沁县漳源水库输水洞应急专项除险加固方案探讨

杨菊莲

(沁县水利局，山西 沁县 046400)

1 工程概述

漳源水库位于浊漳河西源干流上，坝址在沁县漳源镇北河村南，控制流域面积29.74 km2，总库容为344.1万 m3，是一座以防洪为主兼顾灌溉、养殖的小(1)型水库。

漳源水库兴建于1958年，2011年～2012年进行了除险加固改造，建设内容主要是大坝整修(增设防浪墙、坝顶路面、上下游护坡改造、贴坡排水和排水沟)和溢洪道拓宽衬砌。改造后运用洪水标准为设计30年一遇，校核300年一遇。

水库枢纽工程由大坝、溢洪道和输水洞三部分组成。

大坝为均质土坝，坝长430 m，最大坝高15 m，坝顶宽4.72 m，上游干砌石护坡，坡度1∶2～1∶2.75;下游草皮护坡，坡度 1∶2～1∶2.75;坝顶设浆砌石防浪墙，墙高 1.0 m。

溢洪道位于大坝右侧台地土基上，改造后总长255 m，堰顶高程 992.0 m，堰顶宽 24 m，最大泄量 223.4 m3/s。

输水洞位于大坝左端，建在土基上，全长69.1 m，城门洞形，断面尺寸 1 m×1.5 m(宽×高)，进口底高程 984.5 m，纵坡1/1 000。设计最大泄量4 m3/s。

输水洞由进水口、进口段、洞身段和出水明渠组成。桩号0－017.1～0+000为进口有压段，全断面浆砌石衬砌，厚400 mm，其中桩号0－003.1～0+000段为闸室段，长度3.1 m，设有工作闸门;洞身段桩号0+000～0+047段下半部直墙为浆砌料石衬砌，厚600 mm，上半洞拱涵采用砌砖衬砌，厚30 mm～40 mm;洞身段桩号0+047～0+052段底板为浆砌石衬砌，厚500 mm，边墙和顶拱采用浆砌料石衬砌。

2 输水洞渗水问题分析

自建库以来，输水洞洞身段始终存在渗漏问题，渗漏主要集中在工作闸门下游的10 m范围内，且上游进水口平台曾出现多次塌陷。1998年渗水流量达0.1 m3/s，1999年曾对坝顶渗水部位进行了灌浆，渗水量有所减缓，但渗水现象仍然存在。

2013年3月对水库进行了蓄水安全专项检查，现场检查中发现输水洞洞身段在距工作闸门下游约3 m和7 m两处的右侧拱底部存在射流现象，渗漏水量在0.2 m3/s，水流无浑浊。此时库水位高程990.3 m，蓄水量约47.0万m3。

鉴于渗漏水量较大，且洞出口下游泄水渠浆砌石挡墙底部被水掏空，已严重影响输水洞的安全运行，对水库安全构成隐患，因此有必要对其进行应急加固。根据现场勘察，结合工程设计、施工和运行资料，分析其渗漏水原因如下:

1)受当时技术和施工条件限制，输水洞建设标准低，只是采用块石和砖衬砌，没有进行洞体防渗，没有设置防渗齿墙，由于浆砌石、砌砖本身防渗能力很差，当水库蓄水后，坝体浸润线抬高，坝体土与衬砌接触部位含水超过允许值，就会沿缝隙出现渗水。

2)输水洞上游闸室附近覆盖土层相对较薄，渗径短，渗透坡降大，再加上土体与洞身浆砌石接触部位填筑质量较差，极易产生接触渗流，经过50多年运行，砌体中砂浆被渗水侵蚀冲刷，形成渗水通道，导致石缝中有较大的射流。

3)水库水位降低以后，进口处翼墙发现仍有多处小股渗水，说明坝体内含水量很大。据了解，输水洞上端顶部以上的平台曾数次发生塌陷，说明输水洞渗流已将大量覆盖土层带走，加之以前处理塌陷时，回填了一定数量的块石，使土层的孔隙率增加，坝体渗透系数增大。此种现象较为危险，在高水位时运行可能会出现输水洞坍塌，进而影响大坝安全。

3 应急除险加固方案

土坝坝内输水洞漏水处理常用的方法就是在内部加套管或者是内衬混凝土，还有就是在涵洞的外面加截水墙包裹加固，以上方法都不能保证安全和效果的话，就要考虑拆除原涵洞、在原位置新建输水洞或者封堵原涵洞、在适当位置新建输水洞。无论哪种方法，都要配合输水洞外充填灌浆加固。加固的方法要根据地质条件、施工条件和涵洞漏水的情况进行相应的调整、组合。

为解决输水洞漏水，达到根治大坝安全隐患之目的，根据输水洞的现状条件、运行情况和存在问题，经技术经济比较后提出了处理方案:

输水洞洞身段较长，洞径较小，考虑施工条件限制，采取内衬钢管的方法，钢管与原洞壁之间采用混凝土回填;对输水洞进口段边墙重新勾缝，底板混凝土现浇;对涵洞顶拱及洞壁外围部位进行充填灌浆，增大坝体土的密实度;在闸门下游顶部及左右两侧浇筑塑性混凝土防渗墙，并沿坝坡设置土工膜，解决沿洞壁接触渗漏问题。考虑运行管理方便，在管道出洞口后加阀门控制。

改造后输水洞洞身段由无压涵洞变为有压涵管;原工作闸门变为检修闸门，出口闸阀作为工作阀门;原设计最大泄水流量4.0 m3/s，改造后正常蓄水位下流量为1.13 m3/s，仍能满足水库设计运行和下游用水要求。

具体的处理措施和施工工艺为:

1)输水洞进水口、进口段改造。

桩号0－023.1～0－017.1段为进水口，长 6.0 m，为一方形的进水池，浆砌块石结构。对进水口浆砌石底板、边墙凿毛清洗，现浇C20混凝土，厚150 mm;考虑库底淤泥影响，对原进水口边墙顶加高1.5 m，采用C20混凝土现浇，且在库区迎水面方向留一缺口，尺寸1.0 m×1.5 m(宽× 深)，内置拦污栅。

桩号0－017.1～0+000段为进口段，洞长17.1 m，维持原断面形式，对洞内边墙、底板凿毛清洗，旧缝清除，边墙重新用M10水泥砂浆勾缝，底板现浇C20混凝土，厚150 mm。

2)输水洞洞身段改造。

洞身段桩号0+000～0+052，长度52.0 m，由于洞径较小，全段采用内衬钢管的方法，钢管与洞壁之间用C20细石混凝土回填。考虑输水洞现状情况、供水和施工安装要求，钢管采用螺旋焊管，规格φ529 mm×10 mm。

先将洞内表面凿毛清洗，在涵洞直墙壁两侧每隔5 m预埋一套固定钢管的埋件，用以钢管定位、固定，防止回填混凝土时钢管浮动;在洞顶拱及其左右各20 cm范围内沿洞轴线方向布置三条φ50 mm，长52 m的钢管，在钢管管壁上均匀布孔，用于混凝土回填之后的回填灌浆，以加强钢管与洞顶间的密实度;钢管在洞外预先进行部分管段焊接，做好管内防腐处理，再送入洞内安装固定;为施工方便，管道转弯处设弯头，法兰连接，法兰间设垫片;管道安装完毕后，采用泵送混凝土入仓回填。

管道安装、混凝土回填从上游至下游分段进行，先做试验段，优化施工方法和施工工艺，以保证混凝土回填的密实度。回填完成后，通过预设的三条管道进行回填灌浆。

3)输水洞出口段改造。

在洞出口处修建闸房，管道出洞后在闸房内设三通分水，左支接入灌溉渠道，安装DN200 mm蝶阀控制;右支接入原位置改建后的泄水渠道，设DN500 mm蝶阀控制。

4)输水洞外充填灌浆。

对输水洞洞内改造后，再在洞周及洞顶进行充填灌浆加固。由于洞径较小，从坝面上钻孔至洞外壁与坝体接触处进行灌浆。参考以往工程的经验，按照灌浆孔距排距与半径最优关系确定，沿平行于输水洞轴线的方向布置10排钻孔，在洞进口平台(洞轴线左右侧)适当加密，灌浆范围桩号0－015～0+014，孔距1.7 m，排距2 m，每排9个～16个孔，梅花形布置，钻孔深度到达洞顶和洞底以下1 m，以保证灌浆效果。

共布置灌浆孔90个，总进尺1 210 m，最深处位于坝顶，为13.5 m，最浅孔位于坝下游坡最低处钻孔，为7.8 m。

灌浆采用自下而上分段灌浆法，每段5 m～10 m，每孔复灌3次以上，每次复灌间隔时间不少于5 d，钻孔孔径不超过110 mm。注浆管上端孔口灌浆压力不大于0.05 MPa，浆液采用水泥粘土浆液，水泥用42.5硅酸盐水泥，水泥用量为干料量的5%～30%。

5)输水洞外防渗处理。

输水洞沿洞壁接触渗漏问题比较严重，应进行截渗处理，由于输水洞深埋于坝下，若在洞壁外侧增设截水环防渗，明挖处理费工费时且风险较大，最终确定采用塑性混凝土防渗墙方案。

塑性混凝土防渗墙是利用冲击钻以泥浆固壁法造主孔、副孔，然后在泥浆保护下灌注塑性混凝土(混凝土中掺膨润土)，使之成为一道地下连续墙，达到防渗目的。该方法技术成熟，对地层变化的适应能力强，墙体连续，可靠性高，防渗性能较好。

防渗墙布置在大坝上游坡，闸门下游侧的顶部及左右两侧，以输水洞闸门后中心线对称，呈八字形。防渗墙厚0.45 m～0.6 m，左右两侧防渗墙的顶部置于输水洞进口平台处，墙底坐落在第四系冲洪积土层之上;在输水洞部位，防渗墙伸入输水洞回填混凝土中0.2 m～0.3 m。

混凝土防渗墙建成后在顶端导向槽内浇筑二期混凝土，将复合土工膜埋入与混凝土防渗墙连接，土工膜沿坝坡铺设，上端埋入混凝土防浪墙，由此形成完整的防渗体。复合土工膜上回填0.3 m厚砂砾料、0.15 m厚碎石、0.3 m厚干砌块石作为保护层。

4 结语

经过对输水洞采用内衬钢管改造、洞外充填灌浆和塑性混凝土墙防渗处理，输水洞止漏效果明显，隐患消除。目前应急工程已完工，使得水库效益能够正常发挥，也为小型水库输水洞改造提供了可借鉴的经验。

［1］山西省水利厅.全省水库应急专项除险加固工作实施方案［Z］.2013.

［2］长治市水利勘测设计研究院.沁县漳源水库除险加固工程初步设计［Z］.2011.