巖溶區(qū)導流洞汛前封堵風險分析與對策措施

張 健，吳開龍

（1.貴州省水利投資(集團)有限責任公司，550003，貴陽；2.貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，550003，貴陽）

平寨水庫導流洞處于爛田壩至木底河巖溶管道分支系統(tǒng)附近，溶洞及裂隙發(fā)育。按照工程年度計劃目標，需在當年4月中旬完成水庫下閘蓄水，較原初步設(shè)計2月下旬下閘蓄水時間推遲了近50天，下閘洪水流量從原來的20.9 m3/s增加至35.3 m3/s。導流洞的地質(zhì)條件及封堵時間推后均對導流洞封堵不利，增加了導流洞封堵風險。為控制和降低風險，多次開展了封堵風險分析，對堵頭布置及施工安排進行優(yōu)化，最終順利完成了導流洞的封堵。

一、導流洞布置

導流洞布置在大壩右岸，由進口明渠、進口閘門井、洞身段、出口明渠組成，全長904 m。隧洞進口底板高程1 188.0 m，出口底板高程1 185.0 m，底坡0.336%，過流斷面為7.5 m×10 m城門洞形，設(shè)計最大過流量2 140 m3/s。隧洞0+000.00～0+649.98段為上游直洞段，0+649.98～0+749.50 段為平面轉(zhuǎn)彎，0+749.58～0+904.00 段為 下游直洞段。隧洞0+000.00～0+387.85段采用50 cm厚C20鋼筋混凝土襯砌，0+387.58～0+407.00采 用 10 cm 厚C20噴混凝土及錨桿支護，0+407.00～595.37洞段采用50 cm厚C20鋼筋混凝土襯砌，0+595.37～0+816.00采用10 cm厚C20噴混凝土支護，0+816.00～0+904.00洞段采用 50 cm厚C20鋼筋混凝土襯砌。

二、導流洞封堵設(shè)計

1.堵頭段工程地質(zhì)條件

導流洞堵頭段主要地層巖性為三疊系統(tǒng)下永寧鎮(zhèn)組第二段第四層（T1yn2-4）灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r互層，以及第二段第三層(T1yn2-3)泥巖，巖層傾上游偏向山體側(cè)，傾角約40°。除0+409.00～0+415.00段圍巖溶蝕破碎嚴重，頂部有豎井狀溶洞發(fā)育，下部洞口直徑約4 m，上部變小，黏土充填(導流洞開挖時黏土掉落，可見深度5～6 m，導流洞襯砌時對溶洞局部進行了混凝土回填)，溶洞周圍有滴水，其余段為Ⅲ類圍巖。

2.堵頭設(shè)計

圖1 導流洞堵頭縱剖面結(jié)構(gòu)圖

堵頭長度按沖壓剪切公式計算和按抗剪斷強度公式復核，堵頭長度40 m，并結(jié)合帷幕線布置（帷幕線與導流洞軸線交叉位置0+413.13），堵頭布置于 0+395.00～0+435.00。0+395.00～0+409.00 為一期堵頭（C25微膨脹混凝土 1 667 m3），0+409.00～0+435.00為二期 （C25微膨脹混凝土1 365 m3）、三期堵頭（3.5 m×5.0 m 廊道C25微膨脹混凝土455 m3）。導流隧洞堵頭結(jié)構(gòu)型式為倒楔形，0+395.00～0+395.58堵頭橫斷面為8.7 m×11.1 m城門洞形；0+395.58～0+397.58 段堵頭橫斷面由8.7 m×11.1 m漸變?yōu)?2.4 m×15.0 m；0+397.58.58～0+409.00 堵頭橫斷面由12.4 m×15.0 m漸變?yōu)?.5 m×10 m；0+409.00～0+435.00 堵頭橫斷面為 7.5 m×10 m（圖 1）。

3.堵頭施工導流標準

導流洞堵頭為永久工程，屬1級建筑物，設(shè)計洪水標準按500年一遇，擋水水頭140.13 m；校核洪水標準按5 000年一遇，堵頭擋水水頭141.82 m。按《水利水電工程施工組織 設(shè) 計 規(guī) 范 》(SL 303—2004)第3.2.18條，平寨水庫導流洞下閘后堵頭施工期間導流標準采用10年一遇。按照4月中旬導流洞下閘蓄水，一期堵頭在水庫水位上升至堵頭前洞段襯砌結(jié)構(gòu)所能正常承受的1 240 m庫水位之前(且不晚于4月30日)完成混凝土施工；二期堵頭混凝土澆筑不晚于6月30日完成，其余三期廊道混凝土、固結(jié)灌漿和回填灌漿、三期廊道回填混凝土澆筑、帷幕及其搭接灌漿等不晚于7月30日完成。

三、導流洞封堵風險分析

1.進口閘門漏水及涌水風險

導流洞進口設(shè)置了一次性潛孔式平面滑動鋼閘門1扇，孔口尺寸為7.5 m×10 m(寬×高)，最高擋水水位為1 265.80 m，最大動水閉門的下閘水位為1 193.00 m，最大下閘水頭為5 m，最大啟門水頭12 m。采用下游頂、側(cè)止水布置，頂、側(cè)止水采用P60A橡塑復合止水(實心)，底止水采用I20橡膠止水。導流洞于2011年9月正式過水，2014年7月度汛最高水位達1 244.2 m，截至2015年3月底，進口閘門已正常運行43個月。

由于閘門閉門水頭小，運行時間長，落閘后可能存在閘門無法完全關(guān)閉和止水效果差，漏水及涌水量大的風險。

2.進口淺埋段隧洞襯砌結(jié)構(gòu)破壞風險

隧洞進口 0+00.00～0+031.00段地形坡度30°，圍巖埋深不足20 m，開挖后初期采取錨噴支護(C20噴混凝土厚度10 cm，錨桿為φ25、L=3 m、間距2 m)，后期采用50 cm厚鋼筋混凝土襯砌（頂拱進行回填灌漿，灌漿壓力0.3 MPa）。設(shè)計進口0+000.00～0+010.00(Ⅳ類圍巖)外水折減系數(shù)取0.15，0+010～0+387.58(Ⅲ類圍巖)外水折減系數(shù)取0.1，經(jīng)復核采用的外水壓力折減系數(shù)偏小，導流隧洞進口段隧洞埋深較淺，水庫水位上升速度較快，可能存在庫水通過淺埋段下滲擊穿襯砌混凝土邊墻的風險。

3.堵頭上游洞身巖溶處理對襯砌結(jié)構(gòu)破壞風險

導流洞沿線主要分布強巖溶地層，堵頭前段開挖揭露了7個大型溶洞和強溶蝕裂隙區(qū)，為爛田壩至木底河巖溶管道的分支系統(tǒng)，對揭露的溶洞未進行專項封堵設(shè)計和施工，僅采用簡易封堵（如采用漿砌石和黏土對漏水點進行封堵），在2013年汛后檢查時已發(fā)現(xiàn)襯砌邊墻有裂縫射水現(xiàn)象存在。一期堵頭施工期間，庫水沿管道系統(tǒng)直接作用在襯砌的邊墻或頂拱上，庫水位還未到達設(shè)計水位前襯砌結(jié)構(gòu)被提前擊穿破壞，可能出現(xiàn)涌水大影響封堵的風險。

4.堵頭段巖溶道出現(xiàn)涌水風險

堵頭段0+409.00～0+415.00與爛田壩至木底河巖溶管道的大型分支系統(tǒng)相遇，頂部發(fā)育有大型溶洞空腔，僅做了臨時處理，還有約6 m高的帷幕沒有形成，2014年3月檢查時有少量漏水存在。二期堵頭施工期水庫水位上升，庫水位與管道連通形成水流通道出現(xiàn)涌水風險，同時若遇降大到暴雨山體滲水產(chǎn)生涌水量大影響封堵的風險。

5.一期堵頭施工時間緊的風險

導流洞進口閘門及堵頭上游洞段襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計水位為1 265.8 m，經(jīng)復核實際能夠承受1 240 m的庫水位。按照4月中旬下閘蓄水，經(jīng)水文調(diào)算庫水位上升至1 240 m高程時間為15天(P=10%)；同時按照審批的導流洞封堵施工方案，一期堵頭自下閘后需14天時間能澆筑完成，混凝土強度未達到設(shè)計要求，導流洞襯砌混凝土將可能存在被擊穿的風險。

四、導流洞封堵對策措施

1.進口閘門處理

進口閘門落閘前，組織了參建單位對閘門門楣、門槽進行全面檢查，對閘門頂、側(cè)止水橡膠進行了更換，并委托專業(yè)潛水員對底坎止水及垃圾進行了清理；落閘后，仍委托專業(yè)潛水員對閘門周邊止水進行了檢查，并在閘門前堆放了黏土麻袋進行止水。

2.進口潛埋段隧洞加固處理

為減少外水壓力對導流隧洞進口0+000.00～0+031.00淺埋洞段襯砌結(jié)構(gòu)的影響，采取從地表對該洞段洞頂及洞外兩側(cè)進行固結(jié)灌漿、洞內(nèi)底板及側(cè)墻增設(shè)排水孔。0+000.00～0+016.00洞段平行于洞軸線方向布置7排固結(jié)灌漿孔，排距 3 m，每排布置 8孔，孔距 2 m；0+016.00～0+031.00洞段平行于洞軸線方向布置5排固結(jié)灌漿孔，排距3 m，每排布置5孔，孔距3 m。總鉆孔81個，進尺2 248 m。

3.優(yōu)化堵頭布置，整體下移

原設(shè)計堵頭位置為0+387.58～0+427.58，其中一期堵頭為0+387.58～0+401.58。為了減少堵頭段溶洞可能涌水對二期堵頭施工的影響，將堵頭整體移至 0+395.00～0+435.00（下移7.42 m），并將二期堵頭 0+409.00～0+435.00段分為 0+409.00～0+422.00和 0+422.00～0+435.00兩段實施，盡快完成 0+409.00～0+415.00溶洞段的施工。同時,將二期堵頭混凝土澆筑前實施的錨桿施工調(diào)整至混凝土澆筑完成后結(jié)合固結(jié)灌漿孔實施，加快混凝土澆筑時間。

4.增加排水措施，應對突發(fā)涌水

一期堵頭原設(shè)計排水管道為DN300的4根排水鋼管，考慮進口閘門漏水及洞內(nèi)滲水增加改為DN500的4根排水鋼管，排水量增加了2.8倍。但在落閘后滲水量少，實施時只埋設(shè)了2根DN500排水鋼管。

5.增加排氣減壓孔，預防氣爆對堵頭混凝土破壞

當水庫水位上升至導流隧洞進口閘門設(shè)計最高擋水水位1 265.8 m后，臨時封堵閘門可能發(fā)生瞬時破壞而導致堵頭上游洞內(nèi)產(chǎn)生氣爆，為預防氣爆對堵頭混凝土產(chǎn)生破壞，在導流洞堵頭上游洞段洞軸線上0+204.00、0+240.00共設(shè)置 2個排氣減壓孔，開孔高程分別為1 280 m、1 290 m，孔徑為150 mm。

6.埋設(shè)冷卻水管，減少混凝土開裂破壞

堵頭混凝土澆筑時采用埋設(shè)冷卻水管通水冷卻，沿隧洞軸線方向布置DN32的HDPE塑料冷卻水管3層，層間距為3.0 m，冷卻水管中通以不低于0.18 MPa的循環(huán)水。

五、結(jié) 語

通過充分的方案論證和精心的施工準備，平寨水庫導流洞于2015年4月14日7:38落閘，一期堵頭混凝土4月19日10:30開倉澆筑，4月22日19:30澆筑完畢，較計劃工期提前6天，設(shè)計工期提前8天；二期堵頭混凝土于5月1日16:20澆筑完成，較計劃工期提前30天,較設(shè)計工期提前60天；三期混凝土及相關(guān)灌漿工作于5月底前全部完成，較計劃工期提前約30天，較設(shè)計工期提前60天。

為控制和降低巖溶發(fā)育區(qū)大斷面導流洞在臨近汛前封堵風險,順利完成堵頭施工,建議在導流洞及堵頭設(shè)計及施工過程中重點關(guān)注:一是合理選擇進口閘門型式、閉門水頭及擋水水頭；二是高度重視開挖過程中揭露的巖溶管道，制定系統(tǒng)的處理方案，并切實處理到位；三是根據(jù)揭露的地質(zhì)及地層條件，以及封堵時可能發(fā)生的水庫水位，合理選取計算參數(shù)，確保襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性；四是結(jié)合導流洞出口的地形條件，適當抬高導流洞出口底板，為導流洞封堵時實現(xiàn)自流排水創(chuàng)造條件；五是合理選擇一期堵頭位置，優(yōu)化或簡化一期堵頭結(jié)構(gòu)布置，為落閘后快速完成一期堵頭混凝土澆筑創(chuàng)造條件。

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