貓溪溝水庫工程導流洞封堵設計與施工探究

司禮山

（遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563100）

0 引言

貓溪溝水庫項目位于貴州省正安縣鳳儀鎮境內，芙蓉河一級支流下游的田家坡河段，大壩距正安縣城中心城區有五公里，距遵義市中心城區大約150 km。由于城市及經開區域水資源分布不協調，而且有關地區供水水源工程存在滯后現象，工程出現嚴重的缺水問題。根據《正安縣城安場城區及經開區供水配置方案》，規劃區范圍內現狀水源在滿足灌溉農田用水的情況下只能向安場城區供水1.00 萬m3/d。因正安縣城安場城區城市規模的發展和經開區內各工業園區的相繼建設，根據需水預測分析可知，隨著正安縣城安場城區規模的不斷擴大、城市人口的迅速增加及經開區大量企業的相繼建成，城市用水及工業用水將急劇增加，若不修建新的供水水源工程，水將成為制約安場城區區域經濟社會發展的瓶頸，缺水將嚴重影響該區域經濟社會的持續穩定發展和社會穩定［1]。因此，貓溪溝水庫工程的建設是非常必要的，亦是十分迫切的。

1 導流標準及導流方式

1.1 導流標準選擇

貓溪溝水庫為小型水庫，設計最高的壩高為44.5 m，工程等別為Ⅳ等，大壩、溢洪道等主要建筑為4 級建筑。按照《水利水電工程施工組織設計規范》（SL303－2017）可知，導流建筑物為5 級建筑物，導流洪水標準為5 a 一遇（P=20%），水庫大壩施工導流期為枯季11月～次年4月，相應5 a 一遇（P=20%）洪峰流量Q=68.7 m3/s。

1.2 導流方式

水庫壩址河床平均比降約6.87‰，枯水期河水面寬19 m～22 m，河水深2.3 m～4 m。本工程采用全段圍堰擋水+隧洞過本水庫大壩為堆石混凝土重力壩，結合壩址地形及河水的導流方式。

2 導流洞封堵工程設計

2.1 進口封堵疊梁結構設計

導流隧洞為城門洞型，隧洞進口臨時封堵閘槽凈寬為4.0 m，凈高為6.0 m，進口底板高程為537.00 m，頂部高程543.00 m，水庫死水位556.00 m，正常蓄水位569.00 m，正常庫容857 萬m3，死庫容為241 萬m3。

貓溪溝水庫計劃從2020年4月初開始下閘蓄水，蓄水期下泄生態流量按0.367 m3/s。結合下閘蓄水計劃安排及蓄水保證率計算，蓄水設計保證率取75%，蓄水流量按P=75%各月平均流量計。經計算，約13 d 可蓄到死水位，約39 d 可蓄到正常蓄水位。參照類似工程下閘封堵及堵頭澆筑的施工工期，擬定貓溪溝水庫導流隧洞進口臨時封堵疊梁下閘安裝以及閉氣混凝土澆筑在6 h 內完成，永久堵頭封堵混凝土澆筑在10 d 內完成，混凝土澆筑完畢約7 d 后，混凝土強度達到設計強度的70%，再進行頂部回填灌漿。

經水文計算，蓄水設計保證率取75%，4月份前10 d 水庫可蓄水至高程554.13 m。經本工程的現場施工作業條件和綜合分析，為了保證安全，封堵疊梁荷載計算時按死水位556.00 m設計，設計水頭19 m。

導流隧洞進口封堵設雙排疊梁封堵，疊梁間距1.0 m，單根疊梁設計長為4.6 m，寬0.35 m，高0.5 m，凈跨4.0 m，雙排疊梁下閘后采用水下C20 速凝混凝土閉氣。

2.2 永久堵頭結構設計

導流隧洞洞身段封堵采用C20 混凝土澆筑，結合導流隧洞開挖揭露地質條件，導流隧洞永久堵頭布置在導流隧洞中部（樁號：導0+097.00～導0+112.00），長15.0 m，與大壩帷幕灌漿相接，使之形成完整的防滲體系。堵頭段洞身頂拱預埋回填灌漿管，用于封堵段頂拱回填灌漿。

2.2.1 設計原則與假定

（1）本工程導流隧洞在大壩建成后進行永久封堵，堵頭設在導流隧洞中部右壩肩壩軸線位置。堵頭長度15.0 m，堵頭中部底板高程536.23 m。

（2）堵頭混凝土與洞身結觸面的有效面積系數λ，有效接觸面只考慮隧洞的底板和側墻，λ＝0.7。

（3）堵頭抗剪斷穩定安全系數K：設計工況取3.0，校核工況取2.5。

（4）抗剪斷穩定計算時，假定堵頭混凝土為剛體，堵頭擋水后，水壓力均勻傳遞到堵頭與周邊混凝土結構的接觸面上。

2.2.2 穩定復核

（1）堵頭抗滑穩定復核計算。堵頭混凝土橫截面積為25.32 m2，按此斷面根據《水利水電工程施工組織設計手冊》P775 的抗剪斷公式分別驗算設計堵頭的抗滑穩定情況。計算公式：

式中：L為堵頭長度，m；K為安全系數：設計工況K≥3.0，校核工況K≥2.5；P為水平壓力，t；A為堵頭橫截面面積，m2；γ 為混凝土容重，t/m3；f'為堵頭混凝土與襯砌混凝土的摩擦系數；S為封堵堵頭周邊接觸面長度，m；λ 為有效面積系數；C'為凝聚力，MPa。

根據上述設計基本參數和計算公式［2]，經計算，導流隧洞封堵堵頭穩定復核成果見表1。

表1 封堵堵頭穩定復核成果表

由表1 可知，導流隧洞封堵堵頭抗滑穩定滿足規范要求。導流隧洞封堵前須對堵頭段的底板混凝土進行鑿毛處理，側墻和頂拱噴砼進行清除及高壓沖洗，封堵后須作好堵頭頂拱的回填灌漿。

（2） 堵頭長度復核。根據《水工隧洞設計規范》（SL 279-2016）對封堵體的設計要求，堵體長度：

式中：L為堵頭長度，m；P為封堵體迎水面承受的總水平壓力，MN；［τ]為容許剪切應力，取0.2 MPa；A為封堵體剪切面周長（本復核只考慮底邊長度及側墻的高度），m。

根據上述設計基本參數和上式計算出堵頭所需的長度見表2。

表2 封堵堵頭長度復核成果表

由表2 可知，隧洞永久堵頭最大長度只需3.29 m，結合本工程的規模、等別及重要性，導流隧洞實際封堵堵頭長15.0 m，堵頭長度滿足要求。

3 導流洞封堵工程的施工

3.1 導流洞封堵工程施工要求

導流隧洞洞身段堵頭混凝土澆筑嚴格按相關施工規范施工，封堵前先對導流隧洞堵頭段的底板混凝土進行鑿毛處理，側墻和頂拱噴砼進行清除，并預先埋設回填灌漿管［3]。永久封堵前先進行進口臨時封堵疊梁下閘及閉氣混凝土澆筑，隨后進行導流隧洞中部封堵段（長15.0 m）混凝土澆筑，堵體澆筑完畢后再進行回填灌漿施工。

3.2 導流洞封堵施工措施

導流隧洞的永久封堵堵頭設在導流隧洞中部壩軸線處（樁號：導0+097.00～導0+112.00），與大壩防滲帷幕線相接。進口臨時封堵疊梁下閘封堵后，再進行封堵段（長15.0 m）混凝土澆筑。堵頭混凝土澆筑完畢后進行堵頭段頂部的回填灌漿施工。洞內混凝土澆筑施工期間須做好照明及通風工作，安裝專用照明線路及通風設備，確保施工安全。

導流隧洞封堵時，汽車吊或挖掘機配合人工就位在進口的預留臨時封堵門槽中安裝預制C25 鋼筋混凝土疊梁。疊梁閘門制作時在疊梁兩端預埋Φ50PE 管，作為吊裝孔。安裝前，先在各疊梁門底部綁扎棉絮止水，然后再分層安裝，每層疊梁吊裝完成后，采用棉絮或木塞將吊孔堵塞。兩道疊梁閘門安裝完成后，利用混凝土罐車配合泵送混凝土入倉澆筑兩道疊梁門之間C20 早強速凝閉氣混凝土，從出口觀察有無滲水情況后再進入隧洞進行封堵施工。

臨時封堵閘門施工通道為隧洞進口下游側的臨時施工道路，封堵時段為4月上旬，經計算，水庫蓄水至該臨時施工道路約需11 h，能夠滿足臨時封堵閘門施工期間人員及設備撤離要求。

封堵堵頭混凝土澆筑前，須對堵頭段的底板混凝土進行鑿毛處理，側墻和頂拱噴砼進行清除及高壓沖洗，安排在4月上旬，即導流隧洞進口臨時封堵段施工完成后進行。鑿毛可以通過使用高壓水沖洗機、沙槍或手動鑿來進行導流洞封堵施工工作。為了確保鑿毛的功能性，在對砼進行澆筑之前應當清潔鑿毛部分或用水沖洗，以清理浮動漿料和殘留物［4]。

4 結語

綜上所述，隨著正安縣城安場城區規模的不斷擴大、城市人口的迅速增加及經開區大量企業的相繼建成，城市用水及工業用水將急劇增加，若不及時開展導流洞封堵工作，水將成為制約安場城區區域經濟社會發展的瓶頸，缺水將嚴重影響該區域經濟社會的持續穩定發展和社會穩定。因此，貓溪溝水庫工程的建設是非常必要的，對于導流洞封堵的設計與施工是十分迫切的。