肯斯瓦特水利枢纽工程导流洞下闸封堵施工技术及经验

王 军

(新疆农八师肯斯瓦特水利枢纽工程建设管理局,新疆 石河子 832000)

文章编号：1006—2610(2015)03—0045—04

肯斯瓦特水利枢纽工程导流洞下闸封堵施工技术及经验

王 军

(新疆农八师肯斯瓦特水利枢纽工程建设管理局,新疆 石河子 832000)

结合新疆肯斯瓦特水利枢纽2次下闸封堵的施工过程，从结构设计、下闸准备和实施堵漏3个方面讨论下闸和封堵中应当着重注意的事项，为类似工程提供一些参考和借鉴。

导流洞；封堵；下闸；肯斯瓦特水利枢纽工程

1 工程概况

肯斯瓦特水利枢纽工程位于新疆昌吉州玛纳斯县和塔城地区沙湾县界河——玛纳斯河中游的肯斯瓦特河段，坝址以上流域面积4 637 km2, 多年平均年径流量12.21亿m3，具有防洪、灌溉、发电等综合利用功能。枢纽工程由拦河坝、右岸溢洪道、泄洪洞、发电引水系统组成。水库正常蓄水位990 m，最大坝高129.4 m，总库容1.88亿m3，电站装机容量100 MW，属大(2)型Ⅱ等工程。导流洞布置在大坝左岸，以“龙抬头”形式与泄洪洞相结合，由闸井段、洞身段、出口明渠段和消能段组成。导流洞洞身段长903.5 m，其中洞身段0+570 m桩号以后的洞段与泄洪洞以龙抬头式相结合。

导流洞洞身段为城门洞形，过水断面6 m×6.7 m。依据地质条件和导流洞与永久建筑物结合的要求，隧洞底板2.5 m高以下的部分采用掺有HF外加剂的C40混凝土，以上的部分为C25钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.8～1.2 m，纵坡0.95%。导流洞进口采用岸塔式进水塔，塔高30 m。进口底板高程为880.00 m。设一扇平板滑动钢闸门，孔口尺寸6 m×5.4 m，面板布置在下游，水封采用P型水封后止水，闸门在882.6 m水位以下关闭，启闭设备选用2×630 kN的双吊点固定卷扬式启闭机操作，保证在水位上升至进水塔顶高程时，能够顺利提升闸门。导流洞工程于2009年10月开工，2010年10月26日顺利实现导流。大坝工程于2011年4月开始填筑，至2014年9月大坝已填筑至996 m的设计高程，一期面板已全部完工，二期面板分缝止水尚未完成，已完成下闸蓄水安全鉴定，具备下闸蓄水条件。

2 下闸及封堵时段的选择

按照《水利水电工程施工组织设计规范》中对水库下闸蓄水时段的要求“下闸及封堵时段宜选择在汛后枯水期初”，考虑到水库库容及下游生态用水等因素，通常情况下，业主方为水库早日达到设计蓄水水位，使水利工程尽快发挥效益，均倾向于选择较早的蓄水时段，但是较大的来水流量也使得下闸后水位上升速度较快，留给下闸后的闸门缺陷处理和堵漏时间很短，容易造成部分小的缺陷来不及处理而酿成较大的事故。因此，在选择下闸及封堵时段时，也应当将下闸过程中的缺陷处理和堵漏时间作为一个影响因素。

肯斯瓦特水利枢纽工程所在的玛纳斯河9月底开始进入枯水期，该时段河道来水量较稳定，重现期5年一遇的旬平均流量为36.0 m3/s，10年一遇的旬平均流量为39.5 m3/s，5年一遇和10年一遇洪水相差不大，故选择重现期10年一遇标准，相应截流流量为39.5 m3/s，下闸时间初步确定为2014年10月1日，通过查阅水库库容-水位曲线得知，从下闸到水位上升至启闭机平台大约为48 h。但由于2014年新疆北疆地区遭遇了30年一遇的大旱，为保证下游的农业灌溉，被迫将下闸蓄水日期推迟至12月16日，此时大河来水流量为15 m3/s，可以推算出从下闸到水位上升至启闭机平台时间延长为96 h，给导流洞下闸堵漏留有充足的时间，但是由于进入冬季后的气温急速降低，给导流洞堵头混凝土施工带来了一定的困难。

3 导流洞下闸前的准备

导流洞下闸后，闸前水位上升至启闭机平台的时间较短，通常预留给处理闸门缺陷和堵漏工期极为紧张，很难有试验和返工的条件。同时受场地等条件限制，各种堵漏材料的堆放和机械设备使用存在着较大的困难，因此，对下闸后可能出现的各种情况要有充分的科学分析、周密考虑、严密组织，必须做到堵漏一次成功和万无一失。

导流洞下闸前的准备工作主要由以下几个方面：

(1) 门槽检查、清理，摸清水下门槽及混凝土被水流冲刷情况，并提前研究相应的应急措施，确保下闸一次成功。

肯斯瓦特水利枢纽导流洞12月16日下闸前，对闸门和闸槽进行了检查，检查的方式主要以肉眼观察为主，以钢钎插捣辅助。检查结果为闸门结构部分完好，P型止水橡胶完整，弹性良好，未出现老化等迹象。水面以上部分的闸槽包括门楣虽然有水流冲刷的痕迹，但并未产生损坏，水面以下闸槽内的保护门槽已不知去向，估计为洪水期间被大的树木撞击后被水流冲出带走，通过钢钎插捣，感觉水下门槽和底板表面较为光滑，未发现明显的坑槽和杂物堆积，只是在插捣闸底板时，发现一侧的闸底板硬度有细微的区别，总体上看，闸槽磨损较为轻微，不影响闸门的下闸封堵。

(2) 堵漏材料的选择。通过对类似工程堵漏的经验分析，在闸门堵漏材料分别选用了柔性料卷、袋装炉渣和黄土3种材料，其中柔性料卷专门适用于截堵闸底板上小于10 cm坑槽，其布置在闸门上游面距地缘1 m处沿闸门宽度方向，设置一长度与闸门宽度相同、直径约40 cm的柔性材料卷，材料卷以粗铁丝为骨心，用湿棉絮铺砂土等物裹卷，外用细帆布、麻袋麻绳捆包，两端的铁丝固定于闸门顶部，待闸门落到闸底后，即解开铁丝，料卷即以自重落至闸门底止水前，通过水流的带动和吸附作用，起到迅速填堵坑槽的作用。

选择炉渣作为堵漏材料是因为同砂砾石相比较，具有自重轻，在水流中停留时间较长以及容易受到水流带动和吸附等特点，在闸门堵漏中得到了一定的经验。

袋装炉渣主要用于封堵闸门底止水较大的坑槽，散装炉渣主要用于封堵顶止水、侧止水以及填充袋装炉渣之间的缝隙，炉渣数量是以最不利的情况准备，即将闸门上游侧全部填满至大三角形来考虑，本工程共准备了160 m3炉渣，袋装炉渣约100 m3，散装炉渣约60 m3。黄土的主要作用为覆盖在炉渣表面，减小炉渣的渗透流量。上述材料在下闸前均准备好并堆放至最上层的启闭机平台上。

(3) 下闸及堵漏施工人员的准备及分组。下闸工作涉及到多工种工作，施工场地极为狭窄，应当在下闸前合理地进行分工分组，各组间各司其职，各负其责，减少相互干扰，同时也避免发生安全事故。肯斯瓦特水利枢纽工程在下闸前共分了3个工作组。第1组为机电设备操作组，主要负责闸门等机电设备的操作，包括通过通气孔架设照明灯具和通信线路，使得下闸后能够迅速观察到闸后的漏水情况；第2组为堵漏施工组，主要负责在下闸后，根据观察和指挥组的指挥，尽快地将各种堵漏物资按要求进行抛填；第3组为观察指挥组，主要负责下闸后，穿戴好防水服装尽快到达闸后，观察闸门漏水水量和位置，并指挥堵漏施工组定点抛填堵漏。

4 下闸及堵漏施工技术

在完成下闸前的各项准备工作后，即可下闸工作。

第1次下闸。肯斯瓦特水利枢纽工程12月16日早10：00开始下闸，12：00闸门开度仪显示闸门降落至闸底板，下午16：00，观察指挥组到达闸后，发现闸底板铺设的厚度为24 mm钢板在左侧位置有50 cm宽度被撕裂并向后翻起，形成了主要的漏水点，漏水量约为0.5 m3/s，顶止水、侧止水及其余部分的底止水有少量的渗水，可忽略不计，初步判断底止水冲蚀坑槽宽度50 cm，深度约25 cm，柔性材料卷未按预设状态发挥作用，指挥堵漏施工组向漏水点定点抛填袋装炉渣，随之漏水量逐步减小至0.1 m3/s，随后继续抛填散装炉渣和黄土，漏水量继续减少至0，顶止水和侧止水原来少量的渗水也完全消失。因此认为闸门封堵成功。然而，在下闸后的约72 h，水位上升至25 m时，原本封堵完好的闸门突然开始漏水，出现高速射流现象，水雾喷射距离约有40 m，并且伴有尖锐轰鸣声，水量也迅速增大至1.5 m3/s，给其后混凝土堵头施工人员造成巨大的心理恐惧感，不断地再次抛投袋装、散装炉渣等封堵材料，漏水量未见减少，漏水颜色也不再发生变化，可以断定再次抛填的堵漏材料没有到达预设位置。

根据孔口过流公式估算可能的最大漏水量：

式中：Q为孔口流量；α为孔口流量系数；A为孔口过流面积；g为重力加速度；h为闸前水头。

由上述公式可知，闸底板坑槽漏水量与水头的1/2次方成正比，当前水头为27 m，流量约1.5 m3/s，当水头上升至限制水位64 m时，估算流量将达到2.31 m3/s，虽然也处在可处理的范围内，但上述估算是假定坑槽的形状和面积在此过程中不发生变化前提下，随着水头增高，压力和流速增大，坑槽发生混凝土冲蚀破坏可能性也在不断加大，一旦发生此类情况，后果难以预料和控制。为确保万无一失，经研究决定提出闸门，放空水库，重新进行下闸。

在随后的原因分析会上，我们总结第1次下闸失败的原因有以下几点：

(1) 准备工作不充分。在进行闸底板插捣检查时就已感觉左侧闸底板有异，但未发现有凸起和凹下部分，没有引起足够的重视，现在分析，可能是由于大河流量小，流速较低，部分小颗粒的砂砾石填塞至坑槽内，钢钎插捣不够仔细，未能发现这一问题。下闸后，散装炉渣填塞了砂砾石间的缝隙，造成封堵成功的假象，但随着水压力的增大，坑槽内原来稳定的散粒体发生剪切破坏，因此闸门出现了突然的漏水现象。

(2) 封堵材料抛填的不够准确和及时。第1次抛填材料封堵见效后，没有及时地将全部堵漏材料一次抛填完成。当发生再次渗漏后，水位已大幅度的上升，袋装炉渣容重较轻，定位能力较差，并且闸门顶距前胸墙只有45 cm的间隙，部分袋装炉渣受到阻卡后即担空在闸门顶部和前胸墙间，其后抛填的炉渣已不能落至闸底止水处，也就是在发生渗漏再次抛填没有效果的原因。

(3) 本工程闸门为后止水，面板设置在闸门下游侧，设计单位由于缺乏设计经验，将闸门横隔板上全部开了漏水孔，这样就造成再将闸门包括顶部全部填埋在封堵材料前，由于闸门上下联通，堵漏材料无法发挥作用。

第2次下闸。通过分析第1次下闸失败的原因，第2次下闸前，采取了以下措施

(1) 用钢板封闭了闸门横隔板上的全部排水孔，以保证堵漏材料在填堵至闸门最下一层横隔板后，就能够迅速封堵闸门底板漏水。

(2) 在闸底板坑槽对应的闸门底止水处每隔10 cm加焊了垂直方向的直径40 mm的钢管，并在其中插入32 mm的可上下活动的螺纹钢，当闸门降至闸底板时，螺纹钢可插入底部的坑槽，减少发生剪切破坏的可能性。

(3) 将原来全部堆放在启闭机平台上各种封堵材料分配堆放至导流洞闸井下部的几个平台上，一方面可以加快封堵材料的抛填速度，另一方面也增加了定点抛填的精度。

(4) 在闸门顶和前胸墙上装设了导向板，避免了抛填的袋装炉渣搁置和堆叠在闸门顶部和胸墙之间，从启闭机平台向下至闸门顶部架设了一趟溜槽，专门用于定点抛投散装炉渣，避免炉渣在水中分散。

完成上述准备工作后，12月21日再次下闸，通过闸后的观测，闸门漏水点和漏水量同第1次基本一样，进行初次抛填后，漏水量从0.5 m3/s下降至0，在闸后使用铁锤垂直敲打插在钢管中的钢筋，使之尽可能地钉入地板的坑槽内，随后，在漏水点后铺设麻袋，并在其上使用编织袋装混凝土堆叠压重，没有使用混凝土现浇的原因是担心随着闸前水位的上升，产生新的渗漏后，造成混凝土破坏。在闸前不断地抛填堵漏材料的同时，不断地利用铅垂测量闸前堵漏材料的堆积高度，当堵漏材料已堆积至闸门顶部，闸前已形成完整的三角体时，堵漏材料的抛填工作即告结束。为掌握渗漏情况，在闸后设置了专门的值班观测组，通过观察，随着闸前水位的上升，重新又出现了渗水现象，但直至导流洞堵头施工完成，最大渗漏水量没有超过0.2 m3/s，水流平稳无声，没有出现高速射流现象，对导流洞堵头的施工没有造成任何影响，第2次下闸圆满成功，完成封堵后的闸门见图1。

图1 完成封堵后的闸门图

5 结 语

(1) 肯斯瓦特水利枢纽导流洞闸底板采用了厚度为24 mm的钢板作为护衬，但是没有经受住4个洪水期泥沙的冲蚀磨损，造成了较为严重的损害，给下闸封堵带来了一定的困难。分析其原因，一方面钢板厚度不足导致损坏，另一方面，钢板下的混凝土受限于浇筑条件，水灰比过大并且不够饱满，抗冲耐磨能力较弱，造成钢板磨穿后，混凝土也迅速破坏。在肯斯瓦特水利枢纽下游、与导流洞同等环境和条件的一级水电站采用了在高标号混凝土上用环氧砂浆粘贴200 mm×200 mm×50 mm铸铁块的抗磨结构，经过3 a的运行，取得了良好的效果，因此，在多泥沙和推移质的河流上可考虑一级水电站的方案。

(2) 闸槽和闸底板的检查、清理是准备工作的重点，特别是闸底板的检查，受条件的限制，具有一定的困难，不应放过任何可疑的一点，一定要摸清真实情况，有针对性地做好下闸堵漏准备。

(3) 下闸堵漏取得初步成果后，不应掉以轻心。随着水位上升，压力的增大，堵漏材料存在着发生剪切破坏的可能，这也是本工程第1次下闸失败的主要原因。

(4) 在结构设计中，应当为闸门堵漏创造条件，胸墙和闸门间的距离最好能够达到1 m以上，避免堵漏材料阻卡在其中。

(5) 如果有可能，应尽量将底止水设置在闸门上游侧，可大幅度地减少底止水的堵漏难度。

(6) 应当充分利用下闸工作完成的初期、水位不高、漏水量不大的条件，在闸后设置阻水体，避免出现高速射流和混凝土破坏。

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Technology and Experience of Plugging Construction of Diversion Tunnel, Kenswat Project

WANG Jun

(Kenswat Project Construction Administration of 8th Division of Xinjiang Production and Construction Corps,Shihezi, Xinjiang 832000,China)

In combination of the 2nd gate application and plugging operation of Keswat Project, attention in the gate application and plugging operation are discussed in terms of structural design, gate application preparation and leakage blocking. This provides similar projects with reference and tips.

diversion tunnel; plugging; gate application; Keswat Project

2014-07-15

王军(1969- )，男，四川省华蓥市人，从事水电工程建设施工管理.

TV551

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.013