關(guān)于水利工程中導(dǎo)流洞封堵設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的分析

鄧盛石（安化湘資水利水電建筑工程有限責(zé)任公司，湖南安化413500）

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關(guān)于水利工程中導(dǎo)流洞封堵設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的分析

鄧盛石（安化湘資水利水電建筑工程有限責(zé)任公司，湖南安化413500）

水利工程中導(dǎo)流洞封堵設(shè)計(jì)與施工是一大重點(diǎn)內(nèi)容，導(dǎo)流洞封堵的施工質(zhì)量關(guān)系著整個(gè)水利工程的運(yùn)行可靠性。本文主要結(jié)合實(shí)例，對(duì)該水利工程中導(dǎo)流洞的封堵設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行了研究，尤其是對(duì)其中的導(dǎo)流洞的堵頭設(shè)計(jì)及施工技術(shù)以及澆筑、灌漿管安置等進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

水利工程；導(dǎo)流洞；封堵；設(shè)計(jì)

圖1　柱型導(dǎo)流洞封堵堵頭

1　引言

導(dǎo)流洞封堵施工在水利工程的建設(shè)中非常重要，直接影響著水利工程的整體施工效率。所以，在水利工程的整個(gè)建設(shè)過程中，需要注意加強(qiáng)導(dǎo)流洞封堵設(shè)計(jì)與施工，從而有效保證水利工程的整體運(yùn)行質(zhì)量。

2　水利工程中的導(dǎo)流洞及其封堵設(shè)計(jì)

2.1導(dǎo)流洞

水利工程的建設(shè)過程中，為了修建大壩，要求在工程先期，首先建設(shè)用于擋水的上下圍堰，因此，在截流之前需要預(yù)先安排好河水出路，實(shí)際的安排方法主要有兩種，即導(dǎo)流明渠與導(dǎo)流洞。導(dǎo)流明渠施工要求具備大壩分期施工的條件與場(chǎng)地，在截流之前向開挖明渠，使截流過程中的河水能夠由明渠排出。而在此后的施工階段，需要對(duì)明渠實(shí)施二次截流，讓河水通過已完工的一期工程泄流洞中流出。

如果工程不具備修建導(dǎo)流明渠大壩的條件，例如處于峽谷地帶的水電站，就需要通過在山體內(nèi)開挖大斷面隧洞的方式，在截流時(shí)讓河水從隧洞流走。在工程竣工之后，該隧洞需要進(jìn)行封堵，或者另作它用，該隧洞即被稱為導(dǎo)流洞。

2.2導(dǎo)流洞封堵的設(shè)計(jì)過程

2.2.1設(shè)計(jì)條件

（1）地質(zhì)條件。由于導(dǎo)流洞封堵洞身的巖性，通常為泥質(zhì)砂巖，會(huì)呈現(xiàn)厚層狀、塊狀的構(gòu)造；如果洞身巖體以W類圍巖為主，則其成洞條件不良。

（2）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。根據(jù)水利樞紐工程的實(shí)際狀況，確定導(dǎo)流建筑物的級(jí)別，然后在庫(kù)盆內(nèi)實(shí)施支洞施工，從而可執(zhí)行導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）堵頭型式。堵頭的型式通常有四種：柱型、瓶塞型、截錐形和拱型，為確保工期的進(jìn)度，降低施工的成本，建議選用柱型堵頭（見圖1）。

2.2.2位置的選擇

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要求能夠嚴(yán)格把握導(dǎo)流洞的確切位置，避免影響后期施工的效果。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程各個(gè)環(huán)節(jié)、地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、水利樞紐擋水建筑物防滲帷幕體的布置等多個(gè)因素，來確定最終的導(dǎo)流隧洞位置。一般情況下，封堵體多數(shù)布置在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件最好的洞段，并在設(shè)計(jì)結(jié)束后，可以發(fā)揮良好的擋水、防滲屏障作用。

2.2.3導(dǎo)流洞堵頭長(zhǎng)度計(jì)算

（1）堵頭安全系數(shù)計(jì)算。在設(shè)計(jì)導(dǎo)流洞封堵的過程中，需要計(jì)算堵頭的長(zhǎng)度，堵頭通常需要承載自身的重力和摩擦力，因此要求存在相應(yīng)的安全系數(shù)，其具體的計(jì)算公式如下：

式中：K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，通常要求K≥3；f為抗剪斷摩擦系數(shù)；A為堵頭斷面的面積；p為混凝土浮容重；S為堵頭的斷面周長(zhǎng)；C為抗剪斷凝聚力。

（2）設(shè)計(jì)載荷組合。根據(jù)以上信息，可設(shè)計(jì)出兩種載荷：①基本載荷組合，主要包括正常蓄水位情況下的水推力及堵體自重；②特殊載荷組合。根據(jù)公式，如果采用基本載荷組合，則K值應(yīng)當(dāng)不低于3；而如果為特殊載荷情況下，則K值應(yīng)當(dāng)不低于2.5。

2.2.4導(dǎo)流洞堵頭細(xì)部設(shè)計(jì)

①堵頭的施工中，選用的是強(qiáng)度C20的混凝土，硅澆筑施工達(dá)到70%強(qiáng)度時(shí)，需要采用回填灌漿的方法進(jìn)行施工；②堵頭的灌漿施工中，主要的施工部分是頂部、圍巖固結(jié)、接觸等三個(gè)方面；③在施工圍巖的固結(jié)灌漿中，鋼管直徑是5cm，在進(jìn)行埋設(shè)的過程中，要求外露管口的長(zhǎng)度超過15cm，且入倉(cāng)和澆筑溫度都應(yīng)當(dāng)控制在15℃以上。

3　水利工程中導(dǎo)流洞封堵施工實(shí)例分析

3.1水利工程概況

該水利工程的導(dǎo)流洞總長(zhǎng)度為620m，洞身高度是6.9m，洞的寬度是6.2m。該導(dǎo)流洞主要用于水利工程的蓄水，在蓄水前，對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)行封堵。導(dǎo)流洞與泄洪洞連接起來，在必要的時(shí)候，不僅起到蓄水發(fā)電的功能，也可實(shí)現(xiàn)泄洪的功能。

3.2導(dǎo)流洞封堵的設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞封堵體的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面，即進(jìn)口封閉設(shè)計(jì)和洞內(nèi)堵塞體設(shè)計(jì)。對(duì)該水利工程的導(dǎo)流洞封堵設(shè)計(jì)必須要結(jié)合該工程的實(shí)際情況，要保證封堵體的穩(wěn)定性及防滲性，根據(jù)該工程所在的地理位置及環(huán)境氣候因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，在保證工程質(zhì)量的前提下，設(shè)計(jì)要盡可能地降低施工費(fèi)用，簡(jiǎn)化施工程序。

根據(jù)導(dǎo)流洞的基本情況，對(duì)工程進(jìn)行支洞布置，支洞的總長(zhǎng)度為128.68m，高為6m，寬為7.9m。為了保證工程質(zhì)量，根據(jù)本地的地形地貌及土層情況，選擇拱形堵頭。堵頭是封堵體工程中的重點(diǎn)，它要承擔(dān)自身重力和摩擦力，因此必須要保證堵頭的質(zhì)量。在材料選取中，要選取強(qiáng)度較高的混凝土，如C20，并在內(nèi)放置鋼管，然后對(duì)堵頭進(jìn)行灌漿施工，以提高堵頭的承受力和安全系數(shù)。對(duì)堵頭的灌漿施工包括導(dǎo)流洞頂部、接觸、圍巖固結(jié)這三個(gè)方面。在封堵體設(shè)計(jì)的過程中，除了對(duì)封堵體工程設(shè)計(jì)，還應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)觀測(cè)項(xiàng)目，尤其是對(duì)溫度的觀測(cè)。需要在堵頭混凝土中埋入溫度計(jì)，對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一般而言，封堵施工主要在冬天進(jìn)行，因此在設(shè)計(jì)中要考慮封堵中的溫度和保溫。混凝土的澆筑溫度可以控制在5～10℃之間。

3.3導(dǎo)流洞封堵的施工技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)該水利工程的導(dǎo)流洞封堵進(jìn)行施工。在施工前期，要準(zhǔn)備相應(yīng)的施工材料，根據(jù)設(shè)計(jì)可知該工程施工需要的材料有強(qiáng)度為C20的混凝土，根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)備適量的灌漿以及鋼管，然后在支好的洞內(nèi)開始工程的正式施工。

3.3.1施工程序

具體施工程序如下：下閘封堵→臨時(shí)堵頭上游的擋水墻施工→臨時(shí)堵頭混凝土澆筑→永久堵頭的混凝土澆筑→三段灌漿原設(shè)計(jì)封堵混凝土，其中6m長(zhǎng)的臨時(shí)堵頭為一段，其余分成兩段。在永久堵頭的內(nèi)部設(shè)置有灌漿廊道，為了能夠進(jìn)一步加快施工的進(jìn)度，保證封堵工作能夠在最短時(shí)間內(nèi)完成，經(jīng)過對(duì)方案的優(yōu)化，決定采用埋管法，將永久堵頭管路引出封堵段外，實(shí)施灌漿。

3.3.2施工方法

（1）圍堰施工

下閘之后，因?yàn)楣ぷ髅娣e水和巖壁滲水問題，為了能夠保證干地的施工，需要在臨時(shí)堵頭的上游，設(shè)置一座擋水墻，擋水墻的施工采用砂磚砌體，在設(shè)計(jì)的邊線以外進(jìn)行砌筑，設(shè)計(jì)其底寬為1.2m；圍堰的中部則需要填充混凝土，當(dāng)作防滲體；圍堰的底部則需要預(yù)埋臨時(shí)導(dǎo)流管，并在管的尾部安裝閥門，最后在封堵之前關(guān)閉閥門，從而將導(dǎo)流管整體埋入到封堵混凝土的內(nèi)部。由于防滲體的高度超出導(dǎo)流管的頂部約0.5m，因此直接采用了砂磚砌筑的施工方式，并用砌體砂漿（M10）填充砂磚空腔。

（2）基礎(chǔ)清理

留存于封堵區(qū)內(nèi)的石渣，需要進(jìn)行人工清理，使用裝載機(jī)將其轉(zhuǎn)運(yùn)出渣，然后由人工風(fēng)水槍將其沖洗干凈。

（3）回填、固結(jié)灌漿

封堵段回填、固結(jié)孔施工，均需要使用人工搭設(shè)鋼架管腳手架，以作為工作的平臺(tái)。灌漿管路的預(yù)埋管，選用的是φ32鋼管，并引出倉(cāng)外，在固結(jié)孔的孔口內(nèi)10cm的地方，用棉絮封緊，并在外邊采用砂漿進(jìn)行封堵，以防混凝土澆筑過程中，漿液灌進(jìn)孔內(nèi)。注漿管路采用錨筋固定于周圍的巖壁上，從而保證注漿管路能夠保持完好無損。臨時(shí)堵頭需要在完成混凝土澆筑后3d的時(shí)間，進(jìn)行回填灌漿；而永久堵頭則要求在混凝土澆筑完成7d后，實(shí)施回填、固結(jié)灌漿。

（4）模板

封堵模板均采用的是鋼木模板，使用內(nèi)拉法進(jìn)行固定。

（5）混凝土澆筑

對(duì)洞內(nèi)和導(dǎo)流洞周邊進(jìn)行澆筑，防止?jié)B漏；對(duì)洞內(nèi)堵塞體進(jìn)行澆筑。在澆筑施工前要選取合適的模板，在洞內(nèi)安裝模板，然后再進(jìn)行澆筑。施工中室內(nèi)的溫度，不可過低，也不可過高，必須要根據(jù)地形地貌及土層土質(zhì)、地下含水量等進(jìn)行施工；對(duì)具體的情況進(jìn)行分析，防止在施工中因疏忽造成人員傷亡。在澆筑完成后，要對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行清理，尤其是洞內(nèi)墻壁上的塵土渣滓，必須要及時(shí)清理干凈。在清理后，再進(jìn)行鑿孔，鑿的孔洞深度大約為52cm，不能將孔洞完全鑿穿。將孔洞鑿好后，對(duì)其進(jìn)行灌漿處理，然后將灌漿管的前端焊接起來，灌漿管的表面積及所造的孔道表面積一樣，保證灌漿管能夠進(jìn)入到孔道之中，并且緊密貼合。灌漿管的表面應(yīng)當(dāng)為比較堅(jiān)硬的鐵或其他堅(jiān)固的能夠長(zhǎng)期不會(huì)腐朽的材質(zhì)。在灌漿管成型后，將其置入鑿好的孔道內(nèi)，然后在表層用水泥石沙填堵，并使之凝固，大概的厚度為3～4cm。最后再對(duì)表面即灌漿管的前端進(jìn)行焊接處理，使之固定在孔洞內(nèi)，增加導(dǎo)流洞封堵工程的穩(wěn)固性。

4　結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)流洞封堵工作都需要在最短的時(shí)間內(nèi)完成，因此必須保證在下閘前安裝完成放空管、臨時(shí)導(dǎo)流管等設(shè)備，并準(zhǔn)備好所需要的一切物資設(shè)備，然后依據(jù)設(shè)計(jì)所提供的水文資料，準(zhǔn)確計(jì)算封堵的總歷時(shí)，進(jìn)而認(rèn)真分析并制定出工程切實(shí)可行的施工方案，保證封堵施工的順利開展。

［1］劉志明.導(dǎo)流洞封堵建設(shè)之資鑒［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（6）：1～3.

［2］姚祖祥.鋼吊架在導(dǎo)流洞封堵中的應(yīng)用［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（12）：56～57.

［3］劉濤，曹 海，夏世法.高水頭導(dǎo)流洞封堵段設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)［J］.水利水電技術(shù)，2011，42（3）：52～55.

鄧盛石（1975-），男，工程師，中專，主要從事水利工作。

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2016-3-23