岩溶区导流洞汛前封堵风险分析与对策措施

张 健，吴开龙

（1.贵州省水利投资(集团)有限责任公司，550003，贵阳；2.贵州省水利水电勘测设计研究院，550003，贵阳）

平寨水库导流洞处于烂田坝至木底河岩溶管道分支系统附近，溶洞及裂隙发育。按照工程年度计划目标，需在当年4月中旬完成水库下闸蓄水，较原初步设计2月下旬下闸蓄水时间推迟了近50天，下闸洪水流量从原来的20.9 m3/s增加至35.3 m3/s。导流洞的地质条件及封堵时间推后均对导流洞封堵不利，增加了导流洞封堵风险。为控制和降低风险，多次开展了封堵风险分析，对堵头布置及施工安排进行优化，最终顺利完成了导流洞的封堵。

一、导流洞布置

导流洞布置在大坝右岸，由进口明渠、进口闸门井、洞身段、出口明渠组成，全长904 m。隧洞进口底板高程1 188.0 m，出口底板高程1 185.0 m，底坡0.336%，过流断面为7.5 m×10 m城门洞形，设计最大过流量2 140 m3/s。隧洞0+000.00～0+649.98段为上游直洞段，0+649.98～0+749.50 段为平面转弯，0+749.58～0+904.00 段为 下游直洞段。隧洞0+000.00～0+387.85段采用50 cm厚C20钢筋混凝土衬砌，0+387.58～0+407.00采 用 10 cm 厚C20喷混凝土及锚杆支护，0+407.00～595.37洞段采用50 cm厚C20钢筋混凝土衬砌，0+595.37～0+816.00采用10 cm厚C20喷混凝土支护，0+816.00～0+904.00洞段采用 50 cm厚C20钢筋混凝土衬砌。

二、导流洞封堵设计

1.堵头段工程地质条件

导流洞堵头段主要地层岩性为三叠系统下永宁镇组第二段第四层（T1yn2-4）灰岩与泥质灰岩互层，以及第二段第三层(T1yn2-3)泥岩，岩层倾上游偏向山体侧，倾角约40°。除0+409.00～0+415.00段围岩溶蚀破碎严重，顶部有竖井状溶洞发育，下部洞口直径约4 m，上部变小，黏土充填(导流洞开挖时黏土掉落，可见深度5～6 m，导流洞衬砌时对溶洞局部进行了混凝土回填)，溶洞周围有滴水，其余段为Ⅲ类围岩。

2.堵头设计

图1 导流洞堵头纵剖面结构图

堵头长度按冲压剪切公式计算和按抗剪断强度公式复核，堵头长度40 m，并结合帷幕线布置（帷幕线与导流洞轴线交叉位置0+413.13），堵头布置于 0+395.00～0+435.00。0+395.00～0+409.00 为一期堵头（C25微膨胀混凝土 1 667 m3），0+409.00～0+435.00为二期 （C25微膨胀混凝土1 365 m3）、三期堵头（3.5 m×5.0 m 廊道C25微膨胀混凝土455 m3）。导流隧洞堵头结构型式为倒楔形，0+395.00～0+395.58堵头横断面为8.7 m×11.1 m城门洞形；0+395.58～0+397.58 段堵头横断面由8.7 m×11.1 m渐变为12.4 m×15.0 m；0+397.58.58～0+409.00 堵头横断面由12.4 m×15.0 m渐变为7.5 m×10 m；0+409.00～0+435.00 堵头横断面为 7.5 m×10 m（图 1）。

3.堵头施工导流标准

导流洞堵头为永久工程，属1级建筑物，设计洪水标准按500年一遇，挡水水头140.13 m；校核洪水标准按5 000年一遇，堵头挡水水头141.82 m。按《水利水电工程施工组织 设 计 规 范 》(SL 303—2004)第3.2.18条，平寨水库导流洞下闸后堵头施工期间导流标准采用10年一遇。按照4月中旬导流洞下闸蓄水，一期堵头在水库水位上升至堵头前洞段衬砌结构所能正常承受的1 240 m库水位之前(且不晚于4月30日)完成混凝土施工；二期堵头混凝土浇筑不晚于6月30日完成，其余三期廊道混凝土、固结灌浆和回填灌浆、三期廊道回填混凝土浇筑、帷幕及其搭接灌浆等不晚于7月30日完成。

三、导流洞封堵风险分析

1.进口闸门漏水及涌水风险

导流洞进口设置了一次性潜孔式平面滑动钢闸门1扇，孔口尺寸为7.5 m×10 m(宽×高)，最高挡水水位为1 265.80 m，最大动水闭门的下闸水位为1 193.00 m，最大下闸水头为5 m，最大启门水头12 m。采用下游顶、侧止水布置，顶、侧止水采用P60A橡塑复合止水(实心)，底止水采用I20橡胶止水。导流洞于2011年9月正式过水，2014年7月度汛最高水位达1 244.2 m，截至2015年3月底，进口闸门已正常运行43个月。

由于闸门闭门水头小，运行时间长，落闸后可能存在闸门无法完全关闭和止水效果差，漏水及涌水量大的风险。

2.进口浅埋段隧洞衬砌结构破坏风险

隧洞进口 0+00.00～0+031.00段地形坡度30°，围岩埋深不足20 m，开挖后初期采取锚喷支护(C20喷混凝土厚度10 cm，锚杆为φ25、L=3 m、间距2 m)，后期采用50 cm厚钢筋混凝土衬砌（顶拱进行回填灌浆，灌浆压力0.3 MPa）。设计进口0+000.00～0+010.00(Ⅳ类围岩)外水折减系数取0.15，0+010～0+387.58(Ⅲ类围岩)外水折减系数取0.1，经复核采用的外水压力折减系数偏小，导流隧洞进口段隧洞埋深较浅，水库水位上升速度较快，可能存在库水通过浅埋段下渗击穿衬砌混凝土边墙的风险。

3.堵头上游洞身岩溶处理对衬砌结构破坏风险

导流洞沿线主要分布强岩溶地层，堵头前段开挖揭露了7个大型溶洞和强溶蚀裂隙区，为烂田坝至木底河岩溶管道的分支系统，对揭露的溶洞未进行专项封堵设计和施工，仅采用简易封堵（如采用浆砌石和黏土对漏水点进行封堵），在2013年汛后检查时已发现衬砌边墙有裂缝射水现象存在。一期堵头施工期间，库水沿管道系统直接作用在衬砌的边墙或顶拱上，库水位还未到达设计水位前衬砌结构被提前击穿破坏，可能出现涌水大影响封堵的风险。

4.堵头段岩溶道出现涌水风险

堵头段0+409.00～0+415.00与烂田坝至木底河岩溶管道的大型分支系统相遇，顶部发育有大型溶洞空腔，仅做了临时处理，还有约6 m高的帷幕没有形成，2014年3月检查时有少量漏水存在。二期堵头施工期水库水位上升，库水位与管道连通形成水流通道出现涌水风险，同时若遇降大到暴雨山体渗水产生涌水量大影响封堵的风险。

5.一期堵头施工时间紧的风险

导流洞进口闸门及堵头上游洞段衬砌结构设计水位为1 265.8 m，经复核实际能够承受1 240 m的库水位。按照4月中旬下闸蓄水，经水文调算库水位上升至1 240 m高程时间为15天(P=10%)；同时按照审批的导流洞封堵施工方案，一期堵头自下闸后需14天时间能浇筑完成，混凝土强度未达到设计要求，导流洞衬砌混凝土将可能存在被击穿的风险。

四、导流洞封堵对策措施

1.进口闸门处理

进口闸门落闸前，组织了参建单位对闸门门楣、门槽进行全面检查，对闸门顶、侧止水橡胶进行了更换，并委托专业潜水员对底坎止水及垃圾进行了清理；落闸后，仍委托专业潜水员对闸门周边止水进行了检查，并在闸门前堆放了黏土麻袋进行止水。

2.进口潜埋段隧洞加固处理

为减少外水压力对导流隧洞进口0+000.00～0+031.00浅埋洞段衬砌结构的影响，采取从地表对该洞段洞顶及洞外两侧进行固结灌浆、洞内底板及侧墙增设排水孔。0+000.00～0+016.00洞段平行于洞轴线方向布置7排固结灌浆孔，排距 3 m，每排布置 8孔，孔距 2 m；0+016.00～0+031.00洞段平行于洞轴线方向布置5排固结灌浆孔，排距3 m，每排布置5孔，孔距3 m。总钻孔81个，进尺2 248 m。

3.优化堵头布置，整体下移

原设计堵头位置为0+387.58～0+427.58，其中一期堵头为0+387.58～0+401.58。为了减少堵头段溶洞可能涌水对二期堵头施工的影响，将堵头整体移至 0+395.00～0+435.00（下移7.42 m），并将二期堵头 0+409.00～0+435.00段分为 0+409.00～0+422.00和 0+422.00～0+435.00两段实施，尽快完成 0+409.00～0+415.00溶洞段的施工。同时,将二期堵头混凝土浇筑前实施的锚杆施工调整至混凝土浇筑完成后结合固结灌浆孔实施，加快混凝土浇筑时间。

4.增加排水措施，应对突发涌水

一期堵头原设计排水管道为DN300的4根排水钢管，考虑进口闸门漏水及洞内渗水增加改为DN500的4根排水钢管，排水量增加了2.8倍。但在落闸后渗水量少，实施时只埋设了2根DN500排水钢管。

5.增加排气减压孔，预防气爆对堵头混凝土破坏

当水库水位上升至导流隧洞进口闸门设计最高挡水水位1 265.8 m后，临时封堵闸门可能发生瞬时破坏而导致堵头上游洞内产生气爆，为预防气爆对堵头混凝土产生破坏，在导流洞堵头上游洞段洞轴线上0+204.00、0+240.00共设置 2个排气减压孔，开孔高程分别为1 280 m、1 290 m，孔径为150 mm。

6.埋设冷却水管，减少混凝土开裂破坏

堵头混凝土浇筑时采用埋设冷却水管通水冷却，沿隧洞轴线方向布置DN32的HDPE塑料冷却水管3层，层间距为3.0 m，冷却水管中通以不低于0.18 MPa的循环水。

五、结 语

通过充分的方案论证和精心的施工准备，平寨水库导流洞于2015年4月14日7:38落闸，一期堵头混凝土4月19日10:30开仓浇筑，4月22日19:30浇筑完毕，较计划工期提前6天，设计工期提前8天；二期堵头混凝土于5月1日16:20浇筑完成，较计划工期提前30天,较设计工期提前60天；三期混凝土及相关灌浆工作于5月底前全部完成，较计划工期提前约30天，较设计工期提前60天。

为控制和降低岩溶发育区大断面导流洞在临近汛前封堵风险,顺利完成堵头施工,建议在导流洞及堵头设计及施工过程中重点关注:一是合理选择进口闸门型式、闭门水头及挡水水头；二是高度重视开挖过程中揭露的岩溶管道，制定系统的处理方案，并切实处理到位；三是根据揭露的地质及地层条件，以及封堵时可能发生的水库水位，合理选取计算参数，确保衬砌结构的可靠性；四是结合导流洞出口的地形条件，适当抬高导流洞出口底板，为导流洞封堵时实现自流排水创造条件；五是合理选择一期堵头位置，优化或简化一期堵头结构布置，为落闸后快速完成一期堵头混凝土浇筑创造条件。

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