水布垭地下厂房帷幕灌浆廊道施工支洞封堵加固处理

皮军华，张雪琴

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

水布垭水电站位于湖北省巴东县境内，是清江梯级开发的龙头枢纽，工程以发电、防洪为主，兼顾其它。电站装机1 840 MW，设计年发电量39.84亿kW·h。枢纽属Ⅰ等大(1)型工程，主要建筑物由混凝土面板堆石坝、溢洪道、地下电站、放空洞以及两岸渗控工程等组成。大坝坝顶高程409 m，坝顶长度674.66 m，最大坝高233.2 m。工程于2002年1月开工，2007年4月下闸蓄水，2008年8月四台机组全部投产发电。

地下厂房布置于坝后右岸马崖高边坡山体内，位于溢洪道泄洪右侧面。主厂房建基面高程165 m，顶拱部位高程230.47 m，最大尺寸为168.50 m×23.00 m×65.47 m(长×宽×高)。电站厂房、尾水洞和尾水平台按二百年一遇洪水设计，对应尾水位高程为220.18 m，千年一遇洪水校核，对应尾水位为229.40 m。

地下厂房开挖所涉及地层为二叠系下统茅口组(P1m)、栖霞组(P1q)、马鞍组(P1ma)、石炭系黄龙组(C2h)等。其中茅口组出露于引水渠边坡，马鞍组出露于主厂房底部、机窝、尾水洞和尾水出口边坡，黄龙组与写经寺组出露于尾水洞和尾水出口边坡。地下厂房及洞室群位于坝址区三友坪向斜东翼，单斜地层，岩层走向318°，倾SW，倾角11°～16°。主要地质构造包括断层、裂隙和层间剪切带等。

1 厂房帷幕灌浆廊道及施工支洞布置

主厂房帷幕灌浆廊道位于主厂房靠江边的山体内，在厂外第二层排水洞外侧，距厂外排水洞25 m，距右岸地下厂房左边墙43 m。防渗帷幕轴线延伸至上、下游边墙后均折向右岸山体内延伸，延伸长度上游段为79.14 m，下游段为75.2 m，总长度为249.78 m。建设期因施工需要，垂直帷幕灌浆廊道布置江边施工支洞，支洞全长58.39 m；临江侧洞口高程216 m，位于大坝下游右岸马崖边坡，距大坝下游RCC围堰为15 m。2006年汛期之前，厂房帷幕灌浆施工完毕，根据防洪度汛要求，原设计单位汛前下发设计通知对该洞室进行永久性封堵，设计封堵长度为46.23 m。

厂外第二层排水洞与江边支洞厂房侧交叉口处布置4号机母线竖井进人门，直接通到主厂房发电机夹层及以下其它部位。

2 渗水检查及原因分析

2016年7月19日，水布垭电站以上流域48 h面平均降雨160 mm，最大入库流量13 100 m3/s，19日18时至23日14时，溢洪道两次开闸泄洪，最大泄洪流量4 520 m3/s，历时65 h，总泄量5.6亿m3。在“7·19” 暴雨及泄洪期间，现场管理人员对厂外第二层排水洞巡检时发现江边支洞封堵部位1.5 m以下混凝土与山体结合部位多处出现喷射状渗水情况，直接导致厂外第二层排水洞渗流量剧增，排水洞最大渗流量比泄洪前增加8倍，厂外二排集水井抽水频次有原来3次/d增加到近15 次/d，单台水泵平均运行时长近20 h/d，造成水泵运行负荷急剧增大，一旦水泵出现故障可能导致水淹厂房的重大事故发生。

图1 厂房帷幕灌浆廊道及其施工支洞布置图

泄洪结束后，对比厂外第二层排水洞渗流量监测数据分析表明，2016年“7.19”以前，渗流量在2015年以前随上游水位有一定波动，其后大部分时间变化平稳，偶尔有一定突变。突变主要原因是降雨导致与厂外第二层排水洞相连的钢衬外排水洞渗流增大引起。具体详见图2、图3。

2016年7月19日-23日，水布垭水电站两次开闸泄洪，泄洪时间段分别为：7月19日18:10-7月21日14:50，最大泄洪流量4 520 m3/s；7月23日8:00-7月23日，13:47最大泄洪流量4 000 m3/s；2017年10月2日-10月13日，受清江上游特大秋汛影响，水布垭水电站两次开闸泄洪，泄洪时间段分别为：10月2日22:38-10月6日20:03，最大泄洪流量2 580 m3/s；10月12日16:22-10月13日9:14，最大泄洪流量150 m3/s。对比两次泄洪前后厂外第二层排水洞渗流量过程线图4、图5、图6分析，表明厂外二排渗流量数次突变主要由于帷幕灌浆廊道江边支洞封堵部位泄洪雾化雨反渗引起，非泄洪工况下，渗流量与降雨量有一定相关性，与上游水位无明显相关性。

3 堵头加固处理措施

综合2016年、2017年两年泄洪期间堵头部位渗水现场检查及监测资料分析情况，并查询原施工期间封堵施工相关资料，认为封堵部位可能存在的问题如下：①封堵混凝土质量较差或未进行回填灌浆处理，存在较大渗水通道，泄洪工况下，洞口强雾化雨直接倒灌进入厂外第二层排水洞；②封堵长度未达到设计要求；③临厂房侧堵头部位可能存在较大山体渗水通道。

图2 厂外第二层排水洞渗流量与上游水位过程线图

图3 厂外第二层排水洞渗流量与降雨量过程线图

图4 2016年“7.19”泄洪前后厂外第二层排水洞渗流量与上游水位过程线图

图5 2016年“7.19”泄洪前后厂外第二层排水洞渗流量与降雨量过程线图

图6 2012年6月至2018年12月厂外第二层排水洞渗流量过程线图

为了彻底解决厂房外第二层排水洞帷幕灌浆廊道江边支洞封堵部位渗水情况，消除水淹厂房重大安全隐患，2018年汛前实施加固处理，拆除临厂房侧堵头后发现，原施工期封堵处理未按照设计要求施工，设计封堵长度范围内共布置3处长约1 m堵头，各堵头间间距约10 m，封堵体均为浆砌石结构，仅在临厂房侧第一道封堵处浇筑厚约50 cm混凝土，且第一道堵头和第二道堵头间存在宽约60 cm贯穿山体透水裂隙，裂隙向上延伸至山体覆盖层(315变电所边坡外侧)，验证了堵头渗水主要因泄洪雾化雨形成的地面流通过裂隙大量下渗引起，当封堵体之间空腔积水达到一定高度时，由于封堵体透水性较强，同时向临厂房侧和临江侧呈压力状喷射。

加固处理措施：

1)拆除临厂房侧原第一道堵头，新设堵头至裂隙内侧1m处(围岩较为完整，稳定性较好)，新设堵头考虑防渗要求和极限工况尾水千年一遇校核设计标准，对应尾水位为229.40 m，根据渗透稳定公式法[1]，L≥H/I，i为水力梯度，按照水工隧洞封堵混凝土的水力梯度最大控制在8以内，结合已建水利工程混凝土渗透试验和各类工程施工经验，i取值6，计算堵头长度为2.23 m，最后定为3 m；考虑新设封堵部位原洞室未采用衬砌支护，封堵体临江侧先浇筑2 m后，沿环向设置橡胶止水后，再浇筑3 m堵头，并埋设回填灌浆管进行回填灌浆；临江侧新设堵头与山体结合面有少量渗水，采用水溶性聚氨酯进行灌浆封闭处理；

2)对原临江侧2处堵头左侧墙脚开挖形成1～1.5 m圆形孔洞，并对底板混凝土向临江侧进行硬化找坡，将裂隙渗水快速引排至下游河道；

3)对裂隙进行测量放样至地表，对地表及其附近相关区域采用混凝土硬化封闭处理，尽可能减少泄洪雾化雨地面流下渗水量。

4 结 语

通过对水布垭厂房外第二层排水洞帷幕灌浆廊道江边支洞封堵部位渗水原因的综合排查，并结合监测数据分析，查找到渗水主要原因，建设尾期未按设计要求进行封堵，且封堵段存在狭缝状岩溶裂隙延伸至山体表面，遇强降雨及泄洪工况导致大量雨水反渗至封堵体间空腔，空腔内积水沿封堵体与岩壁结合缝隙渗入施工支洞。根据上述结论，采用山体裂隙地表封闭、堵头拆除后补强加固等综合处理措施，实施完成后，经主汛期连续强降雨工况检验，山体贯穿裂隙渗水明显减少，新封堵部位临江侧洞身底板无明显积水，堵头渗水问题得到有效解决。

5 建 议

1)工程建设阶段，地下洞室封堵处理一般不属于主体工程，很多部位应临时防汛度汛要求，仅为临时封堵处理措施，同时作为尾工项目施工管理较为薄弱，未得到重视；工程运行初期，应对所有地下洞室封堵体进行全面排查，重点检查强降雨和泄洪工况下封堵体渗水情况，必要时依据原设计要求进行检测复核；

2)要实施水电站“建管结合，无缝交接”模式[2]。运行管理人员要全方位全过程参与工程建设，深入了解设计、施工等情况，尤其是尾工处理情况，要有针对性地提出有利于运行管理的设计要求和整改要求；

3)汛期尤其是极端降雨或泄洪工况下要加大检查力度，结合工程出现情况，进一步复核和检验已采取的各项措施的有效性，避免出现重大电力生产安全事故；

4)水电站地下厂房出现渗水的原因，要围绕厂房外部山体“主动防渗”和厂房排水系统“被动防渗”相结合的思路，有针对性提出渗水处理措施。