對水工隧洞封堵體設計與施工的探討分析

王澤東

摘要：根據對水工建筑物封堵體的設計提出了明確要求：封堵體的位置應根據圍巖的工程地質和水文地質條件、已有的支護和襯砌情況、相鄰建筑物的布置和運行要求綜合分析決定；封堵體的體型和長度應根據承受水壓力的大小、地質條件、施工方法、封堵材料、運行要求，并考慮施工工期綜合各種因素分析研究。

關鍵字：水工隧洞；封堵體；設計；施工

一、水工隧洞封堵體的設計

（一） 封堵體的位置

對于水工隧洞封堵體的位置確定，應該結合圍巖工程的地質以及相應的水文情況，同時還要考慮已有的支護以及襯砌情況進行確定。我們根據封堵體所處的不同的位置，可以將封堵體分成支洞封堵以及主洞封堵兩種。

1.支洞封堵體的位置。進行支洞封堵體的位置確定，選擇的余地一般比較大，但是，我們在進行支洞封堵的設計時必須要注意以下幾個問題。首先是支洞和主洞的交叉口處不能出現較大的軟弱夾層或者是破碎帶。其次就是盡量不要將支洞的封堵體設計成永久性的建筑物。

2.主洞封堵體的布置。在進行主洞封堵體的設置時，我們應該注意以下幾個問題。首先要考慮地質條件，應該盡可能的將主洞的封堵體設置在地質條件較好的地方。其次是如何布置大壩防滲帷幕，如果該帷幕比較深，同時還同主洞交叉時，應該將主洞封堵體設置在大壩的帷幕線上，如果帷幕的深度和隧洞間隔較遠時，就比較隨意，但是，最好將其布置在上游位置。再次是是否要進行后期改建。如果導流隧洞同其他的隧洞出現結合，那么應該將封堵體盡可能的同永久性建筑物相結合設置。

（二）封堵體的體型選擇分析

在進行封堵體的體型選擇時，我們應該結合封堵體具體承受的水壓力、施工的具體方法、封堵的材料以及相應的地質條件等條件進行，必須要保證安全，在這個前提下實現最大限度的超載能力。在進行體型的選擇時，應注意以下問題。

1.水頭。對于中高水頭的水工隧洞一般選擇瓶塞式封堵體，具有較高超載能力，對于第水頭的隧洞一般選擇等截面柱狀的封堵體。

2.斷面。方圓形的斷面隧洞最好選擇瓶塞式封堵體，有利于其進行混凝土的澆筑和灌漿，圓形的隧洞最好選擇等截面柱狀封堵體，有利于施工。

3.施工。隧洞施工的工期較短，因此應該選擇體型較為簡單的封堵體進行。

（三）封堵體的受力特性

封堵體的受力主要有圍巖應力重與灌漿應力，其承受的主要荷載有水壓力、滲透壓力地址荷載等。其圍巖應力，一般將洞體進行開挖，此時應力就會出現，并且其洞的切向應力會隨著徑向應力的減小而增大，直到洞的四周徑向應力達到零為止。在第二次出現應力重分布時，隧洞周圍的巖石水分充足，也就是能夠封堵蓄滿水，此時圍巖應力的水平分量與垂直分量之比也會相應的得到改變，因而可以使洞周圍各點變形。第二次應力重產生后，造成封堵體受到圍巖的壓力的現象。此外，還受到灌漿應力的影響。當完成混凝土澆筑工作以后，需要對封堵體進行回填工作，如果需要，還要再進行第二次這樣的工作，這就要求對圍巖進行固結灌漿與周邊進行接觸灌漿。在灌漿之后封堵體的周圍會產生一種額外的附加徑向應力，主要是能夠產生彈性抗力，彈性抗力的主要就是封堵體與圍巖相互作用而產生的。

（四）封堵體的設計等級及設計原則

封堵體的設計等級主要與擋水時充當的作用有關。充當壩體作用的封堵體，其設計等級應與壩體保持一致，過壩涵洞封堵體實際上是壩體的一部分，導流隧洞主洞封堵體盡管上游有襯砌結構和閘門保護，但其設計水位一般都比大壩的設計水位低，其作用一般不予考慮，因此導流隧洞主洞封堵體仍是大壩的一部分。充當圍巖作用的封堵體應與所在主洞的建筑物設計等級保持一致。充當圍堰作用的封堵體，其建筑物設計等級一般為IV級，但當攔洪庫容超過1.0億M3時，建筑物設計等級應提高一級，按III級建筑物設計。

二、封堵體施工

（一）封堵體施工材料的選用

在封堵體施工過程中，在材料選用上需要按照一定的原則進行，許多工程采用一般會采用在混凝土內添加復合型膨脹劑的方法，這樣能在一定程度上提高施工效率。在施工過程中摻入膨脹劑，一方面避免混凝土的收縮，另一方面還可以向圍巖施加一定的壓應力，增加封堵體的穩定性。因此在封堵體混凝土施工中應盡量采取以下措施：淤采用微膨脹水泥，并盡可能減少單位水泥用量；于做好配合比設計，盡量加大骨料粒徑，并摻入適量的粉煤灰；盂封堵體屬大體積混凝土，應采取有效的溫控措施；榆當封堵體的長度大于20m時，可取消橫縫而采用錯臺澆鑄法。

（二）混凝土施工及溫控措施

由于施工單位的施工水平、能力和混凝土收縮溫度等因素，并參照目前已建成大型水電工程的施工經驗，水工隧洞封堵體混凝土澆筑分段長度一般多采用10m。但由于封堵體固結灌漿，以前的水工隧洞施工支洞的封堵體混凝土內都需要預先留下灌漿廊道。然后在灌漿結束后回填混凝土。但是在灌漿廊道回填混凝土完成后，封堵體內會多了一個結構面，這對封堵體的穩定性和整體性有不良影響，而且接縫灌漿必須采用埋管法，這在無形中提升了封堵工程任務量。所以取消灌漿廊道對封堵體的安全運行大有裨益的，而對于封堵體固結灌漿的問題，可使用在水工隧洞內的封堵體部位進行加深和加強固結灌漿或在無蓋重灌漿方式提前灌漿的方法來解決，固結灌漿的范圍覆蓋封堵體實體段長度的80%即可滿足需求。

小 結：

水工隧洞封堵是水工建筑物的重要組成部分，其施工也是工程建設中的重要環節之一，在設計施工中應引起足夠重視。在水工隧洞封堵體的設計與施工中應著重注意以下幾點：

（1）水工隧洞封堵體的體型應盡量簡單，且具有較強的超載能力；

（2）封堵體屬大體積混凝土，應采取有效的溫控措施，必要時可采用微膨脹混凝土，既可控制溫度，又能減少接縫灌漿或回填灌漿工作量；

（3）沿頂部和周邊縫漏水是封堵失敗和失事的主要原因之一，因此封堵體必須做好回填灌漿，必要時應進行二次回填灌漿，在灌漿設計時應考慮二次灌漿問題，做好二次灌漿準備；

（4）對于大型封堵體，應盡量采用三維有限單元法進行計算，以便準確地掌握封堵體的受力特性。

參考文獻：

[1]DL/T5144—2001，水工混凝土施工規范[s].中國電力出版社，2001endprint