對(duì)水工隧洞封堵體設(shè)計(jì)與施工的探討分析

王澤東

摘要：根據(jù)對(duì)水工建筑物封堵體的設(shè)計(jì)提出了明確要求：封堵體的位置應(yīng)根據(jù)圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、已有的支護(hù)和襯砌情況、相鄰建筑物的布置和運(yùn)行要求綜合分析決定；封堵體的體型和長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)承受水壓力的大小、地質(zhì)條件、施工方法、封堵材料、運(yùn)行要求，并考慮施工工期綜合各種因素分析研究。

關(guān)鍵字：水工隧洞；封堵體；設(shè)計(jì)；施工

一、水工隧洞封堵體的設(shè)計(jì)

（一） 封堵體的位置

對(duì)于水工隧洞封堵體的位置確定，應(yīng)該結(jié)合圍巖工程的地質(zhì)以及相應(yīng)的水文情況，同時(shí)還要考慮已有的支護(hù)以及襯砌情況進(jìn)行確定。我們根據(jù)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(jìn)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?cè)谶M(jìn)行支洞封堵的設(shè)計(jì)時(shí)必須要注意以下幾個(gè)問(wèn)題。首先是支洞和主洞的交叉口處不能出現(xiàn)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(shè)計(jì)成永久性的建筑物。

2.主洞封堵體的布置。在進(jìn)行主洞封堵體的設(shè)置時(shí)，我們應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題。首先要考慮地質(zhì)條件，應(yīng)該盡可能的將主洞的封堵體設(shè)置在地質(zhì)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(shí)還同主洞交叉時(shí)，應(yīng)該將主洞封堵體設(shè)置在大壩的帷幕線上，如果帷幕的深度和隧洞間隔較遠(yuǎn)時(shí)，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(jìn)行后期改建。如果導(dǎo)流隧洞同其他的隧洞出現(xiàn)結(jié)合，那么應(yīng)該將封堵體盡可能的同永久性建筑物相結(jié)合設(shè)置。

（二）封堵體的體型選擇分析

在進(jìn)行封堵體的體型選擇時(shí)，我們應(yīng)該結(jié)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(yīng)的地質(zhì)條件等條件進(jìn)行，必須要保證安全，在這個(gè)前提下實(shí)現(xiàn)最大限度的超載能力。在進(jìn)行體型的選擇時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題。

1.水頭。對(duì)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(duì)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(jìn)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(yīng)該選擇體型較為簡(jiǎn)單的封堵體進(jìn)行。

（三）封堵體的受力特性

封堵體的受力主要有圍巖應(yīng)力重與灌漿應(yīng)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(yīng)力，一般將洞體進(jìn)行開(kāi)挖，此時(shí)應(yīng)力就會(huì)出現(xiàn)，并且其洞的切向應(yīng)力會(huì)隨著徑向應(yīng)力的減小而增大，直到洞的四周徑向應(yīng)力達(dá)到零為止。在第二次出現(xiàn)應(yīng)力重分布時(shí)，隧洞周圍的巖石水分充足，也就是能夠封堵蓄滿水，此時(shí)圍巖應(yīng)力的水平分量與垂直分量之比也會(huì)相應(yīng)的得到改變，因而可以使洞周圍各點(diǎn)變形。第二次應(yīng)力重產(chǎn)生后，造成封堵體受到圍巖的壓力的現(xiàn)象。此外，還受到灌漿應(yīng)力的影響。當(dāng)完成混凝土澆筑工作以后，需要對(duì)封堵體進(jìn)行回填工作，如果需要，還要再進(jìn)行第二次這樣的工作，這就要求對(duì)圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿與周邊進(jìn)行接觸灌漿。在灌漿之后封堵體的周圍會(huì)產(chǎn)生一種額外的附加徑向應(yīng)力，主要是能夠產(chǎn)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(chǎn)生的。

（四）封堵體的設(shè)計(jì)等級(jí)及設(shè)計(jì)原則

封堵體的設(shè)計(jì)等級(jí)主要與擋水時(shí)充當(dāng)?shù)淖饔糜嘘P(guān)。充當(dāng)壩體作用的封堵體，其設(shè)計(jì)等級(jí)應(yīng)與壩體保持一致，過(guò)壩涵洞封堵體實(shí)際上是壩體的一部分，導(dǎo)流隧洞主洞封堵體盡管上游有襯砌結(jié)構(gòu)和閘門保護(hù)，但其設(shè)計(jì)水位一般都比大壩的設(shè)計(jì)水位低，其作用一般不予考慮，因此導(dǎo)流隧洞主洞封堵體仍是大壩的一部分。充當(dāng)圍巖作用的封堵體應(yīng)與所在主洞的建筑物設(shè)計(jì)等級(jí)保持一致。充當(dāng)圍堰作用的封堵體，其建筑物設(shè)計(jì)等級(jí)一般為IV級(jí)，但當(dāng)攔洪庫(kù)容超過(guò)1.0億M3時(shí)，建筑物設(shè)計(jì)等級(jí)應(yīng)提高一級(jí)，按III級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。

二、封堵體施工

（一）封堵體施工材料的選用

在封堵體施工過(guò)程中，在材料選用上需要按照一定的原則進(jìn)行，許多工程采用一般會(huì)采用在混凝土內(nèi)添加復(fù)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(guò)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(yīng)力，增加封堵體的穩(wěn)定性。因此在封堵體混凝土施工中應(yīng)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(shè)計(jì)，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(yīng)采取有效的溫控措施；榆當(dāng)封堵體的長(zhǎng)度大于20m時(shí)，可取消橫縫而采用錯(cuò)臺(tái)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(jīng)驗(yàn)，水工隧洞封堵體混凝土澆筑分段長(zhǎng)度一般多采用10m。但由于封堵體固結(jié)灌漿，以前的水工隧洞施工支洞的封堵體混凝土內(nèi)都需要預(yù)先留下灌漿廊道。然后在灌漿結(jié)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(nèi)會(huì)多了一個(gè)結(jié)構(gòu)面，這對(duì)封堵體的穩(wěn)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(wú)形中提升了封堵工程任務(wù)量。所以取消灌漿廊道對(duì)封堵體的安全運(yùn)行大有裨益的，而對(duì)于封堵體固結(jié)灌漿的問(wèn)題，可使用在水工隧洞內(nèi)的封堵體部位進(jìn)行加深和加強(qiáng)固結(jié)灌漿或在無(wú)蓋重灌漿方式提前灌漿的方法來(lái)解決，固結(jié)灌漿的范圍覆蓋封堵體實(shí)體段長(zhǎng)度的80%即可滿足需求。

小 結(jié)：

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(shè)中的重要環(huán)節(jié)之一，在設(shè)計(jì)施工中應(yīng)引起足夠重視。在水工隧洞封堵體的設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)：

（1）水工隧洞封堵體的體型應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，且具有較強(qiáng)的超載能力；

（2）封堵體屬大體積混凝土，應(yīng)采取有效的溫控措施，必要時(shí)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(shí)應(yīng)進(jìn)行二次回填灌漿，在灌漿設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮二次灌漿問(wèn)題，做好二次灌漿準(zhǔn)備；

（4）對(duì)于大型封堵體，應(yīng)盡量采用三維有限單元法進(jìn)行計(jì)算，以便準(zhǔn)確地掌握封堵體的受力特性。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T5144—2001，水工混凝土施工規(guī)范[s].中國(guó)電力出版社，2001endprint