小溶江水利枢纽导流隧洞封堵设计

张纪智

摘 要： 根据工程运行需要，水工临时隧洞在工程完工时一般均要进行封堵。封堵体因其作为挡水建筑物，直接承受较大的围岩内水压力，作用尤为重要，需按与坝体同一级别进行设计。本文介绍了中水头有压隧洞封堵体设计与施工的主要问题，对同等工程具有一定的参考意义。

关键词： 中水头；有压隧洞；封堵体；堵头设计

1 工程概述

小溶江水利枢纽是桂林市防洪及漓江补水工程三处枢纽工程之一，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000），其工程等别为Ⅱ等工程，属大（2）型水库，设计正常蓄水位267m。工程采用隧洞全段围堰导流。导流隧洞为4级建筑物，布置在左岸，由进口明渠、进水塔、洞身和出口明渠组成，洞身全长710m。在进口进水塔设有封堵闸门，设计最大封堵水位高程255m。洞身断面为城门洞型，隧洞净底宽为8m，高11.31m。隧洞进口底板高程192.5m，出口底板高程186.1m，堵头处隧洞底高程为189m。根据小溶江水利枢纽运行需要，需在工程完建前对导流隧洞进行下闸封堵。根据有关规范，导流隧洞洞身段永久堵头与枢纽挡水建筑物同级，为2级建筑物。

2 堵头选型及长度选定

2.1封堵体型式选择

根据布置需要，导流洞封堵堵头位置较靠近隧洞上游，堵头处隧洞底高程为189m，本工程设计正常蓄水位为267m，封堵体所在位置的最大封堵水头为78米。该段围岩主要为D2y3灰色、灰绿色中厚～厚层砂岩、粉砂岩夹深灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，局部为薄～中厚层状，微风化，岩体较完整。该层顶部为中厚层灰绿色粉砂质泥岩，裂隙发育，岩体较破碎。洞室上覆岩层厚度中厚，洞向与岩层走向交角55～70°，岩体属弱透水。该段围岩属基本稳定，局部稳定性差，围岩类别为Ⅲ类。由于工期延后，封堵施工的实施日期较设计制定的计划需推迟2～3个月，封堵施工工期比较紧张。综合考虑导流隧洞的水头，断面形状、围岩防渗能力以及施工要求，选用近于瓶塞型的楔形封堵体。其具有超载能力强、断面形式简单、施工简便快速的特点，符合现场实际要求。

2.2封堵体长度拟定

根据《水工隧洞设计规范》（SL279-2016），中水头隧洞封堵体长度的确定，可参照极限平衡法的计算结果，结合具体工程情况确定。计算公式如下：

1.作用效应函数： S（· ）=ΣPR

2.抗力函数： R（· ）=fRΣWR+CRAR

式中：

ΣPR——滑动面上封堵体承受的全部切向作用之和，KN；

ΣWR——滑动面上封堵体全部法向作用之和，KN；

fR——混凝土与围岩的摩擦系数；

CR——混凝土与围岩的黏聚力，kpa；

AR——除拱顶部位（90°～120°）外，封堵体与围岩的接触面积。

经初步计算后确定的小溶江导流洞封堵段长度为25m，堵头呈楔形状，最大洞高处为13.31m，最小处为11.31m，最大宽度10m。

并根据以下简化公式复核围岩的渗透稳定性：

H/L≤[k]

式中：

H——设计水头，m；

L——封堵体最大长度，m；

[k]——围岩允许的绕渗渗透系数；

其渗透稳定满足要求，最終拟定导流洞封堵段长度为25m。

图 封堵体纵断面

3 封堵体混凝土温控措施

由于封堵体最大断面达10m*13.31m，根据要求，需考虑温控措施，防止温度裂缝出现，影响封堵止水质量。小溶江水利枢纽导流隧洞堵头混凝土采用中热微膨胀三级配混凝土，其配合比通过试验确定。封堵体混凝土分层浇筑共分5层，最底层混凝土最厚处为2.5m，最薄处为1.9m，中间3层每层厚依次为2m、3.5m、2m，余下为最顶层。每层施工周期为7天左右（混凝土浇筑时间为1.5～2天），约一个半月即可完成混凝土浇筑。堵头混凝土浇筑采用埋冷却水管降温。塑料冷却水管层距为1.5m、管距为1.2m ，冷却水管采用导热高密聚乙烯塑料管（HDPE），管外径为φ32 mm，管壁厚度不大于2.1 mm，管材承受破坏内水静压力不小于2MPa。除此之外，还需在施工上加强管理，采用以下主要施工管理措施：

（1）必须严格控制混凝土施工质量，保证混凝土的抗裂性能。

（2）为了减少混凝土温降收缩变形而引起堵头新浇筑混凝土与导流洞壁原衬混凝土间的脱空情况，在微膨胀混凝土中掺入UEA-H（高效型）型或MgO膨胀剂，增大微膨胀变形量来补偿混凝土温降收缩变形，同时施工中应加强水的养护。根据有关试验，添加膨胀剂不仅可以抵消混凝土的收缩变形，还可对围岩产生0.2～0.3MPa的压应力。

（3）控制混凝土浇筑温度在16℃之内。

（4）埋设Φ32冷却水管，布置间距1.2×1.5m，通冷却水冷却，冷却水温度为13℃ ，通水管内流速不小于0.6m/s。混凝土每一大层浇筑完毕，便开始通水冷却，通水时间至堵头混凝土全部浇筑完成后的30天止。

（5）在上游面设置双向Φ10抗裂钢筋，间距0.15m，以防止上游面裂缝出现及扩展。

4 封堵体灌浆施工

封堵体灌浆包括顶拱回填灌浆、洞周固结灌浆、沿封堵段洞壁原衬砌混凝土与岩石接触面之间接触灌浆、沿堵头新混凝土与原洞壁衬砌老混凝土间接触灌浆、堵头混凝土竖直施工缝的接缝灌浆。

4.1 回填灌浆

封堵体必须进行回填灌浆，顶拱回填灌浆控制在顶拱中心角120°的范围，灌浆压力0.5MPa。回填灌浆施工在混凝土浇筑完3～5天后进行。回填灌浆从堵头施工廊道内通过预埋管施灌，堵头上、下游端通过预埋止浆片止浆。灌浆从较低一端开始，向较高的一端推进，根据首次灌浆的效果决定是否进行二次施灌。

4.2 接触灌浆及接缝灌浆

（1）洞壁原衬砌混凝土与岩石接触面间接触灌浆

沿堵头段洞壁原衬砌混凝土与岩石接触面进行接触灌浆，灌浆钻孔深入岩石1m，先施工堵头上下游端，待堵头上下游端接触灌浆形成封闭环形并达到龄期后，再施工中间段接触灌浆。灌浆压力为0.2～0.3MPa。

（2）堵头新混凝土与原洞壁衬砌混凝土间接触灌浆

沿堵头新混凝土与原洞壁衬砌老混凝土间进行接触灌浆，灌浆压力0.5MPa。该部分接触灌浆在围岩固结灌浆结束后在施工廊道内进行。各灌区的灌浆系统应有进浆管、回浆管、出浆和排气设施，各管路可引至廊道或其它合适地点。要求灌浆系统布置能确保浆液能自下而上均匀地灌注到整个灌浆面；灌浆管路应顺直、畅通、少设弯头；同一灌区的进、回浆管和排气管管口宜集中，且应引至廊道内。浆液水灰比变换可采用3：1、1：1、0.6：1三个比级。一般情况下，开始可灌注3：1浆液，待排气管出浆后，即改用1：1浆液灌注。当排气管出浆浓度接近1：1浆液浓度时，即改用最浓比级0.6：1浆液灌注，直至结束。

（3）竖直缝接缝灌浆

在固结灌浆完成后进行。

当满足以下条件时，可进行接缝灌浆：

两侧堵头浇块混凝土的温度必须达到稳定温度，其数值可根据温度监测资料确定，并維持稳定较长时间。

2）接缝的张开度不宜小于0.5mm。

其余灌浆管路布设、灌浆施工、水灰比等技术要求，参照接缝灌浆实施，灌浆压力可取0.3～0.5Mpa。

4.3 质量检查

关于以上各类灌浆施工的质量检查，设计要求根据施工条件采取7d或28d钻取岩芯或进行检查孔注浆试验。

5结语

本工程为中水头有压隧洞封堵，为保证封堵体施工顺利进行以及完建后良好工作状态，主要从地质条件、封堵体稳定、渗流、施工、温控、灌浆、监测等方面进行综合考虑，在安全的前提下，经济合理，施工方便，易于管理。封堵实施后，效果良好，可为类似工程提供一定的参考意义。■

参考文献

[1] SL252-2017，水利水电工程等级划分及洪水标准[S]；

[2] SL279-2016，水工隧洞设计规范[S]；

[3] 《水工设计手册》，2013.