大石峡水利枢纽工程导流洞进口围堰设计及施工

宋虹兵 ,黄国强

(1.新疆维吾尔自治区塔里木河流域大石峡水利枢纽工程建设管理局，新疆 阿克苏 843000；2.新疆维吾尔自治区塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000)

1 工程概况

大石峡水利枢纽工程位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区温宿县与乌什县境内的库玛拉克河大石峡峡谷出口，下游距已建的小石峡水电站约11 km，工程对外交通方便。大石峡水利枢纽工程由混凝土面板砂砾石坝、左岸引水发电系统、左岸泄洪系统、左岸地面厂房等建筑物组成，最大坝高247.0 m，总库容为11.7亿m3，电站总装机容量750 MW，为Ⅰ等大(1)型工程，面板坝为1级建筑物，临时建筑物导流洞为4级建筑物。

大石峡水利枢纽工程大坝采用“围堰一次断流、隧洞过流、大坝基坑全年施工”的导流方式。导流洞布置在坝址的左岸，1条隧洞，平面上在进口附近设置1个弯道，出口顺直，导流标准按照20年一遇洪水2 266 m3/s设计。导流洞过流断面型式为圆拱直墙型，过水断面尺寸为10.0 m×14.5 m(宽×高)。导流洞进水塔底板高程为1 487.00 m，出口底板高程为1 479.00 m，洞长1 203.0 m，洞底纵坡为6.65‰，出口接明渠和消能池进行消能。进口边坡最大开挖高度约85 m，进水塔闸室段长18 m，宽22 m，塔高52 m。

2 导流洞进口原围堰设计方案

为保证导流洞进口闸室和隧洞正常施工，设计初拟在导流洞进口设一道岩坎+土石围堰挡水，挡水标准为10年一遇洪水1 970 m3/s，相应的围堰顶部高程1 500.70 m。开工后现场勘察发现，预留岩坎处岩石较破碎，厚度小于原设计一半以上，受下游小石峡电站库区淤积影响，导流洞进口处河床高程约1 485.00～1 487.00 m，比可研设计阶段高6～8 m。在岩坎和覆盖层上修筑高约14 m的土石围堰需侵占较大河道行洪断面，导致水位雍高、流速加大，对围堰施工、运行安全不利。经分析、论证推荐采取岩坎、局部覆盖层上混凝土围堰挡水方案。

导流洞进水塔基础、隧洞开挖时段为2018年3月份至2019年8月，期间历经2018年和2019年2个汛期，受小石峡影响,河床水位每年抬高约1 m。为了尽可能减少围堰对河床的束窄，混凝土围堰堰顶高程根据实测上一年洪水水位分步加高确定。

图1 导流洞进口围堰布置图 单位：m

3 2018年围堰设计和施工

3.1 进口围堰顶高程确定

2018年汛期导流洞进口段预留堰塞，以保障洞内施工有序进行。进口基坑主要为进水塔基础开挖及混凝土浇筑施工。为最大限度的减少围堰对河道的束窄，2018年进口围堰导流标准为枯水期10年一遇，流量405 m3/s，且不小于去年汛期最高水位(2017年7月上游河道最高水位为1 494.00 m高程)，确定进口围堰顶高程为1 496.00 m，即采用过水围堰，如发生超标洪水时，及时撤离人员、设备，在洪峰过后利用水泵抽排水后再继续施工。

3.2 围堰布置及结构设计

围堰机构设计为钢筋混凝土围堰，围堰长度约50 m，堰顶高程1 496.00 m，顶宽0.6 m，堰底高程1 490.00 m，底宽3.4 m，迎水侧坡比1∶0.3，背水侧为铅垂面，导流洞进口围堰布置和剖面分别见图1和图2。

图2 导流洞进口围堰剖面图 单位：m

围堰混凝土标号采用C15，在底板和背水侧布设的单层钢筋。基础采用回填碾压石渣，填筑厚度3～5 m，覆盖层基础布设5排控制性灌浆孔，灌浆孔进入岩坎1 m，梅花形布置，形成一个拱形基础(见图3)，既可加固覆盖层基础，又起到加强基础的防渗功能。混凝土围堰基础再布设2排Ø48 mm钢管桩，排距1 m，孔距3 m，入基础灌浆体约1 m，外露1 m，梅花形布置，钢管柱与钢筋网焊接。上游围堰修筑后，导流洞进口处河道宽度约45 m。为提高围堰的安全稳定，同时满足2018年防洪度汛要求，在围堰迎水侧坡脚处抛投大块石和部分2 m3钢筋笼进行防护，钢筋笼采用Ø12～Ø20 mm的钢筋组合加工成型。

图3 导流洞进口围堰控制性灌浆平面布置图

混凝土围堰荷载考虑堰体自重、静水压力、扬压力3种主要荷载，经计算分析混凝土围堰抗滑、抗倾稳定及基础应力均满足相应要求。

3.3 围堰基础处理施工

围堰基础回填石碴料采用20 t自行式振动碾碾压密实，覆盖层基础控制性灌浆布置5排，孔间排距1.0 m，梅花形布置，孔底插入基岩岩坎以下1.0 m，防渗系统形成封闭。灌浆分两序进行，风动式钻机由上游向下游造孔，孔径127 mm，高压注浆机灌注0.8∶1的水泥浆和水玻璃，水玻璃掺量3%～5%。灌浆时，先灌注背水面侧，再灌注迎水面侧，最后灌注中间孔。防渗标准按照5 Lu控制，经单点压水试验检查，压水试验合格，闸室基础开挖和混凝土浇筑施工中，围堰无渗水，为干地施工创造了条件。

4 2019年围堰加高设计和施工

4.1 进口混凝土围堰顶高程加高方案

2019年对导流洞进口附近河床复测，河床高程抬高约1 m，经复核按照汛期导流标准10年一遇洪峰流量1 970 m3/s，对应水位1 500.40 m，比2018年过水围堰堰顶高程1 496.00 m高4.4 m，此时导流洞已经全面贯通，混凝土衬砌施工进入高峰期，如果仍然采取过水围堰方案，洞内设备和人员撤离基无可能，所以2019年度汛导流洞进口采用全年围堰，为确保2019年安全度汛，导流洞进口围堰在1 496.00 m高程上设置混凝土挡墙围堰进行加高和对原混凝土围堰进行加固。

导流洞进口混凝土围堰由1 496.00 m加高至1 500.70 m，堰顶宽度0.36 m，迎水面铅垂、背水侧坡比1∶0.2，围堰混凝土标号C15。为确保加高后的重力式混凝土围堰安全稳定，在原围堰背水侧和进水塔混凝土之间的导0-21.60 m～导0-18.60 m回填C15的混凝土至1 492.20 m，在进水塔两个过水孔正前方的围堰背水侧增加肋板和钢筋笼，其余部分回填石碴。

肋板顶高程1 499.00 m，顶宽0.6 m，厚度0.4 m，坡比1∶0.72，间距3.15 m；上游侧石碴回填至1 498.00 m，顶宽1.5 m，坡比1∶1.3；下游侧石碴满填与闸门安装临时施工道路相结合。导流洞进口围堰体型断面见图4，三维模型结构见图5。

图4 导流洞进口加高后混凝土围堰体型断面图 单位：m

图5 导流洞进口围堰三维结构型式图

沿河流方向围堰背水侧增加了肋板及钢筋笼，以增强围堰的抗倾覆性，且肋板与进水塔基础混凝土相衔接，进水塔混凝土间接的对围堰进行了支撑，有利于围堰的抗滑和抗倾覆，同时围堰背水侧基坑上游侧预留集水井，堰基内的渗水排入集水井中然后集中抽排。

经计算混凝土围堰抗倾覆、基础应力均满足要求。

4.2 进口围堰加高施工

在进水塔混凝土浇筑过程中，先进行围堰1 496.00 m高程的插筋造孔及安装施工。在不影响进水塔混凝土施工的前提下，先对围堰加高2 m(上游侧围堰稍微滞后，以便集水井施工)，围堰背水侧模板安装过程中人工在肋板位置安装Ø20 mm插筋。

进水塔进水口混凝土浇筑完成并拆除模板后，开始围堰的全面加高加固施工。首先浇筑围堰背水侧和进水塔混凝土之间混凝土至1 492.20 m，浇筑前在1 487.00 m高程纵向埋设Ø200 mm的排水钢管，浇筑后在肋板位置预埋Ø20 mm插筋；在上游的渗水坑内回填0.5 m高的排水卵石后，人工配合25 t吊车安装直径2 m的涵管至1 498.00 m高程，涵管安装过程中使用长臂反铲及时分层回填石碴，平板夯分层夯实，以确保涵管的稳定；下游侧渗水坑内回填排水卵石至1 487.50 m高程，将下游渗水引排至上游集水井中。最后将整个围堰加高至1 500.70 m高程，并完成围堰背水侧肋板混凝土施工和肋板间的3层钢筋笼安装。围堰混凝土全部施工完成后，将上下游侧围堰的石碴回填至相应高程。

围堰混凝土加高施工中，尽量每层通仓一次性浇筑成型，如需要留施工缝，应避开上下游侧的转折点。混凝土围堰上下游两侧与岸坡岩石交接处，人工使用风镐进行处理，确保混凝土围堰嵌入岩石0.5 m。导流洞进口混凝土围堰施工完成后，在堰顶每隔20 m布置1个安全监测控制点，在围堰迎水侧设置水尺。为确保导流洞进口混凝土围堰不影响进水塔的设计结构，在围堰混凝土与进水塔混凝土相接触的部位，全部安装竹胶板进行隔离，以便后期混凝土围堰拆除。

5 结 语

大石峡水利枢纽工程导流洞进口河床较窄，结合导流隧洞内开挖、混凝土浇筑时段，2018年采取过水围堰、2019年采取全年挡水围堰标准，混凝土围堰采取逐年分步加高至10年一遇洪水挡水水位的方式，确保了导流洞施工期度汛安全。

混凝土围堰基础覆盖层采用控制性灌浆，不但起到了加固覆盖层基础作用，而且起到了防渗作用，基础加固效果显著。经过2018年10年一遇洪水，基坑进水，挡墙和基础未受冲刷破坏。2019年混凝土围堰加高后，其加高混凝土挡墙及其支撑结构经受2019年度汛考验，汛后检查围堰基础和混凝土结构正常。

综上说明，覆盖层经过水泥灌浆加固处理，其防冲和承载力提高效果明显，在其上浇筑混凝土挡墙式围堰，并在下游侧设置扶壁式支撑结构能够满足抗滑和抗倾稳定要求，对狭窄河谷导流洞进口围堰的设计和施工起到了示范作用。