黄河羊曲水电站导流洞出口防冲墙施工技术措施

唐慧云

【摘要】黄河羊曲水电站导流洞出口防冲墙工程为钢筋混凝土墙 ，防冲墙右侧为山体边坡，左侧为导流洞出口临时围堰兼上坝公路，施工场地地形复杂、可用施工场地狭窄、低洼，工程地质条件差，导流洞出口上游覆盖层土质较均匀，下游侧防冲墙位于山体冲沟与河床交叉，覆盖层深厚，堆积松散，卵漂（块）石，级配差；砂质粉土较厚，土质不均，形成多个透镜体，且主要在河水位以下。此次防冲墙施工面临导流洞过流的工期压力，面对地层复杂引起的防冲墙施工中存在的泥浆严重漏失、河水位杨压力造成的塌孔、工期紧张和诸多不利施工影响。本文介绍在复杂地层和不利施工环境下防冲墙施工中的严重漏浆、塌孔、和解决卡钻等施工难点，针对难点所采取的技术措施。

【关键字】黄河羊曲水电站 防渗墙施工 松散覆盖层 技术措施

1工程概况

羊曲水电站位于青海省海南州兴海县与贵南县交界处，工程主要任务是发电。坝址以上控制流域面积12.3万km3，多年平均流量625m3/s，多年平均径流量197.1亿m3。水库正常蓄水位为2715m，死水位2713m，正常蓄水位时水库库容14.724亿m3，为日调节水库。工程规模为一等大（1）型工程，主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3级。

本工程防冲墙为C25钢筋混凝土墙，主要为导流防冲兼防渗设计，墙厚1.2m，槽孔底部嵌入基岩1m深度。左侧防冲墙为双墙结构，内外墙间距1.8m，双墙之间共设置5道横墙作为连接支撑，外墙紧靠边坡ZW0+000.00～ZW0+56.55m；内墙临近渠道ZN0+000.00～ZN0+44.83m；右侧防冲墙为单墙轴线YW0+000.00～YW0+102.57m。

2工程地质条件

导流洞出口位于左岸4#冲沟，尾渠段覆盖层较厚，达20m～30m，为洪坡积块碎石土，结构较松散，且位于地下水位以下，自稳定条件差。下伏基岩以千枚岩为主，片理发育，岩体破碎，工程性状较差。

根据导流洞出口的补充勘探揭露地层，地形地质条件复杂，覆盖层厚度不稳定，基岩面起伏较大，勘探揭露覆盖层最大深度：23m。代表性地层从上至下依次为：

①坡冲洪积层（Q4col+pl）碎石土，厚度约4-5m，分部高程2604.5～2601m；以卵漂（块）石为主，充填砂砾，级配差，堆积松散，局部呈现漂块是架空结构，分部主要分布在下游左侧防冲墙段。

②河床冲湖积层（Q4al+l）含砾粉砂土，分部较连续均匀，厚度9.5-10m， 分部高程2601～2591m；礫石含量约5%，砂质含量80%，其余为粉土充填，粘性较差。分布砂泥质透镜体，中密，位于河水位一下，处于饱水状态。

③河床冲洪积层（Q4al+pl）砂卵砾石土，厚度约6-8m，分部高程2591～2582m；以砂卵砾层为主，含泥量较少，中密，含少量砂质透镜体，受下伏基岩面的起伏厚度变化较大。

④基岩：下二迭统千枚状砂板岩：灰色～灰黑色，岩芯呈碎块状和糜棱岩状，易干裂，遇水易软化，层理和陡倾角裂隙发育。

3工程特征难点及对策

3.1施工场地限制

导流洞出口左右两侧防冲墙施工，施工场地地形复杂、低洼，与导流洞施工形成交叉作业，并且导流洞外侧为导流洞临时围堰兼上坝公路，可用施工场地狭窄，由于受地形条件限制，左右侧防冲墙不能同时施工。通过分析施工场地因素，不能左右岸同时施工，否则将会使其他施工停滞，只有先施工一侧再施工另一侧。

左侧防冲墙施工场地图纸给定施工高程2605m，需要开挖至设计高程，但防冲墙左侧为导流洞施工道路，右侧为导流洞临时围堰兼上坝公路，可开挖场地有限，使得施工场地狭窄低洼，并且在开挖至高程2604.5m时出现卵漂（块）石层，通过沿防冲墙轴线布置探槽卵漂（块）石层埋深于高程2604.5～2601m，级配差、松散堆积。由于此类地层埋藏在浅层对防冲墙施工带来极大的安全隐患，孤石和卵石层在浅层防冲墙施工时，槽孔内的泥浆无法提供足够的泥浆压力，浅层的不稳定地层在槽孔向下掘进的过程中不断的受到泥浆的冲刷及振动的外力，堆积松散的孤石和卵石层级配差不具有粘结性，极易坍塌，最终槽孔浅层不稳定层沿槽壁两侧将形成“坍塌漏斗”导向槽和冲击钻机及其他辅助设备可能塌陷致槽孔，可能引发安全事故。

经过项目部、业主和监理商讨拟定两套施工方案：（1）将此层不稳定层开挖，由于施工环境限制开挖至2601m放坡后，左侧防冲墙两侧道路将这样公路将中断无法通行，所以开挖方案不成立。（2）将此层不稳定层换填，通过简易边坡支护开挖至高程2601m，然后迅速换填土质均匀、级配较好、粘性较大的的回填土，然后分层碾压至高程2605m。

通过方案比较第二个换填施工方案符合实际、节省成本、满足施工需要。

右侧防冲墙轴线与边坡走向一致位于边坡中部，通过对防冲墙轴线边坡高处开挖，坡底回填分层碾压的方式开拓出防冲墙施工所需的施工平台。

3.2地层松散、漏浆、塌孔、埋（卡）钻

3.2.1漏浆、塌孔、埋钻地层分析

本工程由于覆盖层深埋，主要地层卵漂（块）石和含砾粉砂土，地层结构差、分布不均，使得在成槽过程中漏浆、塌孔事故频繁出现，不但严重影响进度，并且对成墙质量受到一定的影响。左侧防冲墙施工孔内处理事故最多，施工过程中使用粘土泥浆和膨润土水泥等进行处理，在左侧防冲墙施工时由于并排两墙间距只有1.8m，施工过程中个别槽段塌孔漏浆严重，部分槽段出现埋（卡）钻情况。处理过程耗费水泥18t，膨润土30t，粘土90m3，埋钻事故5次，多处于地下水位以下饱和地层。通过地层漏浆、塌孔、埋（卡）钻事故的处理经验，总结出本地层漏浆、塌孔和埋（卡）钻的一般经验：（1）漏浆和塌孔多发生在地表浅层中的砂卵砾石类地层，由于砂卵砾石堆积松散，自身稳定性和粘性差，且处于架空结构，此类地层存在漏浆情况严重，在覆盖层和基岩面接触层，由于两种岩性的巨大差异，在接触层同样呈现浆液漏失严重的情况。浅层泥浆对槽壁压力小，受到钻机冲击扰动大、冲涮时间长，形成泥皮效果不佳。因此，漏浆塌孔发生的情况较多。（2）在本工程中埋（卡）钻多发生在地下水位以下的饱和地层，由于河水位的上下浮动，使得槽壁受压引起变化，在不均匀的压力变化作用下，槽壁严重坍塌，引起埋钻事故。埋钻事故中砂层埋钻事故处理较为容易，但在卵砾石层埋钻处理困难较大。