乐昌峡水利枢纽导流洞汛期封堵设计与施工

刘力捷

(广东省水利电力勘测设计研究院, 广东 广州 510635)



乐昌峡水利枢纽导流洞汛期封堵设计与施工

刘力捷

(广东省水利电力勘测设计研究院, 广东 广州 510635)

乐昌峡水利枢纽工程导流洞是少有的在汛期下闸封堵的大型工程,从2012年3月23日下闸至同年11月7日封堵体周边灌浆结束,历时7个多月,期间经历了几次洪水尤其是“6.23洪水”考验,仍顺利完成了封堵任务,满足了蓄水发电时间节点要求。该文从封堵体方案设计、为满足汛期下闸封堵采取的措施、施工安排及效果分析等方面,完整的介绍了乐昌峡导流洞封堵全过程,希望对类似工程起到借鉴作用。

乐昌峡;导流洞;汛期封堵；设计；施工

1 工程概况

乐昌峡水利枢纽工程是以防洪为主,结合发电,兼顾航运、灌溉等效益的综合利用枢纽工程,工程等别为Ⅱ等大(2)型,主要建筑物的级别为2级。导流隧洞为4级建筑物,导流隧洞洞身全长577 m(含出口5 m长涵洞段)。洞身净断面为10 m×13 m、顶拱中心角120°的城门洞型。起坡点桩号为0+000,进口底部高程94 m,出口底部高程92 m,纵坡3.62‰,按有压流设计。采用塔式进水口,封堵闸门安装高程为118.0 m,启闭机排架顶部高程为140 m。导流洞封堵体位于0+173～0+204.2桩号段。

乐昌峡导流洞进口封堵钢闸门已于2009年制造、安装和调试完成,原设计闸门挡水时段和导流洞衬砌是按照导流洞2011年10月—2012年2月封堵设计和施工的。由于施工工期拖后,导流洞封堵施工进入了汛期。2006—2011年乐昌峡共发生过5次较大洪水： 2006年“7.14洪水”,2008年“6.13洪水”,2009年“5.20洪水”，2009年“7.14洪水”,2011年“5.16”洪水,其中2006年“7.14洪水” 洪峰流量约8 500 m3/s,2008年“6.13洪水”洪峰流量约4 500 m3/s,其余3次洪水最大洪峰流量接近2 000 m3/s。汛期封堵遭遇洪水可能性较大。由于下闸封堵时间与原计划发生了变化,已施工完成的导流洞进口闸门和进口段衬砌存在破坏风险,导流洞出口围堰需进行加固设计,封堵体汛期施工需考虑混凝土温度控制。

2 封堵设计

2.1 封堵闸门

导流洞进口闸门原设计于2011年10月1日下闸,下闸流量Q=100.5 m3/s,下闸水深4.2 m。原设计闸门挡水时段为10月月—次年2月。下闸后闸门的挡水标准按20年一遇设计,相应流量为2 090 m3/s,利用溢洪道敞泄时坝前调洪水位为141.5 m,设计挡水水头47.5 m。进口体型见图1。

闸门门型采用潜孔式平板滑动闸门,闸门主要由门叶、支承滑块、止水组成。门叶结构采用主横梁式、支承采用低摩擦系数的自润滑材料、侧、顶止水采用P形水封。闸门靠自重闭门,启闭机采用固定卷扬机,容量为2×1 000 kN,扬程为20 m,启闭速度为1.4 m/min。

图1 导流洞进口纵剖面(高程：m；尺寸：mm)

2.2 封堵体

本工程封堵体的级别与大坝级别相同,为2级建筑物,最大作用水头约70 m,封堵体长度为31.2 m。封堵体为楔型体结构,在0+173.0桩号底板扩挖2.0 m,然后以斜坡形式顺接到0+204.2桩号渐变为导流洞设计断面。导流洞过流前已完成封堵段洞室开挖和临时支护、隧洞衬砌、洞顶120°范围回填灌浆、洞周3 m间排距10 m深的高压固结灌浆、底板三角体素混凝土回填等。封堵混凝土采用C2820W8F100、掺MgO中热微膨胀混凝土(根据参考文献[1],MgO混凝土主要膨胀一般发生在7～200 d龄期,具有延迟性,其膨胀梁是微小的,且不会随时间和温度变化而变化,本设计利用MgO混凝土的延迟、不可逆微膨胀特性,以期达到简化甚至取消接缝灌浆的母的)。MgO掺量不超过5%(内掺),要求60 d微膨胀量达100×10-6。封堵体体型设计见图2、图3。

图2 封堵体纵剖面示意(单位：mm)

图3 A-A剖面示意(单位：mm)

3 封堵施工

3.1 导流洞进口下闸

导流洞进口封堵闸门于2009年9月导流洞通水前按照原设计制造、安装和调试完成,并锁定于118 m检修平台。由于各种原因,实际下闸时间比原计划推后172 d,由汛后下闸变为汛前下闸。由于封堵时间改变,封堵闸门最高挡水水位由原来设计的141.5 m提高到162.2 m。通过闸门结构计算复核,对闸门的面板、主梁和支承结构进行了加固,加固钢材重量25 t。加固后由于门重增加,封堵闸门的可闭门水头(门前水头)最大为10 m,可启门水头最大为5.4 m。

2012年3月23日10：00,乐昌峡导流洞一次下闸成功,下闸流量约为150 m3/s、下闸水深约5.5 m。

3.2 施工导流

1) 导流洞出口围堰

封堵体施工时导流洞进口利用封堵闸门下闸挡水,导流洞出口设围堰挡水,库区洪水通过大坝底孔、溢洪道下泄。受导流洞出口河床宽度、河床水位、防冲及施工交通等限制,并有效利用导流洞出口消力坎,导流洞出口设置过水围堰。围堰具体结构详见图4。2012年6月23日遭遇最大洪峰流量2 100 m3/s洪水考验,围堰结构保持稳定。

图4 导流洞出口围堰剖面示意(单位：mm)

2) 封堵体上游渗水导流

导流洞下闸后经进洞查看,发现在封堵闸门底部右侧有约2 m宽水舌,0+011～0+035段洞顶出现11个射流水柱。闸门底部漏水主要是由于导流期间冲刷引起底板局部不平整引起,闸门漏水经潜水员水下堵漏后漏水得到有效控制。0+011～0+035洞顶漏水主要出现在施工时预留的排水孔和灌浆孔位置,漏水原因认为主要是进口洞段顶部回填灌浆和固结灌浆效果不好,使得库水与洞顶衬砌之间形成漏水通道引起。在对洞顶漏水处理时,施工人员用木楔塞住了漏水孔,为封堵体施工创造了有利环境。在汛期封堵体施工过程中,堵塞的漏水通道再未发生射水现象,事实证明这种堵漏方法是成功的。

在以上两处堵漏处理完成后,封堵体上游洞段的渗(漏)水量很小,通过在封堵体内埋设排水管将上游渗水排至下游,然后由水泵抽排至洞外。排水管布置详见图1、图2。

在封堵体上游5 m处设1.0 m高混凝土挡水墙,准备1根45 m长Φ500排水钢管,设1个球阀,封堵体主体混凝土施工浇筑完成后关闭球阀,截断竖井范围内球阀下游段钢管,用混凝土回填临时竖井,再对下游封堵体内部分排水管进行封堵。为消除封堵段封闭后导流洞上游段封闭气体对导流洞封堵闸门造成顶推,在封堵体上游导流洞轴线上设一通气孔,孔径100 mm。

3.3 封堵体混凝土浇筑与温控措施

1) 封堵体混凝土

封堵体混凝土从2012年7月8日开始浇筑,8月7日全部浇筑完成,历时1个月,浇筑混凝土总量4 058 m3。采用通仓分层浇筑方法。设计要求在封堵混凝土内掺加一定量MgO,利用掺MgO混凝土后期微膨胀来抵消其温降收缩,达到简化混凝土接触灌浆效果。在混凝土浇筑前施工单位拟定了表1[2]混凝土配合比进行试验。

表1 封堵体混凝土配合比 kg/m3

试验结果表明混凝土强度满足规范要求。施工单位按照表1配合比对混凝土进行了收缩膨胀对比试验,成果见表2[3]。

表2 掺加MgO和不掺加MgO混凝土收缩膨胀对比 10-6

从表2看出,掺加3.44%MgO后混凝土在5～7d膨胀增加较快,并在14 d达到最大,随后开始收缩,与不掺加MgO混凝土变化趋势相同,所以该配比混凝土并未实现利用掺加MgO混凝土后期膨胀抵消混凝土温降收缩的预期效果,混凝土浇筑后需对封堵体侧顶部进行接触灌浆。

2) 温控措施

主要采取骨料遮阳和埋设冷却水管等温控措施。冷却水管垂直于洞轴线方向布置,进出口布置在封堵体下游侧,冷却水管采用内径Φ28HDPE管,水平、垂直间距不大于1.5 m,单根循环长度不大于300 m,管内流速控制在0.6 m/s左右,每层混凝土浇筑完成后即开始通洞内渗漏水,一直通水至接触灌浆开始。通水结束后对冷却管进行注浆封堵。由于HDPE通水管损坏或堵塞,局部通水效果不理想,

3.4 灌浆

导流洞封堵段在导流洞施工时就已经完成了洞周固结灌浆和顶部回填灌浆。经过2 a多的运行,期间经历了几次较大洪水,洞内存在振动和冲刷,原衬砌与岩石之间接触面可能存在松动,经钻孔检查发现衬砌外壁和围岩之间在钻孔处出现水幕,说明存在缝隙,为加强封堵体与围岩之间的抗剪能力,保证封堵体的稳定,对封堵段衬砌外壁进行水泥灌浆,并在上游15 m范围进行了化学灌浆。

新浇封堵体混凝土与原衬砌接触面顶拱在混凝土强度达到70%以上时进行回填灌浆,在封堵体混凝土浇筑完成28d后进行了水泥接触灌浆。灌浆全部通过预先埋设灌浆管在灌浆廊道内完成,预埋的回填灌浆管管径50 mm,灌浆压力0.6 MPa；预埋的接触灌浆管管径38 mm,灌浆压力1.0 MPa。

接触灌浆水泥的细度要求为通过80 μm方孔筛的筛余量不大于5%,化学灌浆材料采用中化-798-Ⅲ高渗透改性环氧(KH-3)。

封堵体周边接触灌浆在2012年11月7日(混凝土浇筑后3个月)完成。

11月14日封堵体竖井内排水管阀门关闭,并完成了竖井混凝土浇筑。当混凝土强度达到70%时利用在闸阀和管道周围及竖井侧壁预留灌浆管进行回填灌浆,浇筑完砼28d后又进行了水泥接触灌浆。至此,所有灌浆作业全部结束。

3.5 观测设计及成果分析

1) 观测设计

为了有效监测封堵体混凝土内部温度、应力、应变及接触面变化,设计单位选取两个断面布置了4组温度计(TD1～TD4)、3组应变计(CD1～CD3)、3组无应力计(ND1～ND3)及3组测缝计(JD1～JD3,JD1布置在封堵体上游底部与旧衬砌混凝土接触面上,图中未示)等监测仪器,具体布设位置见图5、图6。

图5 0+174.7监测剖面示意(单位：mm)

图6 0+178.5监测剖面(单位：mm)

2) 观测成果

封堵体砼浇筑后,不同时期各埋设仪器测值见表3。

表3 封堵体中部埋设仪器测值

3) 成果分析

由于发电蓄水需要,在封堵体混凝土浇筑完成后3个月完成了全部灌浆工作,混凝土内部温度月30℃。根据一年的观测资料,至2013年6月24日,封堵体混凝土内部温度20℃附近,应力计测值全部为压应力,ND1、ND2应变量稳定在250E-06,ND3应变量稳定在110E-06,JD1、JD2测缝计处于受压状态,JD3在2013年5—6月变幅处于0.14～0.11 mm之间。说明封堵体混凝土目前处于一个相对稳定的受力状态,封堵体本身不会出现张拉裂缝,结构稳定可靠。

4 经验与启示

1) 导流洞下闸封堵是工程建设的关键环节,闸门和进口段洞室结构是封堵成功的安全保证。

2) 导流洞封堵是一项按照既定计划设计和实施的项目,封堵工作一般从导流洞施工就开始,下闸时间由汛末变为汛前必须经过充分论证和采取适当加固措施才能保证安全。

3) 导流洞封堵体施工时间要求很紧,要尽量做到体型设计简单、施工方便,封堵工作尽可能在导流洞开挖和衬砌过程中完成,并保证质量。

[1] 外掺氧化镁混凝土不分横缝拱坝技术导则：DB44/T 703—2010[S].

[2] 广东省水电二局股份有限公司.混凝土配合比设计报告[R].广州：广东省水电二局股份有限公司.

[3] 广东省水电二局股份有限公司.混凝土收缩膨胀试验报告[R].广州：广东省水电二局股份有限公司.

(本文责任编辑 马克俊)

Plugging Design and Construction of Flood Diversion Tunnel at the Lechang Gorge Hydro Project

LIU Lijie

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute,Guangzhou,510635,China)

Diversion tunnel of the Lechang Gorge Hydro Project, as a large project, is very rare to laying down the blocking gate during flood period. In the seven months from laying down the gate on March 23, 2012 to the completion of concreting the plugging body on November 7 2012, the project experienced a number of floods, particularly the June 23 flood, and it still successfully completed the blocking task and met the timeline of water storage a to generate electricity.From the aspects of designing the plugging body, meeting the taken measures,construction arrangement and the effect analysis when laying down the blocking gate during flood period.This article is a complete description of entire plugging process of the Lechang Gorge flood diversion tunnel. We hope the article can be a good reference to similar projects.

Legang Gorge,Diversion Tunnel, Blocking During Flood Period, Design and Construction

2016-01-11;

2016-01-25

刘力捷(1973),男,本科,高级工程师,主要从事水利水电工程施工组织设计工作。

TV672+.1

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1008-0112(2016)01-0044-05