彭水水电站导流洞永久堵头混凝土施工技术研究

向景山

（中国水电八局 长沙市 410007）

1 工程概述

乌江彭水水电站1#、2#导流洞均位于大坝左岸，是彭水水电站主体工程施工期唯一的导流建筑物，1#导流洞长1308m，2#导流洞长1189m，洞室底板高程EL208，洞顶高程EL224.6，洞室断面底宽10.65m，最宽处14.6m，顶部为半径7.3m的半圆拱。1#导流洞永久堵头位于导流洞桩号 0+235.1～0+ 275.1，2#导流洞永久堵头位于导流洞桩号0+242～0+282，2个导流洞永久堵头长度均为40m（附图）。永久堵头主要工程量见附表。2个导流洞之间设连通洞，位于2个导流洞永久堵头下游。

导流洞永久堵头EL215.5～EL219设灌浆廊道，宽3m，高3.5m，顶部为120°圆弧拱，灌浆廊道长34m，1#导流洞永久堵头灌浆廊道位于0+241.1～0+275.1，2#导流洞永久堵头灌浆廊道位于0+248～0+282（附图）。

2 施工形势

附图 1#（2#）导流洞永久堵头混凝土结构图及导流洞永久堵头混凝土剖面图

附表 导流洞永久堵头工程量表

乌江彭水水电站主体工程于2004年开工建设，导流洞是唯一的导流建筑物。2008年1月12日，导流洞上游进水闸下闸，彭水水电站开始蓄水、发电，导流洞永久堵头施工准备随之开始。根据以往工程施工经验，导流洞永久堵头施工难度不大。但本工程导流洞下闸后，当上游水位达到EL275时，2#导流洞闸门下游渐变段0+0～0+ 30范围内出现大量漏水孔，其中最大1个漏水孔直径约Φ150，其他10余个漏水孔直径在Φ50～Φ80之间，经现场检测，渗水总流量约1.3m3/s，除2#导流洞受影响外，渗水还通过连通洞流到了1#导流洞，导致永久堵头施工难度陡增，如渗水问题解决不了，永久堵头混凝土施工无法进行。

根据总进度计划安排，彭水水电站水库将于2008年12月蓄至EL293，考虑导流洞进水闸门安全问题，永久堵头混凝土必须在2008年11月底前施工完毕。工期原本比较宽松，但出现渗水问题后，工期骤然显得异常紧张。

3 施工对策

针对出现的洞顶漏水情况，中国水电八局首先考虑的是外堵方案，即采用抛填堵塞物的方法堵住漏水源头。经查相关资料分析，漏水孔可能是导流洞顶排水孔贯通了大坝左岸F7断层与岩石裂隙所致，后经现场查看，漏水处上部山体已位于水下，且多为原始山体，地形非常复杂，无法准确定位漏水点，因此，放弃了外堵方案，转而考虑内排方案，即用足够多的抽水设备对渗漏水进行强排，在2#导流洞永久堵头上下游、在1#导流洞下游设混凝土临时堵头，确保永久堵头混凝土能基本在干地上施工。

4 临时堵头设计方案

（1）临时堵头长度设计。

导流洞永久堵头施工期间，彭水水电站上游水位为EL278，考虑一定的保险系数，2#导流洞上游临时堵头按彭水水电站正常蓄水位EL293设计，即85m高水头（导流洞底板高程EL208）。下游临时堵头按20年一遇瞬时大流量10000m3/s考虑，对应的下游水位约EL235，27m高水头，临时堵头长度设计计算公式如下：

式中 L——堵头长度（m）；

P——堵头迎水面承受的总水压（MN）；

[τ]——容许剪应力（0.2～0.3MPa）；

C——堵头剪切面周长（m）；

γ——水容重（10kN/m3）；

H——水深（m）；

A——堵头截面积（m2）。经计算，上游临时堵头C=29.8m；H=（293-224.6）～（293～208）=（68.4～85）m，取H=80m；A=207.48m2。其中，C值未考虑顶部半圆拱周长，因此[τ]可取相对大值，经研究，取[τ]=0.26MPa。以上代入得：

考虑保险系数1.2，L=21.42×1.2=25.71m，取L=26m。

同理计算并确定实际取值EL214以下L=8m，EL214以上L=7m。

（2）临时堵头布置。

上游临时堵头布置主要考虑尽可能选择受力条件好的洞段，根据现场情况，布置在距永久堵头上游面约45m处，此处为导流洞转弯段，且围岩条件较好，为喷锚支护洞段（围岩条件差的洞段为钢筋混凝土衬砌），临时堵头承受水压后产生的滑移应力小，并与导流洞洞周形成挤压应力，可抵消部分滑移应力，受力条件较好。对下游临时堵头布置，因永久堵头下游基本为直洞段，下游临时堵头布置主要考虑布置在洞室围岩条件较好的洞段，并满足施工机械设备布置条件，留足永久堵头齿槽开挖后堆渣场地。根据现场情况，布置在距永久堵头下游面约200 m处，此处为导流洞喷锚支护洞段，围岩条件较好，满足施工布置条件。

（3）混凝土标号设计。

临时堵头混凝土标号设计原则上参照永久堵头混凝土标号，使用C20微膨胀混凝土，考虑到临时堵头存在水下施工情况，EL214以下使用C30水下微膨胀混凝土。

5 临时堵头施工

（1）混凝土施工方法。

上游临时堵头施工时在EL208预埋2根Φ1000排水钢管，作为施工期排水通道，钢管下游端设2MPa闸阀，临时堵头混凝土浇筑完毕后关闭闸阀。

2个下游临时堵头施工时在EL208各预埋1根Φ1000排水钢管，作为施工期排水通道，钢管上游游端设1MPa闸阀，乌江恢复过流后关闭闸阀。

2个下游临时堵头在EL222预埋1根Φ600通风钢管，通风管上游端设闸阀，枯水期（10月～次年4月）大坝下游水位一般在EL214以下，通风管闸阀开启，汛期6～7月大坝下游水位一般为EL220左右，通风管闸阀关闭；汛期其他月份（5月、8～10月）下游水位一般为EL218左右，平时通风管闸阀开启通风，一旦水情预报洪水将临即关闭闸阀，洪水退后闸阀重新开启。

临时堵头混凝土按 EL208～EL211～EL214～EL217～EL220～EL223～EL224.6分层浇筑，在浇筑EL208～EL211混凝土时使用潜水泵配合排水。混凝土使用搅拌车运料，混凝土泵送入仓。

转向失控一般是方向盘出现了问题，打不动或者打完了方向盘，前轮压根不动，这种情况一般是由于转向机构有零部件脱落、损坏、卡滞引起的。

（2）施工排水。

乌江恢复过流前，上游渗水通过预埋的钢管排出，恢复过流后，下游临时堵头排水管闸阀关闭，上游渗水采用1260m3/h抽水机抽至导流洞外已有的抽水点，再由抽水点设备抽排至乌江中。

抽水机数量根据来水量确定：1.3m3/s×3600=4680 m3/h，4680÷1260=3.7台，考虑1.25的保险系数，3.7×1.25= 4.6台，即设置5台1260m3/h抽水机抽水，并准备1台抽水机备用。

6 永久堵头混凝土施工

（1）混凝土分层及入仓方式。

考虑混凝土温控要求，永久堵头混凝土分层按（2～4）m控制，并结合灌浆廊道底板高程，按EL208～EL210～EL213.5～EL215.5～EL219～EL222～EL224.6分层。

对于混凝土入仓方式，水电八局的思路是下部尽可能使用自卸汽车与反铲挖掘机配合入仓，上部自卸汽车无法入仓时再考虑使用混凝土泵送入仓，这样混凝土可以少用水泥，减少混凝土水化热温升，减少后期通水冷却压力，使堵头混凝土尽快达到灌浆温度要求，并可节约成本。根据导流洞实际高度，EL219以下混凝土使用自卸汽车与PC200反铲挖掘机配合入仓，自卸汽车进入仓面前由施工人员用高压水枪将轮胎冲洗干净。EL219以上混凝土使用搅拌车运料，混凝土泵送入仓。在浇筑EL215.5～EL219时，由于中间有灌浆廊道，廊道边墙到导流洞边墙距离仅6.8m，减去廊道边墙和导流洞边墙结构钢筋保护层厚度，空间宽度只有6.6m左右，PC200反铲挖掘机在如此狭小的空间里作业十分困难。中国水电八局经与设计单位协商，将灌浆廊道往左侧或右侧平移1m，以灌浆孔底位置不变的原则调整灌浆孔深度，解决了此问题。

2#导流洞上游虽设置了临时堵头，但在永久堵头施工过程中，2个导流洞上游均仍有少量渗水，八局采取的方法是在永久堵头上游→下游通仓预埋1根Φ300钢管，上下游均设1MPa闸阀，平时闸阀开启，浇筑顶层混凝土、距洞顶还有约1m时，上游闸阀关闭，混凝土浇筑到顶后，对钢管回填砂浆封闭，下游闸阀关闭。

考虑到混凝土浇筑完毕后会少量收缩，混凝土和钢管之间会产生渗水通道，须对排水钢管采取止水措施：在排水钢管距永久堵头上游1m、2m、20m、39m处各焊1圈20cm宽、6mm厚钢板。

临时堵头施工完毕后，上游渗水量已减小很多，采用2台1260m3/h抽水机抽至导流洞外已有的抽水点，再排至乌江中，并准备1台抽水机备用。

（3）混凝土温控。

为使堵头混凝土尽快达到灌浆温度要求，须在堵头混凝土施工过程中中预埋冷却水管，混凝土浇筑完毕后进行通水冷却。

冷却水管采用外径32mm、壁厚2mm的高密度聚乙烯冷却水管，导热系数1.66KJ/（m.h℃），在仓内布置成蛇形管圈。导流洞堵头混凝土浇筑层厚3m以下时，冷却水管按垂直间距×水平间距=2m×2m布置，距堵头上、下游面及导流洞周边1m；浇筑层厚3m时，冷却水管按垂直间距×水平间距=3m×1.5m布置，距堵头上、下游面及导流洞周边1m。冷却水管引入灌浆廊道内，做到排列有序，避免过于集中引起混凝土局部超冷，并作好标记记录。引入廊道的管口朝下弯，管口长度不小于15cm，并对管口妥善保护以防止堵塞。

混凝土覆盖12小时后即开始进行初期通水，6～8月施工的混凝土通（8～10）℃制冷水冷却，9月施工的混凝土通河水冷却，水温与混凝土温差控制在（20～25）℃。通制冷水时间15天左右，通河水时间一般30天左右。通制冷水流量控制在（18～20）L/min，通河水流量控制在(20～25)L/ min，流向每天变换1次，并保证在管内形成紊流。控制降温速率≤1℃/d，直至满足灌浆温度要求为准。

灌浆施工完毕且确认无需再通水冷却时，用0.5∶1水泥浆封堵冷却水管。封堵时先由进浆管进0.5∶1水泥浓浆，同时将回浆管敞开，用以浆赶水方式将冷却水管残留水排出管外，直至回浆管的浆液浓度达到0.5∶1，将回浆管扎牢后，继续灌注直至不吸浆时屏浆结束。

7 实际施工情况

导流洞临时堵头于2008年2月开始施工，中国水电八局投入了5台抽水机为主、3个潜水泵辅助进行抽水，保证了临时堵头正常施工，于5月1日将临时堵头施工完毕，开始进行永久堵头齿槽开挖，2008年7月齿槽开挖结束，开始进行永久堵头混凝土施工，混凝土分层、入仓方式、排水、混凝土温控完全按以上所述方法执行，总体进行得较为顺利，于10月30日将永久堵头混凝土浇筑完毕，比原计划（11月底）提前1个月。同时，由于混凝土温控措施到位，为后续灌浆施工创造了条件，1#、2#导流洞灌浆施工分别于2009年2月10日、2月21日结束，实现2009年3月底前结束导流洞全部施工的目标。