关于水利工程中导流洞封堵设计与施工技术的分析

2016-08-11邓盛石安化湘资水利水电建筑工程有限责任公司湖南安化413500

低碳世界 2016年10期

邓盛石（安化湘资水利水电建筑工程有限责任公司，湖南安化413500）

邓盛石（安化湘资水利水电建筑工程有限责任公司，湖南安化413500）

水利工程中导流洞封堵设计与施工是一大重点内容，导流洞封堵的施工质量关系着整个水利工程的运行可靠性。本文主要结合实例，对该水利工程中导流洞的封堵设计与施工技术进行了研究，尤其是对其中的导流洞的堵头设计及施工技术以及浇筑、灌浆管安置等进行了详细的分析。

水利工程；导流洞；封堵；设计

图1　柱型导流洞封堵堵头

1　引言

导流洞封堵施工在水利工程的建设中非常重要，直接影响着水利工程的整体施工效率。所以，在水利工程的整个建设过程中，需要注意加强导流洞封堵设计与施工，从而有效保证水利工程的整体运行质量。

2　水利工程中的导流洞及其封堵设计

2.1导流洞

水利工程的建设过程中，为了修建大坝，要求在工程先期，首先建设用于挡水的上下围堰，因此，在截流之前需要预先安排好河水出路，实际的安排方法主要有两种，即导流明渠与导流洞。导流明渠施工要求具备大坝分期施工的条件与场地，在截流之前向开挖明渠，使截流过程中的河水能够由明渠排出。而在此后的施工阶段，需要对明渠实施二次截流，让河水通过已完工的一期工程泄流洞中流出。

如果工程不具备修建导流明渠大坝的条件，例如处于峡谷地带的水电站，就需要通过在山体内开挖大断面隧洞的方式，在截流时让河水从隧洞流走。在工程竣工之后，该隧洞需要进行封堵，或者另作它用，该隧洞即被称为导流洞。

2.2导流洞封堵的设计过程

2.2.1设计条件

（1）地质条件。由于导流洞封堵洞身的岩性，通常为泥质砂岩，会呈现厚层状、块状的构造；如果洞身岩体以W类围岩为主，则其成洞条件不良。

（2）设计基础。根据水利枢纽工程的实际状况，确定导流建筑物的级别，然后在库盆内实施支洞施工，从而可执行导流洞设计的标准。

（3）堵头型式。堵头的型式通常有四种：柱型、瓶塞型、截锥形和拱型，为确保工期的进度，降低施工的成本，建议选用柱型堵头（见图1）。

2.2.2位置的选择

在设计环节，要求能够严格把握导流洞的确切位置，避免影响后期施工的效果。设计人员应当结合工程各个环节、地质条件、水文地质条件、水利枢纽挡水建筑物防渗帷幕体的布置等多个因素，来确定最终的导流隧洞位置。一般情况下，封堵体多数布置在工程地质、水文地质条件最好的洞段，并在设计结束后，可以发挥良好的挡水、防渗屏障作用。

2.2.3导流洞堵头长度计算

（1）堵头安全系数计算。在设计导流洞封堵的过程中，需要计算堵头的长度，堵头通常需要承载自身的重力和摩擦力，因此要求存在相应的安全系数，其具体的计算公式如下：

式中：K为抗滑稳定安全系数，通常要求K≥3；f为抗剪断摩擦系数；A为堵头断面的面积；p为混凝土浮容重；S为堵头的断面周长；C为抗剪断凝聚力。

（2）设计载荷组合。根据以上信息，可设计出两种载荷：①基本载荷组合，主要包括正常蓄水位情况下的水推力及堵体自重；②特殊载荷组合。根据公式，如果采用基本载荷组合，则K值应当不低于3；而如果为特殊载荷情况下，则K值应当不低于2.5。

2.2.4导流洞堵头细部设计

①堵头的施工中，选用的是强度C20的混凝土，硅浇筑施工达到70%强度时，需要采用回填灌浆的方法进行施工；②堵头的灌浆施工中，主要的施工部分是顶部、围岩固结、接触等三个方面；③在施工围岩的固结灌浆中，钢管直径是5cm，在进行埋设的过程中，要求外露管口的长度超过15cm，且入仓和浇筑温度都应当控制在15℃以上。

3　水利工程中导流洞封堵施工实例分析

3.1水利工程概况

该水利工程的导流洞总长度为620m，洞身高度是6.9m，洞的宽度是6.2m。该导流洞主要用于水利工程的蓄水，在蓄水前，对导流洞进行封堵。导流洞与泄洪洞连接起来，在必要的时候，不仅起到蓄水发电的功能，也可实现泄洪的功能。

3.2导流洞封堵的设计

导流洞封堵体的设计包括两个方面，即进口封闭设计和洞内堵塞体设计。对该水利工程的导流洞封堵设计必须要结合该工程的实际情况，要保证封堵体的稳定性及防渗性，根据该工程所在的地理位置及环境气候因素进行设计，在保证工程质量的前提下，设计要尽可能地降低施工费用，简化施工程序。

根据导流洞的基本情况，对工程进行支洞布置，支洞的总长度为128.68m，高为6m，宽为7.9m。为了保证工程质量，根据本地的地形地貌及土层情况，选择拱形堵头。堵头是封堵体工程中的重点，它要承担自身重力和摩擦力，因此必须要保证堵头的质量。在材料选取中，要选取强度较高的混凝土，如C20，并在内放置钢管，然后对堵头进行灌浆施工，以提高堵头的承受力和安全系数。对堵头的灌浆施工包括导流洞顶部、接触、围岩固结这三个方面。在封堵体设计的过程中，除了对封堵体工程设计，还应当设计观测项目，尤其是对温度的观测。需要在堵头混凝土中埋入温度计，对温度进行实时监测。一般而言，封堵施工主要在冬天进行，因此在设计中要考虑封堵中的温度和保温。混凝土的浇筑温度可以控制在5～10℃之间。

3.3导流洞封堵的施工技术

根据设计对该水利工程的导流洞封堵进行施工。在施工前期，要准备相应的施工材料，根据设计可知该工程施工需要的材料有强度为C20的混凝土，根据计算准备适量的灌浆以及钢管，然后在支好的洞内开始工程的正式施工。

3.3.1施工程序

具体施工程序如下：下闸封堵→临时堵头上游的挡水墙施工→临时堵头混凝土浇筑→永久堵头的混凝土浇筑→三段灌浆原设计封堵混凝土，其中6m长的临时堵头为一段，其余分成两段。在永久堵头的内部设置有灌浆廊道，为了能够进一步加快施工的进度，保证封堵工作能够在最短时间内完成，经过对方案的优化，决定采用埋管法，将永久堵头管路引出封堵段外，实施灌浆。

3.3.2施工方法

（1）围堰施工

下闸之后，因为工作面积水和岩壁渗水问题，为了能够保证干地的施工，需要在临时堵头的上游，设置一座挡水墙，挡水墙的施工采用砂砖砌体，在设计的边线以外进行砌筑，设计其底宽为1.2m；围堰的中部则需要填充混凝土，当作防渗体；围堰的底部则需要预埋临时导流管，并在管的尾部安装阀门，最后在封堵之前关闭阀门，从而将导流管整体埋入到封堵混凝土的内部。由于防渗体的高度超出导流管的顶部约0.5m，因此直接采用了砂砖砌筑的施工方式，并用砌体砂浆（M10）填充砂砖空腔。

（2）基础清理

留存于封堵区内的石渣，需要进行人工清理，使用装载机将其转运出渣，然后由人工风水枪将其冲洗干净。

（3）回填、固结灌浆

封堵段回填、固结孔施工，均需要使用人工搭设钢架管脚手架，以作为工作的平台。灌浆管路的预埋管，选用的是φ32钢管，并引出仓外，在固结孔的孔口内10cm的地方，用棉絮封紧，并在外边采用砂浆进行封堵，以防混凝土浇筑过程中，浆液灌进孔内。注浆管路采用锚筋固定于周围的岩壁上，从而保证注浆管路能够保持完好无损。临时堵头需要在完成混凝土浇筑后3d的时间，进行回填灌浆；而永久堵头则要求在混凝土浇筑完成7d后，实施回填、固结灌浆。

（4）模板

封堵模板均采用的是钢木模板，使用内拉法进行固定。

（5）混凝土浇筑

对洞内和导流洞周边进行浇筑，防止渗漏；对洞内堵塞体进行浇筑。在浇筑施工前要选取合适的模板，在洞内安装模板，然后再进行浇筑。施工中室内的温度，不可过低，也不可过高，必须要根据地形地貌及土层土质、地下含水量等进行施工；对具体的情况进行分析，防止在施工中因疏忽造成人员伤亡。在浇筑完成后，要对洞内进行清理，尤其是洞内墙壁上的尘土渣滓，必须要及时清理干净。在清理后，再进行凿孔，凿的孔洞深度大约为52cm，不能将孔洞完全凿穿。将孔洞凿好后，对其进行灌浆处理，然后将灌浆管的前端焊接起来，灌浆管的表面积及所造的孔道表面积一样，保证灌浆管能够进入到孔道之中，并且紧密贴合。灌浆管的表面应当为比较坚硬的铁或其他坚固的能够长期不会腐朽的材质。在灌浆管成型后，将其置入凿好的孔道内，然后在表层用水泥石沙填堵，并使之凝固，大概的厚度为3～4cm。最后再对表面即灌浆管的前端进行焊接处理，使之固定在孔洞内，增加导流洞封堵工程的稳固性。