普西橋水電站導流洞臨時堵頭設計與施工

冷冰川

(云南省能源投資集團有限公司，云南 昆明 650000)

普西橋水電站位于云南省墨江縣雅邑鄉普西村普西鐵索橋附近河段，以發電為主，水庫具有年調節能力。最大壩高140 m，水庫校核洪水位為739.06 m，正常蓄水位為737.00 m，死水位705.00 m，正常蓄水位以下庫容為5.04×108m3，總裝機容量為190 MW(2×95 MW)。普西橋水電站樞紐由面板堆石壩、右岸開敞式溢洪道、左岸引水系統、左岸泄洪隧洞及左岸岸邊主副廠房等建筑物組成，樞紐等級屬二等大(2)型工程，攔河壩為1級，導流建筑物級別為4級。

右岸溢洪道共分2孔，堰頂高程720.00 m，全長886 m。左岸泄洪沖沙洞以泄洪為主，進口高程為680.00 m，全長716.61 m。導流洞布置在右岸，為方圓形有壓隧洞，尺寸為10 m×14 m，頂拱中心角120°，洞身段長915 m。進口引渠底板高程為614.00 m，長約33.5 m，底坡為平坡；進水塔尺寸為18 m×22 m，塔頂平臺高程為645.00 m，塔高35 m；堵頭段布置于與壩軸線相交部位，長30 m，平切面上呈倒梯形瓶塞狀。

普西橋水電站導流洞原設計下閘時間為2013年11月下旬，在工程建設過程中，受多方面因素的影響，施工進度滯后，首臺機組于2014年9月上旬安裝完畢、具備有水調試條件。根據實際形象進度，為滿足普西橋水電站能在2014年年內機組投產發電，制定了2014年9月下旬導流洞下閘封堵的建設目標。

1 臨時堵頭方案的必要性

若選擇在9月下旬下閘，此時阿墨江仍處于主汛期，根據《水電工程施工組織設計規范》(DL/T5397-2007)[1]，普西橋水電站導流洞進口封堵閘門下閘標準采用10年一遇月平均流量，堵頭封堵施工標準采用20年一遇洪水。

導流洞下閘后，泄洪建筑物為泄洪沖沙洞，水庫水位超過720.00 m后，溢洪道參與泄洪。在考慮水庫調蓄作用情況下，全年時段各頻率洪水調洪成果見表1。

從表1可以看出，堵頭施工防洪水位707.53 m，高于導流洞進口封堵閘門設計擋水水位(即死水位)705 m。為確保導流洞永久封堵體的施工安全，降低永久堵頭施工難度和施工風險，需在永久堵頭前增設臨時堵頭。

2 臨時堵頭設計

2.1 計算工況

普西橋水電站導流洞臨時堵頭為4級臨時性建筑物，保護對象為1級永久水工建筑物，結構安全級別為Ⅲ級。襯砌和圍巖為穩定整體，臨時堵頭靠新老混凝土接觸面的摩擦力和黏聚力保持穩定，剪應力沿接觸面均勻分布，圍巖內滲透水壓力忽略不計。計算工況按臨時堵頭擋水水位為校核洪水位739.06 m進行計算。

2.2 臨時堵頭布置

考慮到封堵體混凝土澆筑單倉長度不大于20 m時，混凝土澆筑能力及溫度控制措施均不構成制約進度及溫控的因素。為加快施工速度，擬定臨時堵頭長度為20 m，布置在永久堵頭前段，樁號導0+390.404 m～導0+410.404 m，與永久堵頭連續布置，橫斷面為10 m×14 m[2]。該段巖體結構以中厚層狀為主，屬Ⅱ類圍巖，圍巖基本穩定。為提高臨時堵頭與原襯砌混凝土之間的黏聚力和摩擦力，封堵前對原襯砌混凝土進行鑿毛處理。臨時堵頭剖面布置圖見圖1。

圖1 臨時堵頭縱剖面圖

2.3 臨時堵頭抗滑穩定計算

臨時堵頭抗滑穩定計算采用《水工隧洞設計規范》(DL/T5195-2004)[3]中推薦的封堵體抗滑穩定計算公式：

γ0ψ∑PR≤(fR∑WR+CRAR)/γd

式中：∑PR為滑動面上封堵體承受的全部切向作用之和，kN；∑WR為滑動面上封堵體全部法向作用之和，kN；γ0為結構重要性系數，封堵體為Ⅲ級結構，取為1.1；ψ為設計狀況系數，按持久狀況考慮，取0.95；γd為結構系數，取為1.2；fR、CR分別為封堵混凝土與原襯砌混凝土面抗剪斷摩擦系數、黏聚力，取值分別為1.0、900 kPa；材料性能分項系數(混凝土摩擦系數分項系數)為1.3；黏聚力分項系數為3.0。

臨時堵頭計算截面考慮到施工及混凝土收縮等因素，頂接觸面質量不易保證，對接觸面積予以折減，頂拱折減100%、兩側邊墻和底板不折減。臨時堵頭穩定計算成果見表2。

表2 導流洞臨時堵頭穩定計算成果表

計算成果表明，臨時堵頭長度20 m時，滿足校核洪水位739.06 m工況下的抗滑穩定要求。

2.4 臨時堵頭安全性評價

導流洞封堵閘門不具備承擋高于設計擋水位的能力，并且主汛期不具備閘門、門槽等金屬設施的加固改造施工條件[4]。因此，臨時堵頭施工過程中，水庫水位不能超過死水位705.00 m。

一方面水庫水位面臨汛期上漲壓力，另一方面臨時堵頭混凝土澆筑前還需進行出口圍堰填筑、洞內清淤和抽排水等施工前準備工作，綜合考慮，要求臨時堵頭必須在20 d內完成施工。為盡早為導流洞永久封堵提供工作面，臨時堵頭在澆筑工程中不進行溫度控制，亦不進行固結、接觸及接縫灌漿，只進行回填灌漿。并且由于臨時堵頭屬大體積混凝土，混凝土澆筑采用連續澆筑的方法進行施工[5]。

3 臨時堵頭施工

3.1 施工準備

下閘后，采用反鏟和自卸卡車進行導流洞出口道路填筑，具備運輸條件。同時進行出口圍堰填筑施工，并在出口位置設置集水坑，采用2臺150 m3/h水泵將積水抽排至下游河床。另外，在導流洞封堵體施工完成后，受左岸泄洪沖沙洞下泄水流影響，道路將被淹沒，故后期出口圍堰不再拆除。

從導流洞出口進入臨時堵頭段進行上游側擋水坎施工，使用粘土砂袋壘砌臨時施工擋水圍堰，擋水坎混凝土整體澆筑，模板采用散裝鋼模及木模拼裝，內拉外撐固定，并埋設排水鋼管。

3.2 混凝土澆筑

臨時堵頭混凝土由右岸混凝土拌和系統拌制，罐車運輸、泵送入倉。首先對底板及第一倉范圍的原襯砌混凝土進行鑿毛處理，以上部分邊澆筑邊鑿毛，采用“底部立模、邊澆邊立”的方法，即采用小鋼模在底部拼裝1.5 m高模板，外側搭設雙排鋼管架支撐，內側采用拉筋加固。同時，為在倉面內部形成工作面，需在倉面內搭設滿堂腳手架，隨混凝土澆筑不斷加高[6]。上下游側安裝BW-II橡膠止水條，止水條在混凝土澆筑前安裝完成，安裝時采用水泥釘直接釘在前期導流洞洞身混凝土襯砌上。

頂拱部位預埋回填灌漿管及排氣管，將管口端部引至堵頭下游側。回填灌漿在最后一倉混凝土強度達到設計值的70%之后進行。灌漿管在混凝土澆筑過程中預埋，采用1 400 r/min高速制漿機制備水灰比0.5∶1的水泥凈漿，灌漿壓力0.4～0.5 MPa。施工程序見圖2。

圖2 臨時堵頭施工程序

3.3 施工效果

根據流域水情測報系統預計未來2 h入庫流量小于110 m3/s，普西橋水電站導流洞于2014-09-20日下閘封堵，遂即開始臨時堵頭施工，于10月9日施工完成，歷時19 d。期間，水庫水位上漲至680 m時，泄洪沖沙洞全斷面泄洪，水庫水位最高在10月1日685.4 m，未超過導流洞進口封堵閘門設計擋水水位(即死水位)705 m，保證了施工安全。

4 結 語

普西橋水電站導流洞臨時堵頭作為導流洞封堵的關鍵項目，合理的方案設計和快速施工技術，既保證了主汛期下閘的工程安全，為導流洞永久封堵施工贏得了更多寶貴時間，更是對普西橋水電站2014年內蓄水發電意義重大。