觸縫開合情況。在每個監測斷面的中部布置4支溫度計，第一支位于底部，其上3m、6m、9.0m處各布置1支，共布置溫度計12支。在每個監測斷面的底部和拱頂各布置1支滲壓計，以監測堵頭滲壓情況。

圖1導流隧洞堵頭縱剖面圖

圖2 堵頭Ⅰ-Ⅰ剖面圖

3 導流隧洞下閘蓄水期間幾個關鍵問題

水庫下閘蓄水時機及條件受制于多種綜合因素，包括主觀及客觀因素，如水庫地質條件、下閘封堵期間的氣候及來水情況、水庫上游已建工程的情況、工程及相關建筑物的建設狀況、下閘及堵頭封堵期間的季節時段、下閘后堵頭封堵施工組織方案及準備工作情況等等；

3.1 下閘封堵時段的選擇

工程把下閘封堵時段放在枯水期進行，這樣可以大大降低由此帶來的風險程度。枯水期一般是11月初-次年4月底，汛期則在5月初-10月底，較好的下閘時段應在11月初-次年4月底期間進行，在汛期或主汛期來臨之前完成堵頭封堵施工并基本具備運行條件，越往后施工強度及難度就越大、壓力和風險也越大，本工程原計劃安排在2月份下閘，由于受建設進度影響，下閘蓄水時間延后到4月中旬開始，這就給堵頭封堵施工強度提出了較高的要求。

3.2 導流隧洞下閘前的工作準備

導流隧洞下閘后堵頭施工的制約因素較多，但堵頭混凝土澆筑前的大量準備工作是重中之重；因此盡可能縮短下閘后堵頭封堵時間。

本工程在水庫下閘前，一方面選擇合適的時機在導流隧洞進口采用布置卷揚機、鋼繩及船只等設施，完成了洞內結構及襯砌的檢查，布設了洞內照明線路等工作，另一方面在導流隧洞出口河段完成了河道清渣、出口段的鋪路，同時準備了洞內墊路、模板、鋼管及澆筑堵頭混凝土的材料、設備及設施；2015年4月14日水庫下閘后，一期堵頭混凝土于4月22日8天內澆筑完成，方量為1667m3，平均每天澆筑208m3；二期堵頭廊道混凝土于5月2日完成澆筑，方量為1365m3，平均每天澆筑136m3；由于整個施工組織方案的有序布置和實施，準備工作的順利完成，保證了堵頭封堵施工及運行的安全。

3.3 導流隧洞堵頭排水管閘閥關閉時機

導流隧洞堵頭段預埋的排水鋼管主要是用于引排封堵期間堵頭上游洞段及閘門的滲水，以減小滲水對堵頭施工的影響；一期堵頭下游設置了閘閥，用于后期的關閉及封堵，那么何時關閉閘閥也是值得考慮的問題；對于排水鋼管閘閥的關閉時機還應根據實際工程的具體情況而定；本工程導流隧洞一、二期堵頭混凝土澆筑完成時基本已進入汛期，導流洞襯砌結構的理論承受水頭約50m(針對下閘蓄水時的初始水位而言)，為避免期間洪水引起庫水位驟升而導致山體溶洞、導流洞襯砌、封堵閘門等破壞，造成大量庫水瞬間進入導流洞而可能引發的氣爆現象，庫水位上升至1240m前，保持堵頭預埋的2根排水管全部處于開啟狀態；加快封堵段灌漿施工；與此同時，作好水情測報、排水鋼管的漏水量觀測；水庫蓄水水位上升至1240.0m后，應關閉導流洞封堵段預埋的排水管閘閥，讓堵頭上游洞段逐步充水平壓，利用已實施的排氣孔排出洞內氣體，確保了導流洞襯砌、山體內圍巖的安全。

4 結 語

由于導流隧洞下閘蓄水為水庫蓄水、工程運行的首要關鍵節點，受上游來水情況、地質條件、結構布置、圍巖及襯砌結構、封堵方案、工期等諸多因素影響，下閘封堵的實施是復雜和多變的，因此封堵時段應盡可能選擇在枯水期進行，采取多重保障措施是必要的。同時，施工上有序合理安排及充分的事前準備以縮短堵頭封堵及閘門單獨擋水時間也是成功封堵的關鍵。

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[4]湯用泉.導流洞封堵的幾個關鍵問題[J].水電與新能源，2010(03):39-41.

1007-7596(2017)08-0107-03

2017-07-27

歐波(1978-)，男，侗族，貴州天柱人，高級工程師，從事水工建筑物設計工作。

TV551.1

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