导流洞封堵建设之资鉴

2014-02-20刘志明

水利规划与设计 2014年6期

刘志明

导流洞封堵建设之资鉴

刘志明

（水利部水利水电规划设计总院北京 100120）

导流洞建筑物是水库工程中十分重要的建筑物，关系到工程施工进度和施工安全，然而，由于导流洞在前期大部分是临时建筑物，在实际工程建设中往往不被重视。本文分析了导流洞封堵体设计标准、设计内容、设计中应注意的问题，并列举了工程建设中存在的问题，希望工程技术人员重视导流洞封堵工程的设计与施工。

导流洞封堵体建设问题

导流洞是水库工程中十分重要的建筑物，关系到工程施工进度和工程安全，尤其是导流洞封堵体本应是永久工程的重要组成部分，但由于种种原因，其重要性往往在实际工程建设中被忽视。近年来，陆续发生多起导流洞事故，有进口闸门失稳、出口闸整体失稳造成事故的，还有因蓄水产生气爆而造成事故的等。如果水库已经蓄水，由于导流洞是水库最底层的泄水建筑物，一旦出现问题对工程安全造成严重威胁，而且其后续处理也十分困难，有时为了保证大坝安全还不得不将水库已经蓄的水放掉，严重影响水库正常效益的发挥。本文旨在对导流洞建设进行系统的总结，提出需注意的有关问题，供设计、施工和管理人员参考。也希望水利水电工程建设者真正重视被“遗忘”的导流洞封堵体设计和施工。

1 导流洞的作用

水库工程施工期间，由于围堰拦断河道，需采用导流建筑物将原河道水流从上游围堰前导向下游围堰后，导流建筑物主要有导流明渠和导流洞。导流洞工程一般是临时工程，有条件时，也可与永久泄水建筑物相结合。导流洞的主要特点是工期往往很紧迫，其封堵施工一般安排在枯水期进行，如果不能按期完成，将对整个工程的建设工期造成影响，甚至延长。

2 导流洞封堵体设计标准

2.1设计基本原则

导流洞作为临时建筑物时，按临时建筑物标准设计；与永久泄水建筑物结合时，其结合部分应同时满足永久运行与施工导流要求，需按永久建筑物标准设计；导流洞封堵体是永久建筑物的组成部分，应按永久建筑物进行设计。

2.2导流洞设计标准

《水利水电工程施工组织设计规范》（SL314-2004）、《水利水电工程施工导流设计规范》（SL623-2013）规定，导流建筑物级别一般为3级～5级，其设计洪水标准见表1。

表1 导流建筑物洪水标准划分

2.3封堵体设计标准的选择

导流洞封堵分三个阶段，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，其相应的挡水标准各不相同。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL314-2004）规定，封堵下闸的设计流量可用封堵时段5～10年重现期的月平均或平均流量，或按实测水文统计资料分析确定。

封堵体施工的导流设计洪水标准，可根据工程重要性、失事后果等因素在该时段5～20年重现期范围内选定。

封堵体作为永久建筑物的一部分，其建筑物级别和洪水标准与大坝相同，因此，其挡水标准按水库永久运行水位控制。

3 导流洞的布置

导流洞由于担负着大坝施工期间河道的导流任务，其进水口布置一般都很低，是水库工程中最低的泄水建筑物。导流洞可分为单独起导流作用和与泄洪建筑物相结合两类，导流洞封堵措施及其位置与此类型相关。

3.1单独起导流作用

导流洞完成导流任务后，应适时进行封堵。封堵体应根据相邻建筑物关系、隧洞围岩工程地质条件和水文地质条件、隧洞衬砌情况和运行要求分析确定，一般位于大坝防渗帷幕线上。

3.2与泄洪建筑物相结合

当水库水头不高时，导流洞可与泄水洞直接结合；当水头较高时，为了解决闸门挡水问题，一般由导流洞进口段改建成“龙抬头”形式，其后部分为永临结合。改造后的泄水控制闸位置，可以布置在隧洞进口（云南德泽水库导流洞进口改建为“龙抬头”）、隧洞中间（西藏旁多水库导流洞在洞内改建成泄洪控制闸），也可以布置在隧洞出口（贵州道塘水库导流洞出口修建泄洪控制闸），根据不同工程的布置和运行特点而定。对于改建为“龙抬头”的导流洞封堵体，其位置一般位于导流洞与“龙抬头”进口段交叉部位的导流洞内下游侧，可减少永久工程的处理工程量。

改建工程由于泄水闸和金属结构施工时间长，为了不占用大坝施工工期，导流洞改建工程一般放在导流任务完成后施工。

4 封堵设计应注意的问题

4.1设计的主要内容

导流洞封堵主要设计内容包括：封堵体长度、封堵体结构、温控、止水与灌浆（帷幕灌浆、固结灌浆、回填灌浆、接缝及接触灌浆）、安全监测等。

4.2注意的几个问题

导流洞封堵体的具体设计方法和程序在许多文献中均有介绍，本文不赘述，仅介绍设计过程需注意的有关问题。

4.2.1 封堵体长度

封堵体长度的计算公式较多，读者可按《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）或参考有关文献。本文需要强调的是，封堵体抗滑稳定计算既要满足隧洞衬砌与隧洞围岩接触之间的抗滑稳定，还要满足封堵体与隧洞衬砌之间的抗滑稳定，后者往往被忽视。实际上，由于导流洞衬砌在导流期间的磨擦而会成为较光滑面，若不进行打毛处理将成为控制条件。另外，在计算中还应考虑洞顶混凝土可能存在不密实或接合不良等缺陷的影响。

4.2.2 温度控制

导流洞封堵体应作为永久工程进行设计，但实际工程设计时，一般导流洞由施工专业负责设计而封堵体则由水工专业负责设计，由于分工的原因而没有引起设计单位足够的重视。从水规总院开展的安全鉴定中发现，一些工程设计中，没有进行封堵体混凝土配合比设计与试验等工作，混凝土温度没有得到有效的控制而导致工程漏水严重。

4.2.3 灌浆

封堵体灌浆包括固结灌浆、帷幕灌浆和接触灌浆，在设计与施工时应注意以下几个方面：一要注意封堵体与围岩进行有效帷幕灌浆，与大坝形成永久防渗帷幕；二要注意做好封堵体与围岩接触灌浆，特别是洞顶往往是薄弱环节，尤要引起重视；三要注意接缝灌浆的时机，应在混凝土温度基本稳定后方可进行。

4.2.4 排气孔

为消除封堵体封闭后导流洞上游隧洞段封闭气体对导流洞封堵闸门造成顶推，甚至产生气爆造成工程安全事故，应在导流洞上游段较高部位设置与地面相通的排气孔。

4.2.5 安全监测

封堵体监测项目主要是温度、渗压和接缝等。由于封堵体的第一段承担了全部或大部分水压力，仪器布置应以第一段堵体为主。

4.2.6 导流洞封堵时机

导流洞封堵体施工一般在闸门挡水条件下进行，导流洞封堵也就意味着水库下闸蓄水。为保障工程安全，设计时封堵施工一般选择在枯水期进行，此时，大坝应具备一定的挡水条件和泄水能力。若水库在汛期下闸蓄水，由于洪水的不确定性及水库水位往往难以控制而上升较快，对尚未经过洪水考验的大坝，特别是土石坝工程会带来一定的安全风险；还存在汛期导流洞封堵体施工的安全风险。因此，应认真分析河道来水、大坝形象和泄水能力的关系，权衡水库汛期蓄水风险与经济效益，并制定相应的应急预案。

5 导流洞建设中发现的主要问题

5.1封堵体抗滑稳定不满足规范要求；封堵体未与大坝帷幕连接，造成漏水通道

某水库输水隧洞封堵体抗滑稳定复核，当水头10m时，其抗滑稳定安全系数为0.916，实际封堵体应承受的水头为82m，工程存在严重安全风险。而且大坝防渗帷幕未与封堵体连接。工程采取的补救措施：一是将堵体上游侧长约238m的洞身段全用混凝土回填处理；二是将大坝防渗帷幕线向右岸山体内延伸，并穿过输水隧洞封堵体形成封闭帷幕。

5.2封堵体未进行温控设计和施工，没有接缝灌浆，造成堵体与围岩间漏水

某水库导流隧洞封堵体设计，只考虑采用微膨胀水泥混凝土，未进行温控设计及施工，没有接缝灌浆，也没有埋设任何观测设备，封堵体建成后发现漏水问题，经过两次修补堵漏处理尚未彻底解决。

某水库由于导流隧洞封堵体设计、施工不当，水库初期蓄水时发现封堵体与围岩间渗漏水较大，经研究后采取自坝顶钻孔灌浆进行堵漏处理。

某水库工程地处高寒地区，多年平均气温2.7℃，极端最低气温-49.8℃，极端最高气温40.1℃，气候环境恶劣。封堵体长40m（混凝土划分4个浇筑段）。设计单位没有进行封堵体混凝土配合比设计与试验，尤其是没有进行热学试验，使得设计所提的温控标准依据不足；施工单位未针对封堵体混凝土开展施工配合比设计，而是从坝体众多配合比中选一个适用于泵送混凝土施工的配合比，没有使用微膨胀水泥，也没有添加任何膨胀剂以补偿收缩变形，因此，封堵体挡水后洞顶存在渗漏问题。

5.3导流洞出口闸失稳事故

导流洞出口闸由于布置的原因，一般设备均不多，因此，出口闸的混凝土体积都不大，要满足抗滑稳定要求，往往需采取工程措施和施工质量保障措施。这是保障此类结构安全需重点关注的方面。

某水库工程导流洞完成导流任务后，在其出口增建泄水控制闸，采取了加设防渗帷幕和锚固措施以满足抗滑稳定要求。泄水闸建成后第2年挡水时发生了闸室沿闸槽和基础垫层面滑动并倾覆的事故。闸室整体失稳的主要原因是混凝土浇筑分层过多、过薄，层面处理不到位，削弱了混凝土层间抗剪强度。

5.4导流洞进口闸门失稳事故

某水电站导流洞由于门楣未按设计图施工而导致进口闸门失稳事故。闸门失稳时，封堵体尚未施工，将水库已蓄近1.5亿m3的水放掉。该工程事故对后续的封堵体施工带来十分困难。处理方案是先打开原导流洞施工支洞作为临时导流设施，再在临时围堰的保护下在原导流洞进口闸门部位施工临时封堵体，关闭施工支洞进口设置的拍门，水库进行蓄水，并在施工支洞内浇筑临时封堵体，再在原导流洞和施工支洞的临时封堵体的保护下进行导流洞永久封堵体施工。

5.5汛期蓄水忽视对导流洞结构的复核

水库大坝施工由于受各种不可预见因素的影响而不能如期按原设计进度进行时，需要改变导流时段和下闸蓄水时间，因此，需对封堵体施工导流标准作相应的调整，并复核隧洞有关结构设计。此时，需重点考虑大坝安全度汛要求。

如某水电站原计划导流洞封堵施工在汛后的10月至次年的4月进行，度汛标准为枯水期10年一遇，相应最高水位714.85m，闸门挡水高度约78m。由于施工滞后，水库被迫在汛期下闸蓄水和导流洞封堵施工，此时大坝施工基本完成，而永久泄洪设施尚未完成，在这种条件下，封堵体施工的导流标准应按《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）第3.2.17执行，即采用导流泄水建筑物封堵后的坝体度汛洪水标准。坝体度汛标准按100年一遇设计、200年一遇校核，相应最高水位743.5m。隧洞结构需按此标准进行复核，即闸门挡水高度应调整为107m，除应复核闸门是否加固外，还应对进水塔和隧洞衬砌结构均按此要求进行复核。

5.6水库超规定水位蓄水，构成工程安全风险，甚至导致工程事故

某水电站经批准水库限制蓄水位不得超过711m，而在实际蓄水过程中，项目法人在未经报批的情况下，擅自将水库蓄水位蓄至737m，超蓄了26m，使得导流洞封堵闸门等临时建筑物长时间在高水头下运行，是导致闸门失事的重要原因。