文得根水利枢纽工程导流洞封堵体设计

程 龙，赵 亮，张 赛，刘震震

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

1 工程概况

文得根水利枢纽工程地处嫩江支流绰尔河流域中游，坝址位于内蒙古自治区兴安盟扎赉特旗音德尔镇上游90km处，是绰尔河流域的骨干性控制工程，是具有调水、灌溉、发电等多项功能的大型枢纽工程。水库总库容19.64×108m3，灌溉面积为5×104hm2，电站装机容量36MW，工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等。

文得根水利枢纽建筑物主要由粘土心墙砂砾石坝、引水发电系统、岸坡溢洪道、副坝及鱼道等组成。粘土心墙砂砾石坝、岸坡溢洪道、副坝及鱼道防洪闸为1级建筑物，校核洪水标准采用5000年一遇（P=0.02%），设计洪水标准采用500年一遇（P=0.2%），校核洪水位为379.80m，设计洪水位为377.70m，正常蓄水位为377.00m。

粘土心墙砂砾石坝布置在主河床处，坝顶全长1358.00m，坝顶高程为381.50m，防浪墙顶高程为382.70m，坝顶宽8m，最大坝高48.40m。混凝土副坝布置在左岸山体垭口位置，坝长为25.2m，坝顶高程为381.50m，上游防浪墙顶高程为382.70m，坝顶宽8m，最大坝高14.00m。

导流洞布置在左岸山体内，平面呈曲线型布置，曲线段转弯半径为240.0m，转角为61°42′，导流洞断面型式为城门洞型，过水断面尺寸为9.5 m×12.0m（宽×高），中心角为120°，进口底板高程为337.00m，出口底板高程为335.00m，洞长768.93m，洞底坡为0.26%。导流洞进水口上唇采用曲线型，并在高程370.50m设置闸门启闭平台。

2 导流洞封堵设计标准

导流洞封堵分3个阶段：第一个阶段是下闸；第二个阶段是闸门挡水、封堵体施工；第三个阶段是封堵体挡水。导流洞为临时建筑物，建筑物级别为4级，但导流洞封堵体为永久挡水建筑物，建筑物级别和洪水标准采用与大坝相同。

3 导流洞封堵体设计

3.1 设计原则

1）封堵体位置

封堵体位置应根据围岩的工程地质和水文地质条件、已有的支护或衬砌情况、相邻建筑物的布置及运行要求分析确定。导流隧洞穿过挡水建筑物防渗帷幕时，封堵体应设置在防渗帷幕线上。

2）封堵体体型和长度

封堵体的体型和长度应根据承受水压力的大小、地质条件、施工方法、封堵材料、运行要求，并考虑施工工期，综合各种因素分析研究确定。

3）封堵体稳定计算

封堵体应按承载能力极限状态设计，按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数不小于3.0。

4）封堵体灌浆

封堵段围岩宜进行固结灌浆，封堵体周边应进行回填灌浆、接缝灌浆和接触灌浆。灌浆布置、灌浆压力、浆液浓度等灌浆参数，应根据工程地质及水文地质条件、封堵体型式、封堵体工作条件以及施工方法分析确定。

3.2 封堵体长度计算

3.2.1 封堵体位置、体型

文得根水利枢纽导流洞围岩基本为Ⅲ类围岩，局部为Ⅳ，Ⅴ类围岩，导流洞全洞均采用混凝土衬砌，衬砌厚80～100cm。封堵段位于导流洞平面转弯处，起点桩号为导0+240.00，围岩类别为较好的Ⅲ类围岩，导流洞衬砌厚80cm。

封堵体的型式有圆柱形、楔形、板壳形等型式，工程设计水头不大，约44m，封堵段又位于导流洞平面转弯处，对封堵体抗滑稳定有利，故采用更便于施工的圆柱形型式。

3.2.2 封堵体长度计算

水工隧洞封堵体长度计算的常用方法有经验公式法和刚体极限平衡法。

1）经验公式法

有压隧洞封堵体长度按照混凝土封堵洞径或洞宽的3倍以上确定。挪威经验公式：

式中：L——封堵体长度，m；H——设计水头，m。

按下式计算：

式中：D——洞径或洞宽，m。

2）刚体极限平衡法

按圆柱面冲压剪切公式：

式中：P——作用在封堵体的迎水面上的水压力，kN；[τ]——混凝土与围岩接触面的容许剪应力，取0.2MPa；S——封堵体剪切面周长，m。

按承载能力极限状态确定的抗剪断公式：

式中：K——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；S——荷载效应设计值；R—封堵体承载力设计值；∑P——封堵体承受的全部荷载效应对滑动面的最大切向分值，kN；f′—混凝土与围岩或混凝土与混凝土的抗剪断摩擦系数；∑W——封堵体承受的全部荷载效应对滑动面的最大法向分值，kN；C′——混凝土与围岩或混凝土与混凝土的抗剪断凝聚力，kPa；λi——除顶拱部位外，封堵体底面、侧面与围岩或混凝土接触面的有效面积系数，底面λ=1，侧面λ=0；Ai——除顶拱部位外，封堵体底面、侧面与围岩或混凝土接触面的面积，m2。

按水库校核洪水位379.80m考虑，最大设计水头为43.8m。计算结果见表1。

表1 导流洞封堵体长度计算结果

3.2.3 封堵体长度确定

根据各方法封堵体长度计算结果，前3种经验公式方法未考虑荷载、隧洞断面大小、形状等因素，计算结果差值较大，第4种冲压剪切公式的容许剪应力根据统计规律确定，第5种按承载能力极限状态抗剪断公式计算，概念清晰，受力明确，为规范推荐的方法。综合比较分析，按第5种抗剪断公式确定封堵体长度，并考虑一定的安全裕度，导流洞封堵体长度确定为30m。

3.3 封堵体结构布置

考虑到封堵段灌浆需要，在封堵体预留3.0m×4.0m（宽×高）的灌浆廊道，灌浆廊道距封堵体端部5.0m。在封堵段端部和尾部导流洞衬砌混凝土及封堵体混凝土中分别预埋两道铜止水片和一道镀锌铁片，保证接缝部位不发生漏水，同时确保回填灌浆和接缝灌浆灌区封闭。在混凝土中预埋φ50PVC管和接缝灌浆管，用于固结及接缝灌浆使用，以减少混凝土钻孔量。封堵混凝土浇筑前，对原衬砌混凝土进行凿毛处理，原衬砌混凝土有松动、脱空现象或有质量缺陷时，应将其凿除。封堵段布置见图1。

图1 导流洞封堵段纵剖面图（单位：cm）

3.4 封堵体灌浆设计

导流洞封堵段灌浆程序为：衬砌混凝土与岩石间接缝灌浆→回填灌浆→固结灌浆→封堵混凝土与衬砌混凝土间接缝灌浆。

3.4.1 回填灌浆

回填灌浆应在封堵混凝土浇筑完成后，且混凝土强度达到设计强度的70%后进行，灌浆部位为封堵段顶拱120°范围，通过预埋的灌浆管纯压式灌注水泥浆液，灌浆压力为0.3MPa。

3.4.2 固结灌浆

固结灌浆应至少在回填灌浆结束7d后进行，封堵段30m范围内均需进行固结灌浆，固结灌浆孔设计孔径不小于38mm，采用在预埋管中钻孔的方法成孔，灌浆孔入岩不小于6.0m，排距为3.0m。采用纯压式灌浆，设计灌浆压力为1MPa，具体压力应根据现场生产性灌浆试验确定，尽可能采用大压力值。

3.4.3 接缝灌浆

接缝灌浆应在混凝土浇筑结束90d后进行，灌浆部位为导流洞混凝土衬砌和洞周围岩、导流洞封堵混凝土和导流洞混凝土衬砌，升浆管间距为2.0m，灌浆压力为0.3MPa。

4 结语

1）导流洞通常为临时建筑物，但导流洞封堵体为永久挡水建筑物，导流洞高程一般较低，封堵体挡水水头甚至比大坝还要高，一旦出现问题会对工程安全造成严重威胁，设计过程中要加强各专业分工的工作衔接，导流洞设计和封堵体设计要统筹考虑，保证工程安全。

2）导流洞封堵施工一般安排在枯水期进行，工期往往非常紧迫，处于工程关键线路上，如果不能按期完成，会对水库蓄水造成一定影响，进而影响整个工程工期。施工过程中应加强对导流洞和封堵体重要性的认识，严格按照设计文件施工，保证施工质量，确保按期完工。