錦屏一級水電站運(yùn)行期導(dǎo)流洞快速檢修

金 大 鑫

(中國水利水電第七局工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

錦屏一級水電站左岸導(dǎo)流洞洞身段全長為1 214.359 m，洞 身 進(jìn)、出 口 底 板 高 程 分 別 為1 638.5 m和1 634 m，城門洞型斷面，其尺寸為15 m×19 m(寬×高)，有壓過流，全斷面襯砌。該導(dǎo)流洞于2005年年初開始進(jìn)行開挖施工，同年10月下旬～12月中旬分別在K0+426～K0+550段邊墻及頂拱位置發(fā)生了多次持續(xù)性塌方，其中以12月15日K0+430～K0+550段發(fā)生的塌方規(guī)模最大: 前期上下兩段塌方穴連為一體并向上延展, 塌方穴最高處距導(dǎo)流洞底板42 m, 塌方總規(guī)模達(dá)到了5萬m3。后經(jīng)采用雙層鋼拱架“戴帽”混凝土臨時(shí)支護(hù)，應(yīng)力錨索、錨筋樁、固結(jié)灌漿永久支護(hù)的方案完成了處理工作，該導(dǎo)流洞于2006年12月正式過流。隨著連續(xù)3年的滿負(fù)荷運(yùn)行，尤其是2009年汛期，由于雅礱江流量首次達(dá)到10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，造成左岸導(dǎo)流洞滿流出流，且原布置在導(dǎo)流洞塌方段的監(jiān)測儀器出現(xiàn)了監(jiān)測不到任何信號的情況。

對此，業(yè)主十分擔(dān)憂導(dǎo)流洞混凝土的沖刷受損及整體運(yùn)行安全情況，決定利用2009～2010年枯水期對該導(dǎo)流洞進(jìn)行全面地檢查維修。在導(dǎo)流洞檢修閘門無法使用的情況下，通過填筑土石圍堰進(jìn)行擋水，快速保質(zhì)地完成了檢查修復(fù)工作，為該導(dǎo)流洞在接下來汛期的安全運(yùn)行提供了有力保證。

2 檢修期臨時(shí)導(dǎo)流方案

檢修原則為：檢修期間由右岸導(dǎo)流洞單獨(dú)過流，左導(dǎo)洞內(nèi)需保證干燥、無水。因此，必須保證左岸導(dǎo)流洞進(jìn)、出口設(shè)置的擋水建筑物安全、可靠。

2.1 進(jìn)口段擋水方案分析

在該進(jìn)口處設(shè)計(jì)了兩個擋水方案：(1)利用進(jìn)口閘室安裝的閘門擋水；(2)使用土石圍堰擋水。后經(jīng)現(xiàn)場勘查、對比分析后發(fā)現(xiàn)：方案一可以較好地解決右導(dǎo)單洞過流導(dǎo)致左導(dǎo)洞口水流流速快、沖刷大的問題且防滲效果較好。但是，由于此次檢修本屬于突發(fā)性事件，進(jìn)口閘室閘門和啟閉機(jī)尚未運(yùn)輸至現(xiàn)場且因其安裝工期較長，不能滿足工期要求。另外，考慮到導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門槽經(jīng)3年運(yùn)行后，可能由于變形導(dǎo)致水下安裝困難。而方案二雖因左導(dǎo)進(jìn)口的水流流速較快，臨時(shí)土石圍堰布置施工困難，且上游土石圍堰的防滲處理較為棘手，但由于土石圍堰施工簡單、工期較短，留給檢修的時(shí)間非常充分。

最終決定左導(dǎo)進(jìn)口采用方案二之土石圍堰實(shí)施擋水，左導(dǎo)出口圍堰亦使用同樣的土石圍堰。

2.2 進(jìn)口段擋水圍堰施工

進(jìn)口圍堰按10年一遇枯水期流量(978 m3/s)進(jìn)行設(shè)計(jì),選用粘土心墻防滲。堰頂寬6 m，堰頂長約85 m，最大堰高約13.5 m，上游坡比為1∶2，下游坡比為1∶2，迎水面采用塊石護(hù)坡(圖1)。

由于施工受當(dāng)?shù)卣惩亮媳旧碚承暂^差等因素影響，同時(shí)，為了進(jìn)一步保證防滲體效果，進(jìn)口圍堰形成后，根據(jù)實(shí)際情況又在進(jìn)口閘室下游混凝土底板上設(shè)計(jì)了第二道防滲體：由雙層粘土袋構(gòu)成，內(nèi)敷設(shè)土工膜，粘土袋心墻前后用石渣進(jìn)行回填和壓坡(圖2)。

圖1 左導(dǎo)進(jìn)口土石圍堰結(jié)構(gòu)圖(1∶50)

圖2 左導(dǎo)進(jìn)口閘室粘土袋心墻結(jié)構(gòu)圖

3 導(dǎo)流洞抽排水施工

導(dǎo)流洞排水包括截流合攏后的初期集中排水和后期經(jīng)常性排水兩大部分。其中后期經(jīng)常性排水主要排除圍堰及基礎(chǔ)滲水和施工廢水。

洞內(nèi)設(shè)置兩處排水泵站。第一處泵站設(shè)置在上游進(jìn)口土石圍堰與閘室粘土心墻之間，主要負(fù)責(zé)排除圍堰滲水。采取強(qiáng)排措施，布置4臺250S(XD)65A型臥式離心式水泵(備用1臺)，每臺功率132 kW，排水能力為560 m3/h×臺。

第二處泵站布置在左導(dǎo)下游圍堰背水面，集水坑使用粘土袋砌成，負(fù)責(zé)排出原洞內(nèi)的積水、圍堰及基礎(chǔ)滲水、施工廢水等。在初期集中排水階段共布置了2臺250S(XD)65A型臥式離心式水泵、3臺250S(XD)39型臥式離心式水泵、3臺QW-400-48-90潛水泵，高峰排水能力為4 690 m3/h；后期經(jīng)常性排水期時(shí)配置了4臺QW-400-48-90型離心式水泵(備用1臺)用于完成排水任務(wù)。

另外，在導(dǎo)流洞上下游洞軸線上使用粘土袋布置了一條寬80 cm、高40 cm的排水溝，以便將洞內(nèi)的滲水及施工廢水排至下游泵站。

4 現(xiàn)場檢查及存在的問題

2010年1月29日，導(dǎo)流洞底板淤積清理基本完成。業(yè)主組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工單位對現(xiàn)場進(jìn)行了四方檢查。檢查結(jié)果表明：(1)左岸導(dǎo)流洞塌方段(K0+426～K0+550)整體結(jié)構(gòu)完好，特別是洞頂未受到明顯破壞，僅有原明敷的監(jiān)測電纜線被完全沖斷。(2)導(dǎo)流洞洞內(nèi)底板及邊墻混凝土均出現(xiàn)了不同程度的磨損，部分較為嚴(yán)重(圖3、4)。缺陷類型主要為：

①水流沖刷形成的溝槽。

②局部鋼筋出露(圖5、6)。

③沖蝕坑(圖7)。

整體來看：導(dǎo)流洞洞內(nèi)底板、兩側(cè)貼腳以及邊墻部分范圍(底板以上3 m左右)混凝土沖蝕較為嚴(yán)重。其中底板C40硅粉混凝土表面順?biāo)鞣较蛴忻黠@被推移質(zhì)磨損的擦痕，一般細(xì)骨料出露，局部溝槽和沖刷嚴(yán)重部位粗骨料被磨成光滑表面且部分結(jié)構(gòu)鋼筋出露。兩側(cè)貼角與底板交界處易形成連續(xù)的、寬度約為10 cm的沖槽，其余部位形成局部沖槽。

圖3 導(dǎo)流洞左側(cè)貼角與底板交界處形成的連續(xù)性沖槽

圖4 導(dǎo)流洞底板局部沖槽

圖5 導(dǎo)流洞底板結(jié)構(gòu)鋼筋出露

5 缺陷修補(bǔ)施工

5.1 缺陷修補(bǔ)原則

通過對左岸導(dǎo)流洞進(jìn)行目測檢查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)流洞整體基本完好，但局部沖刷嚴(yán)重。為了防止其進(jìn)一步遭到水流破壞，必須對局部形成的沖槽、沖坑進(jìn)行修復(fù)?？紤]到施工工期較為緊張，故將缺陷主要分為三類：沖蝕坑(槽)按深度小于或等于3 cm、3～5 cm、5 cm以上分類，重點(diǎn)對3 cm以上的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)；而對于小于3 cm的坑(槽)僅進(jìn)行打磨處理。另外，對于有鋼筋外露的部位必須進(jìn)行修補(bǔ)處理。

圖6 導(dǎo)流洞邊墻結(jié)構(gòu)鋼筋出露

圖7 導(dǎo)流洞底板沖蝕坑

5.2 修補(bǔ)材料的準(zhǔn)備

缺陷修補(bǔ)用砂漿及混凝土遵循“現(xiàn)場拌制，隨拌隨用”的原則，使用2臺JZC系列混凝土攪拌機(jī)，滿足兩種不同用途混凝土的拌制，其中一臺滿足C50一級配聚丙烯纖維粉煤灰硅粉混凝土拌和，一臺滿足M60硅粉砂漿拌和。每臺拌和機(jī)產(chǎn)量為6 m3/h。

水泥：嘉華P·MH42.5；

骨料：印把子溝砂石系統(tǒng)生產(chǎn)；砂為中砂，細(xì)度模數(shù)為2.8；

外加劑：使用云南宣威Ⅰ級粉煤灰(摻量15%)、成都彩訊硅粉(摻量10%)、云南昆明生威SW紅星膨脹劑(外摻8%)、北京冶建JG-2H羥酸類液體減水劑(摻量0.8%)、深圳維克耐工程材料有限公司生產(chǎn)的PVA纖維。

表1 修補(bǔ)采用的混凝土、砂漿施工配合比參數(shù)表

5.3 對沖刷破壞采取的處理措施

5.3.1 外露鋼筋的處理

對于外露鋼筋的處理分為兩種類型，其中外露鋼筋為結(jié)構(gòu)鋼筋時(shí)，需要將在鋼筋外露范圍內(nèi)的混凝土全部摳除，使鋼筋整體外露，再對外露部分鋼筋進(jìn)行沖洗和鋼絲刷除銹，最大限度地保證回填混凝土和鋼筋結(jié)合緊密。

對外露為非結(jié)構(gòu)的鋼筋，使用砂輪機(jī)沿混凝土表面將鋼筋頭切除，切除前先用砧子將鋼筋頭附近混凝土鑿除0.5～1 cm，并用砂輪機(jī)研磨至混凝土面以下2～3 mm，清洗干凈后，刮M60硅粉砂漿抹平。

5.3.2 對于深度大于3 cm坑槽的處理

對于深度大于3 cm的沖刷破壞坑槽，先用電動切割機(jī)對修補(bǔ)范圍進(jìn)行成型的切割，再用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿除，避免由于人工鑿除出現(xiàn)新老混凝土結(jié)合不規(guī)則、結(jié)合不緊密的情況，然后用風(fēng)水槍對破壞鑿除范圍進(jìn)行沖洗，徹底清除基面上已損壞、松動和膠結(jié)不良的表面混凝土、油污及雜物。

對邊墻等較為干燥的處理部位，修補(bǔ)前應(yīng)進(jìn)行浸水濕潤，以提高混凝土的結(jié)合能力。修補(bǔ)區(qū)存在滲水時(shí)，修補(bǔ)前必須先行堵漏或改流并清除積水。

對于底板區(qū)域內(nèi)的缺陷修補(bǔ)邊緣應(yīng)鑿成齒槽狀，邊墻修補(bǔ)區(qū)應(yīng)鑿成楔形狀。

修補(bǔ)時(shí)，應(yīng)首先在基面上均勻涂刷M60凈砂漿，并在砂漿初凝前完成修補(bǔ)材料的覆蓋和鋪筑。其中處理后對于寬度為3～5 cm的坑槽使用M60硅粉砂漿填補(bǔ)，對于寬度5 cm以上的坑槽則使用C50一級配聚丙烯纖維粉煤灰硅粉混凝土。

在鋪筑混凝土或砂漿過程中，應(yīng)充分振搗并及時(shí)進(jìn)行精細(xì)抹面，抹面應(yīng)進(jìn)行反復(fù)抹壓和拍打。對邊墻修補(bǔ)區(qū)的振搗采用人工敲打振搗，對底板修補(bǔ)范圍內(nèi)的混凝土采用平倉機(jī)進(jìn)行平整振搗。

修補(bǔ)范圍必須與老混凝土連接平順，不應(yīng)出現(xiàn)突變。

5.3.3 對于深度小于3 cm坑槽的修補(bǔ)

對于深度小于3 cm的坑槽不進(jìn)行修補(bǔ)處理，僅采用磨光機(jī)進(jìn)行打磨，使其與周邊混凝土平順銜接。處理后的過流表面突體高度≤12 mm，上游坡磨成的坡比緩于1∶10，下游坡磨成的坡比緩于1∶5，側(cè)面坡磨成的坡比緩于1∶2。

5.3.4 混凝土修補(bǔ)后的養(yǎng)護(hù)

對修補(bǔ)后的混凝土和砂漿應(yīng)立即對其表面進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，修補(bǔ)混凝土和砂漿終凝后，采用麻袋覆蓋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d。

6 洞內(nèi)監(jiān)測電纜的修復(fù)施工

原導(dǎo)流洞塌方段明敷的監(jiān)測電纜直接固定于導(dǎo)流洞頂拱處，無保護(hù)裝置，故在導(dǎo)流洞出現(xiàn)滿流的情況下容易被水流沖斷。電纜修復(fù)時(shí)，采用搭設(shè)固定排架作為施工平臺，從靠近儀器端混凝土襯砌出露部位截?cái)嘣茡p的電纜，重新接線。接頭在規(guī)范要求的基礎(chǔ)上加纏了一層生橡膠及兩層止水膠帶，接頭要求達(dá)到1 MPa以上的耐水壓力。

另外，為了更好地保護(hù)電纜，防止其再次出現(xiàn)被沖斷現(xiàn)象，修復(fù)后的電纜外套一根φ25高強(qiáng)PVC管實(shí)施保護(hù)。管路固定于導(dǎo)流洞頂拱位置，每0.5 m距離設(shè)置一個Ω形固定支座，支座采用5 mm厚、5 cm寬鋼條加工面。支座與管路之間、管路接頭之間用螺絲固定，支座與頂拱混凝土之間使用膨脹螺栓固定。

修復(fù)后的電纜運(yùn)行效果良好，至今信號十分穩(wěn)定。

7 結(jié) 語

病險(xiǎn)導(dǎo)流洞在運(yùn)行期間進(jìn)行較大規(guī)模的檢修情況較為少見，通過此次檢修，得出以下結(jié)論：

(1)土石圍堰與水泵坑結(jié)合擋水、排水以及設(shè)立多重?fù)跛畤叩葍身?xiàng)施工措施在此次導(dǎo)流洞檢修中得到了很好的應(yīng)用并取得了較好的施工效果和經(jīng)濟(jì)效益，可對今后類似工程處理提供一定的借鑒。

(2)通過此次檢修發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)流洞水流沖擊對混凝土的破壞主要集中在邊墻及以下部位。總體來說導(dǎo)流洞順?biāo)飨蜃髠?cè)沖刷較右側(cè)嚴(yán)重，沖刷嚴(yán)重部位主要集中在進(jìn)口段、兩側(cè)貼角與底板交界處、兩澆筑段結(jié)構(gòu)縫等處。這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，可為其他導(dǎo)流洞對沖蝕破壞的預(yù)防和治理提供一定的數(shù)據(jù)和依據(jù)。

(3)當(dāng)導(dǎo)流洞缺陷修補(bǔ)施工工期較緊時(shí)，對于深度3 cm以下的沖槽僅使用磨光機(jī)對其缺陷部位按照水流方向進(jìn)行局部打磨是一種非?？焖?、有效的修補(bǔ)手段。

(4)此次施工實(shí)踐證明：使用M60砂漿及C50硅粉混凝土作為修補(bǔ)材料，不僅在施工過程中比使用環(huán)氧砂漿等材料更為經(jīng)濟(jì)且更加便捷。

作者簡介:

金大鑫(1987-)，男，四川溫江人，助理工程師，學(xué)士，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作.