平寨水库导流隧洞封堵设计及几个关键问题

欧 波

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

平寨水库导流隧洞封堵设计及几个关键问题

欧 波

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

黔中水利枢纽一期工程平寨水库导流隧洞处于的强岩溶峡谷区，地质情况较为复杂，根据工程建设目标要求及实际实施情况，水库下闸蓄水时段接近枯水期末，封堵难度、强度及风险均大大增加，设计上采用了综合处理措施确保下闸封堵期间堵头施工及运行的安全稳定，同时施工上作了有序、合理安排及充分的准备，为导流隧洞下闸成功封堵提供了坚实的基础保障。

黔中水利枢纽工程；平寨水库；导流隧洞；堵头；混凝土；封堵

0 工程概况

黔中水利枢纽工程平寨水库位于三岔河中游六枝与织金交界的平寨村附近，是贵州省第一个大(1)型水利枢纽工程，以灌溉和城乡供水等主要功能为主，并兼顾发电。水库总库容10.89亿m3，调节库容4.48亿m3，坝址以上集雨面积为3492km2，多年平均流量为62.7m3/s，年径流量达19.77亿m3。挡水、泄洪放空、发电及灌溉取水口等主要建筑物为1级建筑物，发电及灌溉隧洞、电站等建筑物为3级建筑物，导流隧洞等临时建筑物级别为4级，导流隧洞堵头为永久建筑物，采用了与大坝相同级别，按1级建筑物设计。

1 地质条件

平寨水库导流隧洞布置于大坝右岸，全洞段围岩从上游至下游分别穿越了三叠系下统永宁镇组的T1yn3、T1yn2-4、T1yn2-3、T1yn2-2、T1yn2-1及T1yn1-2的地层岩性，其中T1yn3、T1yn2-4、T1yn2-2、及T1yn1-2以灰岩为主的洞段占80%以上，其余为T1yn2-3和T1yn2-1泥岩为主的洞段。根据导流洞开挖揭露的岩溶现象，溶蚀多为顺层发育，仅在桩号0+125至上游进洞口段的山体侧靠导流隧洞底板处发现有穿层岩溶(平行于洞轴线)管道，洞径约1m，被常年岩溶管道水冲刷，洞内光滑，无充填物分布。堵头段及其附近未发现穿层岩溶管道系统存在。

2 导流隧洞及堵头布置设计

根据工程总体建设目标，导流洞拟于2015年4月中旬下闸封堵，下闸标准采用10a一遇4月中旬旬平均流量，旬平均流量为35.3m3/s，闸前水位为1190.17m，下闸水头2.17m，小于设计闭门水头5.0m，导流洞下闸后堵头施工期间导流标准采用10a一遇。

2.1 导流隧洞布置

导流隧洞全长904m，进口位于平寨大坝上游右岸，出口位于坝后平寨电站下游右岸接下游河道，断面为7.5m×10m的城门洞型，进口底板高程1188.0m，出口底板高程1185.0m，隧洞底坡为0.336%。根据实际开挖揭露的地质情况，隧洞洞身选择了C20钢筋混凝土结构衬砌和混凝土喷锚的两种支护型式，除隧洞桩号导0+591.93-导0+816.00及导0+395.00-导0+409.00(一期堵头段)采用喷锚支护外，其余洞段均进行了钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度为500mm。在导流隧洞进口设1扇临时封堵平面滑动钢闸门，闸门孔口尺寸为7.5m×10m，闸门底槛高程为1188.0m，设计挡水水头78m，闭门水头5m。

2.2 堵头设计布置

导流隧洞永久封堵堵头位置为满足永久安全及稳定运行要求，除了选择在地质情况较好的洞段以外，还考虑了与右岸山体段防渗帷幕相结合，让帷幕穿过堵头段，具体设置在导流隧洞桩号0+395.00-0+435.008洞段，围岩岩性为T1yn2-4和T1yn2-3，堵头长度40m，结构型式为倒楔型，材料采用C25混凝土(R28、二级配、W8 、F100、膨胀率(40-50)×10-6)，堵头混凝土分三期浇筑：一期进行导流隧洞0+395.0-0+409.0段堵头混凝土浇筑；二期进行0+409.0-0+435.0段灌浆廊道(3.5m×5m城门洞型)周边混凝土浇筑；三期进行0+409-0+435.0段灌浆廊道回填混凝土浇筑。

导流隧洞封堵堵头段除混凝土浇筑封堵实施外，为确保堵头在施工期、蓄水期及长期运行期的可靠安全，还进行了以下措施保证导流隧洞、封堵堵头及水库枢纽建筑物在蓄水阶段的稳定运行的。

2.2.1 导流隧洞进口浅埋段加固措施

由于原设计导流洞堵头封堵时段计划在枯水期2月初下闸封堵，期间的旬平均流量较小，堵头封堵时段相对较富裕；但工程建设受诸多复杂因素影响，水库下闸封堵后延至4月中旬后，则旬平均流量变大，洪水出现的几率也增大，这就大大增加了进入汛期前封堵施工的强度和风险，为确保导流隧洞封堵闸门及其后隧洞浅埋段山体及洞室结构有效地抵御一期封堵堵头封堵期间的库水压力，延长一期堵头的施工及运行时段，根据导流洞进口浅埋段地质情况，在导流隧洞进口0+000-0+031浅埋洞段(洞顶以上围岩厚度20m以内洞段)沿隧洞轴线布置了5-7排固结灌浆，排距3m，孔距2-3m，导流隧洞上方孔深位于洞身顶拱范围，两侧的孔深位于隧洞底板以下15m，灌浆压力≤0.5MPa，透水率按不大于5lu控制。

采用固结灌浆加固措施对浅埋段围岩进行处理后，根据压水试验检查，满足要求，达到了加固围岩、减小渗水的目的，起到了减少一期堵头施工期间的排水量及降低施工难度的效果。

2.2.2 施工期排气减压措施

导流隧洞下闸蓄水阶段，当水库水位上升至导流隧洞进口闸门设计最高挡水水位1265.8m后，存在临时封堵闸门可能发生突然破坏而导致堵头上游段洞内瞬间充水而产生气爆的可能，一旦发生气爆则会破坏堵头及周边临近建筑物；为预防这种破坏的可能，在导流隧洞堵头上游洞段桩号0+204和0+240分别设置了2个排气减压孔，采用钢管直接伸向上部地面，与外界大气接通，有效地确保了初期蓄水的安全稳定。

2.2.3 施工期堵头排水措施

堵头混凝土浇筑期间，为排除堵头上游洞段闸门、衬砌结构、岩溶管道等部位的渗水，实施阶段在堵头混凝土内埋设2根DN500的临时排水钢管，管底高于导流隧洞底板20cm，并在导流隧洞桩号0+409.0-0+413.0设置阀室井，三期堵头混凝土浇筑时，关闭临时排水管闸阀后，拆除闸阀下游阀室内的排水管段，并采用泵送混凝土将阀室后管道回填密实。期间的有效引排可以避免堵头前段大量渗水对堵头施工的干扰，保证封堵混凝土的施工质量。

2.2.4 堵头段固结灌浆

为提高堵头段围岩整体性，增强堵头周边围岩的抗剪能力及确保混凝土堵头顶拱与围岩紧密结合，对堵头顶拱范围内进行固结兼回填灌浆及周边固结灌浆，一期堵头固结及回填灌浆在二期廊道内打斜孔灌浆；二期堵头固结及回填灌浆在灌浆廊道内进行。灌浆孔深入围岩8m，灌浆孔排距3m，每排12孔，灌浆压力0.5-1.0MPa。

2.2.5 堵头段结合面处理

为进一步加强堵头混凝土与围岩、分期混凝土之间的紧密结合，在导流隧洞堵头段桩号导0+409.0-0+435.0混凝土与周边围岩采用Φ25锚杆插筋连接，锚杆长度4.5m，排距3.0m，间距2.5m。对各分期浇筑混凝结合面及原隧洞衬砌混凝土进行凿毛处理，凿毛深度8-10mm，毛痕的间距为30mm左右，凿毛率≥90%。

2.2.6 堵头混凝土温度控制措施

为防止堵头混凝土浇筑期间产生大量水化热，内部温度过高，堵头混凝土采用了埋设冷却水管通水冷却措施，沿隧洞轴线方向布置3层冷却水管，层间距为3.0m，冷却水管中通以不低于0.18MPa压力的循环水。

2.2.7 施工期堵头安全监测

导流洞封堵段监测项目包括温度、渗压、缝隙等。共选择了0+395.58m、0+397.58m、0+416.0m等3个监测断面进行布置。每个监测断面分别布置了5支裂缝计，在左、右边墙上部及中部各布置1支，在拱顶布置1支以监测堵头与基岩的接触缝开合情况。在每个监测断面的中部布置4支温度计，第一支位于底部，其上3m、6m、9.0m处各布置1支，共布置温度计12支。在每个监测断面的底部和拱顶各布置1支渗压计，以监测堵头渗压情况。

图1导流隧洞堵头纵剖面图

图2 堵头Ⅰ-Ⅰ剖面图

3 导流隧洞下闸蓄水期间几个关键问题

水库下闸蓄水时机及条件受制于多种综合因素，包括主观及客观因素，如水库地质条件、下闸封堵期间的气候及来水情况、水库上游已建工程的情况、工程及相关建筑物的建设状况、下闸及堵头封堵期间的季节时段、下闸后堵头封堵施工组织方案及准备工作情况等等；

3.1 下闸封堵时段的选择

工程把下闸封堵时段放在枯水期进行，这样可以大大降低由此带来的风险程度。枯水期一般是11月初-次年4月底，汛期则在5月初-10月底，较好的下闸时段应在11月初-次年4月底期间进行，在汛期或主汛期来临之前完成堵头封堵施工并基本具备运行条件，越往后施工强度及难度就越大、压力和风险也越大，本工程原计划安排在2月份下闸，由于受建设进度影响，下闸蓄水时间延后到4月中旬开始，这就给堵头封堵施工强度提出了较高的要求。

3.2 导流隧洞下闸前的工作准备

导流隧洞下闸后堵头施工的制约因素较多，但堵头混凝土浇筑前的大量准备工作是重中之重；因此尽可能缩短下闸后堵头封堵时间。

本工程在水库下闸前，一方面选择合适的时机在导流隧洞进口采用布置卷扬机、钢绳及船只等设施，完成了洞内结构及衬砌的检查，布设了洞内照明线路等工作，另一方面在导流隧洞出口河段完成了河道清渣、出口段的铺路，同时准备了洞内垫路、模板、钢管及浇筑堵头混凝土的材料、设备及设施；2015年4月14日水库下闸后，一期堵头混凝土于4月22日8天内浇筑完成，方量为1667m3，平均每天浇筑208m3；二期堵头廊道混凝土于5月2日完成浇筑，方量为1365m3，平均每天浇筑136m3；由于整个施工组织方案的有序布置和实施，准备工作的顺利完成，保证了堵头封堵施工及运行的安全。

3.3 导流隧洞堵头排水管闸阀关闭时机

导流隧洞堵头段预埋的排水钢管主要是用于引排封堵期间堵头上游洞段及闸门的渗水，以减小渗水对堵头施工的影响；一期堵头下游设置了闸阀，用于后期的关闭及封堵，那么何时关闭闸阀也是值得考虑的问题；对于排水钢管闸阀的关闭时机还应根据实际工程的具体情况而定；本工程导流隧洞一、二期堵头混凝土浇筑完成时基本已进入汛期，导流洞衬砌结构的理论承受水头约50m(针对下闸蓄水时的初始水位而言)，为避免期间洪水引起库水位骤升而导致山体溶洞、导流洞衬砌、封堵闸门等破坏，造成大量库水瞬间进入导流洞而可能引发的气爆现象，库水位上升至1240m前，保持堵头预埋的2根排水管全部处于开启状态；加快封堵段灌浆施工；与此同时，作好水情测报、排水钢管的漏水量观测；水库蓄水水位上升至1240.0m后，应关闭导流洞封堵段预埋的排水管闸阀，让堵头上游洞段逐步充水平压，利用已实施的排气孔排出洞内气体，确保了导流洞衬砌、山体内围岩的安全。

4 结 语

由于导流隧洞下闸蓄水为水库蓄水、工程运行的首要关键节点，受上游来水情况、地质条件、结构布置、围岩及衬砌结构、封堵方案、工期等诸多因素影响，下闸封堵的实施是复杂和多变的，因此封堵时段应尽可能选择在枯水期进行，采取多重保障措施是必要的。同时，施工上有序合理安排及充分的事前准备以缩短堵头封堵及闸门单独挡水时间也是成功封堵的关键。

[1]胡允楚.九峰水库导流洞封堵设计与实施 [J].小水电规划设计，2010(06):31-33.

[2]朱国涛.石膏山水库导流洞封堵方案设计[J].山西水利，2010(05):41-43.

[3]张健，刘开龙.岩溶区导流洞汛前封堵风险与对策措施[J].中国水利，2015(12):65-67.

[4]汤用泉.导流洞封堵的几个关键问题[J].水电与新能源，2010(03):39-41.

1007-7596(2017)08-0107-03

2017-07-27

欧波(1978-)，男，侗族，贵州天柱人，高级工程师，从事水工建筑物设计工作。

TV551.1

：B