江坪河水电站超期服役的导流洞下闸封堵安全保障工程措施

徐建华，革罗庚，张 繁

(湖北能源集团溇水水电有限公司，湖北 恩施 445801)

0 引 言

江坪河水电站于2003年6月开工建设，2008年12月截流，导流洞于2008年12月过流，由于某些特殊原因，工程于2019年11月初导流洞下闸，水库进入初期蓄水。

导流洞在原业主组织施工过程中因坝址下游滑坡体发生大型滑坡，形成堰塞湖，导致施工中的导流洞被淹，被迫停工。通过工程抢险，更换施工队伍，对淹后的导流洞局部进行了缺陷处理及后续施工。在工程截流、导流洞过流前，原业主组织对导流洞进行了系统检测，发现导流洞施工质量缺陷较多，主要包括衬砌混凝土低强、衬砌脱空、裂缝等，通过查阅相关资料，部分资料显示原业主对上述缺陷进行了处理。

由于导流洞存在上述建设施工历程，且导流洞已超期服役多年，并未经历设计标准洪水的考验，因而导流洞下闸、封堵的安全是本工程成败关键问题之一。现业主本着对国家、人民、社会负责任的态度，未雨绸缪，先后从技术、施工等层面着手，分阶段组织进行了增设临时堵头、导流洞检测及安全性评价、缺陷处理、下闸堵漏与关键结构加固等安全保障工程措施，以确保导流洞下闸、封堵的安全。

图1 导流洞洞身段纵剖面示意(单位：m)

1 工程概况

溇水江坪河水电站工程位于湖北省恩施鹤峰县走马镇的溇水上游河段，是溇水干流龙头电站，电站总装机45万千瓦，电站水库大坝为高219米的高面板混凝土坝，为世界第三高面板堆石坝，水库正常蓄水水位470 m，总库容13.66亿m3。

导流隧洞布置于右岸，由进口明渠段、进水口段、洞身段、出口明管段和出口明渠段组成，全长1 387.40 m，纵坡坡比为0.3%。进口明渠长91 m，底板高程293.5 m。洞身段全长1 163 m，过流断面为12 m×15 m的圆拱直墙型，过流面积167.91 m2。出口明渠长54.8 m，出口底板高程290.0 m。导流洞闸门井距进口372 m，闸门布置在露天式竖井内，竖井上部开挖尺寸为4.7 m×20.7 m，下部开挖尺寸为10 m×25.2 m。闸门槽段为双孔矩形断面，门槽段上下游各布置30 m长的渐变段。布置详见图1、2。

图2 闸室段结构示意(尺寸单位:mm)

2 增设临时堵头

规划设计阶段，本工程未设置临时堵头，考虑到导流洞超期服役、导流洞施工质量缺陷多、永久堵头施工时间紧等不利因素，故考虑在原永久堵头上游侧设置临时堵头。

根据本工程初期蓄水控制措施，综合其挡水、布置部位地质条件、安全标准复合、并能快速施工的要求，决定在紧临永久堵头上游侧增设20 m长临时堵头，布置桩号为D0+610～D0+630，永久堵头布置桩号为D0+630～D0+650。

临时堵头采用C20W8F100微膨胀混凝土，临时堵头混凝土中掺加复合膨胀剂以防止混凝土收缩后渗水影响永久堵头施工，同时掺入速凝剂以保证有足够的早期强度。为有效保证发挥临时堵头保护永久堵头施工的作用，并能快速施工，临时堵头要求进行顶部回填灌浆；边墙设打穿老混凝土灌浆孔接埋接缝可重复灌浆系统，回填灌浆完成后进行第一次接缝灌浆后，其灌浆管路接入永久堵头灌浆廊道，根据情况适时补灌[1-2]。临时堵头布置详见图3。

图3 临时堵头布置示意(单位：m)

导流洞于2019年11月9日顺利下闸，临时堵头浇筑时段为11月23日～12月05日，分3层(仓)，历时13日历天，累计浇筑3 374 m3，快速高效完成了临时堵头混凝土浇筑。

3 导流洞质量检测及安全分析评价

鉴于导流洞施工期存在较多质量缺陷，虽在截流过水前进行了加固处理，但导流洞已超期服役，一旦导流洞下闸，导流洞将进入下闸蓄水运行工况，闸室至堵头段衬砌结构将承受很大的外水压力，其运行安全及渗漏，直接影响工程安全、堵头施工安全、质量、进度。故在导流洞下闸前，有必要对导流洞混凝土质量进行检测，开展隐患排查，并为导流洞下闸封堵提供必要的基础资料。在此基础上，进行结构安全评价，必要时进行针对性的加固处理。

3.1 导流洞质量检测

3.1.1检测范围

根据下闸蓄水运行工况，重点对闸室段及至堵头段进行质量检测，具体检测范围：

导流洞桩号D0+342～D0+690，包括门槽前渐变段D0+342～D0+372，门槽段D0+372～D0+382，门槽后渐变段D0+382～D0+412，闸室段至永久堵头后段D0+412～D0+690。

3.1.2检测内容

结构混凝土表面完整性、衬砌混凝土的密实性、混凝土强度、混凝土衬砌厚度、钢筋配置、衬砌混凝土与周边围岩的接触情况、衬砌外围10 m厚度范围内围岩的弹性波速及连续性、灌浆孔封堵的密实性、补强锚杆长度和注浆密实性。

3.1.3检测方法

导流洞外观及裂缝普查、混凝土回弹法强度检测、碳化深度检测、地质雷达检测、无损检测存疑情况下的钻孔取芯检测等检测手段[3]。

3.1.4检测成果

相关检测工作由长江水利委员会长江科学院质量检测中心完成，并形成了《江坪河水电站导流洞混凝土质量补充检测成果报告》。

整体而言，导流洞混凝土较为密实，无大的蜂窝麻面，无明显孔洞，未发现由于水化热等原因产生分布无规则的龟裂缝，但局部混凝土有错台，个别部位混凝土有酥松现象，个别部位钢筋保护层小于设计值，局部露筋，从导流洞进口段到闸室段部位无明显渗水点，从闸室段部位到导流洞出口段渗水点较多，存在分布较为规则的裂缝，大多数施工缝存在渗水情况；局部衬砌混凝土存在低强，顶拱与围岩存在局部小面积脱空现象；混凝土碳化深度普遍较深等不利情况。

3.2 导流洞安全分析与评价

根据已有的检测成果，针对江坪河水电站导流洞桩号D0+327～D0+690洞段，根据导流洞现状和导流洞质量检测成果，采用三维有限元分析手段，结合结构安全性评价，重点复核导流洞封堵施工期闸门室至堵头段的衬砌结构安全性[4]。

经综合分析，整体结构安全基本满足要求。建议对闸室段门槽下游渐变段的裂缝进行处理；对闸门槽上下游存在的孔洞进行封堵处理；对门槽一、二期混凝土及顶板脱空部位进行加固处理；底槛冲刷破坏部位待下闸后利用合适、快速的工程手段予以加固处理。

为慎重起见，业主单位委托中国水利水电建设工程咨询有限公司在下闸前对相关检测成果及安全评价成果进行了咨询。咨询意见认为，在综合考虑导流洞闸室至堵头前洞段围岩地质条件、施工过程及质量状况、缺陷处理情况、补充检查检测成果和安全性评价研究成果，以及下闸蓄水规划和下闸封堵计划安排等，初步判断下闸封堵期间导流洞结构总体是安全的。同时建议在下闸前后采用必要的工程手段消除影响下闸、封堵安全的不利因素，确保导流洞下闸、封堵安全；堵头段原衬砌混凝土表面需凿除已碳化混凝土，以保证堵头长期运行安全稳定。

4 导流洞缺陷处理措施

根据检测成果及安全评价意见与建议，需对闸室段及闸室段上下游30 m范围内的各类缺陷进行处理，具体为：对未封堵的地质探孔进行常规回填灌浆处理；对各类裂缝进行化学灌浆处理；对渗水明显的灌浆孔进行孔口封闭化学灌浆、刮涂环氧胶泥封口处理；对个别长流水孔洞采用水泥砂浆辅以水玻璃灌浆材料或聚氨酯灌浆材料进行回填封堵；对结构混凝土破损、露筋部位采用环氧砂浆或环氧胶泥修补后进行回填灌浆密实；对局部衬砌脱空部位采用钻孔回填灌浆处理；对水下门槽未封闭灌浆孔采用水下环氧浇筑密封、平整；对水下门槽冲坑采用水下保护性凿毛、浇注环氧混凝土进行修补；为减少闸门下闸后渗水量和门槽下游闸室结构扬压力，对门槽前10 m范围闸室及洞段、闸门井衬砌混凝土表面刮涂7 mm厚聚脲阻水层。在下闸前，按设计相关要求完成了上述缺陷处理。

5 水下自密实混凝土堵漏

虽对水下底坎、门槽进行了缺陷处理，由于是水下作业，其质量保障性不强；由于闸门井位于洞身段，使用传统的塞棉絮(潜水员有人身安全隐患)、抛砂土袋等措施堵漏效果不一定理想。同时考虑到下闸后随着库水位上升，仍可能存在较大渗漏，影响堵头施工。为确保下闸后闸门安全、减小闸门渗漏量，在下闸后于闸门前立即进行了C20 水下自密实混凝土浇筑堵漏。

水下自密实混凝土采用清华大学提供的水下自密实混凝土浇筑方案[5- 6]。在下闸前，由清华大学根据其专利产品特性、导流洞结构尺寸及堵漏保障需要进行了现场扩展度试验，根据试验确定了混凝土扩展度宜为550～650 mm，浇筑方量宜为300～400 m3。

闸门前水下自密实混凝土对混凝土强度等级无特殊要求，主要目的为实现混凝土水下不分散成形和快速堵漏。浇筑前，需在门前投放水下专用保护剂，水下专用保护剂按照1∶10的比例稀释后投放至门前浇筑区域，经1 h左右水下保护剂扩散后，再进行水下自密实混凝土浇筑。累计浇筑363 m3，施工扩展度为585 mm。

浇筑完成后，通过对门后渗漏情况检查，发现门后约10 m范围存在混凝土析出物，门槽底坎已无明显渗水；通过堵头封堵施工日常渗水量监测，截止目前，渗水量无明显变化。上述情况说明下闸后在门前浇筑适量的水下自密实混凝土堵漏效果明显。

6 门后闸墩加固处理措施

鉴于导流洞闸室中墩、边墙下部混凝土存在低强、施工冷缝及其他裂缝、底部水平向存在不同深度的淘刷孔洞等质量缺陷，其结构安全关系到在库水位作用下闸门的安全，因而下闸后需尽快在两扇闸门后(紧贴)全断面浇筑高度约5 m，长度(沿水流向)8 m，早强C25混凝土，以加固闸墩和闸门，防止倾覆。导流洞下闸后，对洞内积水进行抽排，于2019年11月18日完成该部位混凝土浇筑。

7 封堵施工期临时安全监测

由于闸门至堵头段围岩抗外压稳定性事关堵头施工期安全和工程蓄水安全，须进行堵头施工期临时安全监测，根据监测成果及已制订的安全措施和应急预案防范安全事故的发生。针对本导流洞实际情况和特点，确定临时监测措施如下：

(1)导流洞下闸后立即对闸室段至临时堵头范围开展收敛观测。监测断面布置间距以30 m为宜，监测断面尽可能布置在原衬砌裂缝集中部位，且每个监测断面布置5个测点，分别布置在顶拱、左右拱座和两侧边墙腰线附近；观测精度不大于1 mm，监测频次为1次/d。

(2)对闸门井下游原衬砌混凝土危害较大的结构性裂缝采用涂刷油漆、设置砂浆条带等手段观察裂缝发展趋势，监测频次为1次/d。

(3)巡视观察全洞段衬砌混凝土渗水情况，统计异常情况；并通过对堵头内预埋排水钢管出水量定时量测，制作流量曲线；监测频次不小于1次/d。

根据蓄水规划，水库初期蓄水至370 m(泄洪放空洞进口底板高程)以上后，泄洪放空洞敞泄，水库水位基本保持在374 m附近，堵头继续施工，至2020年4月中旬，堵头混凝土全部浇筑完成。在水库初期蓄水和堵头施工过程期间，通过上述临时监测手段，未发现变形、渗漏量异常情况，佐证了上述工程措施是有效的。

8 结 语

江坪河水电站导流洞由于其特殊建设历程、超期服役多年、未经历设计标准洪水的考验等不利因素，若贸然下闸势必存在很大的工程安全风险。下闸前，通过研究增设临时堵头、对导流洞进行检测及安全性评价、对关键部位进行缺陷处理；下闸后，在闸门前进行水下自密实混凝土堵漏、门后结构加固及快速完成临时堵头混凝土浇筑等工程措施。导流洞的顺利下闸与封堵证实了上述工程措施是必要的，且行之有效。