孫碧飛

【摘要】居甫渡水電站于2005年1月25日實(shí)現(xiàn)大江截流，2008年4月20日導(dǎo)流洞下閘，2008年汛前完成封堵，2008年12月三臺機(jī)試運(yùn)行完成，并網(wǎng)發(fā)電。導(dǎo)流洞封堵是電站發(fā)電前的關(guān)鍵要素，本文主要論述導(dǎo)流洞堵頭結(jié)構(gòu)的體型及安全穩(wěn)定性，以期對其它的導(dǎo)流洞封堵設(shè)計有所借鑒和指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】居甫渡；導(dǎo)流洞；堵頭；灌漿；穩(wěn)定性

1、工程概況

1.1 主體工程

本工程樞紐主要由以下建筑物組成：攔河大壩、溢流表孔、沖沙底孔、消力池、電站進(jìn)水口、引水隧洞、地面廠房和下游河道護(hù)岸工程等。

水庫正常蓄水位522m，校核洪水位522.7m，最大壩高95m，總庫容7.74億m3，屬周調(diào)節(jié)水庫。電站總裝機(jī)容量285MW，多年平均發(fā)電量13.07億kW·h。工程規(guī)模屬大（2）型，工程等別為Ⅱ等，大壩為2級建筑物，其它主要建筑物為3級。

1.2 導(dǎo)流工程

導(dǎo)流方式：初期采用河床一次斷流，枯期圍堰擋水，導(dǎo)流洞泄流，汛期導(dǎo)流洞與圍堰聯(lián)合過流的導(dǎo)流方式；中后期為壩體擋水，導(dǎo)流洞、沖砂底孔及壩體缺口聯(lián)合過水的導(dǎo)流方式；導(dǎo)流洞和導(dǎo)流底孔下閘后，由沖砂底孔及溢流表孔聯(lián)合泄流。

導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)：導(dǎo)流建筑物級別為Ⅳ級，初期導(dǎo)流，工程截流后的第一個枯期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用12月～5月枯期時段10年一遇洪水，相應(yīng)設(shè)計流量為Q=1860m3/s；汛期圍堰過水，防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用全年20年一遇洪水，相應(yīng)設(shè)計流量為Q=6520m3/s；中后期壩體臨時斷面擋水的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用全年100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的設(shè)計流量為Q=9370m3/s。

2、下閘封堵

導(dǎo)流洞下閘程序，先下1孔，45min后下另1孔。導(dǎo)流洞下閘時間于2008年3月下旬進(jìn)行，下閘設(shè)計流量采用區(qū)間P=10%頻率流量和龍馬水電站1臺機(jī)組發(fā)電流量組合，Q=154m3/s，第1孔下閘對應(yīng)下閘水位464.344 m，下閘水頭4.344m，第2孔下閘對應(yīng)下閘水位466.896 m，下閘水頭6.896m。

導(dǎo)流洞下閘后，為確保導(dǎo)流洞明洞段的結(jié)構(gòu)安全，因此堵頭施工時間確定為2008年4月～2008年5月，考慮龍馬水電站3臺機(jī)發(fā)電流量和區(qū)間4月～5月P=10%頻率流量組合，相應(yīng)設(shè)計流量Q=854 m3/s，由沖砂底孔和一孔溢流表孔聯(lián)合泄流，相應(yīng)上游水位502.114m。

3、封堵體設(shè)計

3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)流洞堵頭為永久建筑物，建筑等級為二級。根據(jù)大壩設(shè)計運(yùn)行工況和建筑物等級綜合分析，堵頭設(shè)計水位為水庫設(shè)計洪水位522.00m，相應(yīng)設(shè)計水頭62.00m；校核水位為水庫校核水位522.70m；相應(yīng)校核水頭為62.70m。導(dǎo)流洞進(jìn)口封堵閘門僅作為水庫初期蓄水和保護(hù)堵頭施工之用，堵頭設(shè)計中閘門的作用應(yīng)不予考慮。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與防滲效果。

3.2 位置選擇及布置

堵頭的布置應(yīng)遵循以下原則：

（1）地質(zhì)條件。堵頭要求布置在巖石完整、堅硬、無裂縫的Ⅱ、Ⅲ類圍巖區(qū)。

（2）當(dāng)洞線與大壩防滲帷幕線相交時，若相交出巖石滿足原則（1），則將防滲帷幕

與堵頭結(jié)合布置，若不滿足原則（1），則在帷幕與把軸線之間選擇。

（3）避免在帷幕和堵頭之間有漏水通道。

考慮導(dǎo)流洞堵頭布置需同大壩防滲帷幕結(jié)合，故導(dǎo)流洞堵頭布置于導(dǎo)0+296.615m～導(dǎo)0+321.615m，同時導(dǎo)流洞施工時已預(yù)留堵頭的位置。

3.3 結(jié)構(gòu)型式

3.3.1 堵頭體型

堵頭的型式必須在安全可靠的前提下，力求簡單實(shí)用，施工方便，而且導(dǎo)流期間對水流影響小。堵頭縱斷面體型按照楔形體設(shè)計。在工程施工中堵頭段已按楔形體斷面進(jìn)行開挖并進(jìn)行了混凝土襯砌。堵頭橫斷面設(shè)計為馬蹄型，最大斷面尺寸為13.67m×17.00m（寬×高），最小斷面尺寸為11.60m×14.00m（寬×高）。

施工時為了有效排除閘門與堵頭前面的洞內(nèi)滲水，保證封堵施工的順利進(jìn)行，在堵頭前緣設(shè)置14m×1m×1.8m（長×寬×高）的混凝土臨時擋水坎，并在底部埋設(shè)2根φ500mm排水鋼管，排水管上游端設(shè)置封堵閥門和后期灌漿、連通管。

3.3.2 堵頭長度確定

（1）設(shè)計依據(jù)。堵頭屬永久建筑物，建筑物等級為二級，設(shè)計與校核標(biāo)準(zhǔn)與水工混凝土重力壩相同，設(shè)計水頭62.00m，校核水頭為62.70m。

（2）基本假定。

a. 堵頭擋水后，水壓力經(jīng)堵頭傳遞到堵頭與巖石或堵頭與原襯砌混凝土的接觸面上。

b. 堵頭與原襯砌混凝土及圍巖均假定為線彈性連續(xù)體；

c. 經(jīng)過鑿毛后，堵頭與原混凝土之間的接觸面是連續(xù)的；

d. 原混凝土與圍巖之間的接觸面是連續(xù)的；

e. 圍巖及堵頭內(nèi)滲透水壓力忽略不計；

f. 剪應(yīng)力沿接觸面是均勻分布；

g. 實(shí)際存在的地應(yīng)力、圍巖高低不平及底板齒槽形成的嵌槽抗剪力等作為安全儲備不參與計算；

（3）計算方法

現(xiàn)階段堵頭長度基本上都是在計算的基礎(chǔ)上參考類似工程類別確定。各種方法計算結(jié)果相差較大，抗滑穩(wěn)定柱面沖切計算概念明確，較多的反映了封堵體的工作狀態(tài)，但是都沒有考慮圍巖對封堵體的作用。抗滑穩(wěn)定計算中參數(shù)的選取對計算結(jié)果影響很大。柱面沖切法計算結(jié)果經(jīng)國內(nèi)幾個工程反映與有限元計算結(jié)果接近，但多數(shù)工程都未將計算值直接用于實(shí)踐。參考其它工程導(dǎo)流洞堵頭長度，考慮一定的安全余度，本工程堵頭長度取20m。

堵頭結(jié)構(gòu)見圖1。

3.3.3 堵頭穩(wěn)定性復(fù)核

參照《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》（DL5195-2004）9.0.5-1、14.2.4-1、14.2.4-2，《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》（DL5108-1999）8.2.1中柱狀封堵體的抗滑穩(wěn)定公式進(jìn)行復(fù)核：

3.3.4 灌漿廊道

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，廊道上游側(cè)端頭距堵頭上游面距離不小于0.5倍最小堵頭斷面，灌漿廊道寬、高尺寸均應(yīng)小于堵頭斷面寬和高的0.6倍，由抗滑穩(wěn)定公式計算得出廊道上游端頭距堵頭上游臨水面距離為10m，灌漿廊道斷面尺寸為5m×4m，頂拱角90°，城門洞形。

3.4 材料設(shè)計

堵頭屬于永久擋水建筑物，承受水頭約62.7m?；炷翉?qiáng)度等級C2820，抗?jié)B等級W6，抗凍等級F50，采用二級配（Dmax=40mm）泵送混凝土。

水泥擬采用具有不收縮性能的42.5級中熱硅酸鹽水泥，或425號低熱微膨脹水泥；摻合料采用Ⅰ級粉煤灰，采用中熱硅酸鹽水泥時粉煤灰最大摻量30%，采用低熱微膨脹水泥時不摻粉煤灰；骨料采用卡渡橋灰?guī)r料場或小弧山料場開采加工的灰?guī)r人工骨料；外加劑可同時采用具有減水和引氣效果的復(fù)合外加劑。

3.5 灌漿設(shè)計

（1） 回填灌漿。 通過預(yù)留的灌漿管對頂拱120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，灌漿壓力：0.2～0.3MPa；

（2） 固結(jié)灌漿。堵頭四周環(huán)向360°，進(jìn)行固結(jié)灌漿，入巖深度10m，灌漿孔排距2.5m，灌漿孔中心角30°，每圈12孔，排間交錯布置。灌漿壓力：1.0～1.5MPa；

（3） 對堵頭混凝土與隧洞襯砌混凝土之間進(jìn)行接縫灌漿，灌漿壓力：0.2～0.3MPa。

3.6 混凝土溫控設(shè)計

堵頭混凝土采用分層澆筑方式，經(jīng)穩(wěn)定溫度場、不穩(wěn)定溫度場、溫度應(yīng)力及二期冷卻計算分析，堵頭混凝土應(yīng)在2008年03月～05月施工，推薦澆筑分層及順序?yàn)椋汗卜治鍖?，下?57.017m～460.500m一層，中部460.500m～469.500m分三層，頂部469.500m～474.017m一層，澆筑溫度不超過18.0℃，設(shè)計容許最高溫度不超過42.0℃，層間間歇5天～7天。

堵頭需進(jìn)行一期、二期通水冷卻。冷卻水管鋪設(shè)在每個澆筑層底部及坯層中，采用外徑32mm、內(nèi)徑28mm、單根長度不超過300m的HDPE塑料水管，蛇形布置，水平間距不大于1.5m，與周邊間距為0.8m～1.0m。下料澆筑混凝土?xí)r開始一期通水冷卻，水管進(jìn)水口水溫約17.0℃，混凝土溫度降至30±1.0℃時結(jié)束，通水時間不少于20d；二期通水在各段最頂層混凝土一期通水結(jié)束后10天進(jìn)行，水管進(jìn)水口水溫約10.0℃，混凝土溫度降至16±1.0℃時結(jié)束。

4、結(jié)語

（1） 導(dǎo)流洞堵頭是與壩體同樣重要的建筑物，其施工是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，稍有不慎就將導(dǎo)致嚴(yán)重后果，必須引起各方的足夠重視。

（2） 堵頭長度計算方法較多，優(yōu)化余地較大，通過計算，實(shí)驗(yàn)，工程類比，選擇既安全、又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計長度。

（3） 目前居甫渡導(dǎo)流洞已經(jīng)封堵完成，電站按期發(fā)電，堵頭運(yùn)行安全穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1] 春光魁、伍鶴皋、楊鑫平著，馬來西亞巴貢水電站導(dǎo)流洞封堵設(shè)計計算，西北水電，2006.6.

[2] 水利水電工程施工組織設(shè)計手冊，中國水利水電出版社，1996.8.