东密水库工程导流隧洞封堵设计

刘剑锋

摘要：东密水库导流隧洞与永久泄洪输水隧洞采用“龙抬头”形式结合，堵头位于导流专用段。详细介绍了堵头结构布置，可为类似工程的设计与施工提供参考。

关键词：导流隧洞，封堵设计

1.概况

东密水库是一座以解决孟连坝区城乡生活、农业灌溉用水以及补充县城工业用水为任务的中型水库。枢纽工程包括大坝、溢洪道、导流泄洪输水隧洞等建筑物。大坝为粘土心墙堆石坝，坝顶高程为1127.70m，最大坝高68.7m。

导流泄洪输水隧洞布置于大坝右岸山体内，一洞三用，兼有导流、泄洪和输水功能。导流隧洞与永久泄洪输水隧洞采用“龙抬头”形式结合。导流隧洞由进口明渠段、导流专用洞身段、导流泄洪输水结合洞身段、出口闸室段、扩散段、消力池段及护坦段组成，全长444m。进口明渠段长6.0m，采用浆砌石结构。隧洞进口底板为1067.50m，洞身段长358.0m，其中导流专用段长92.6m，结合段长265.4m，洞身为圆形断面，直径2.5m，全洞采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚为0.4m，隧洞底坡为1/100。出口工作闸室段长16.0m，扩散段及消力池段长54.0m，采用C25钢筋混凝土衬砌，护坦段长10m，采用M7.5浆砌石结构。导流隧洞堵头段设于导0+069.057m～导0+079.057m桩号，长10.0m，采用C25素混凝土进行封堵。

2.导流隧洞封堵规划

2.1封堵段工程地质

导流隧洞封堵段岩性为白垩系下统景星组上段（K1j2）灰、紫灰色泥岩、泥质粉砂岩、粉细砂岩互层，中厚层状。属软质岩～较坚硬岩，呈强～弱风化。岩层产状N38～42°W/SW∠73～86°，岩层走向与洞轴线近于平行；节理裂隙中等发育；局部发育层间挤压带，一般宽约0.2～0.5m，成分为糜棱岩夹碎屑，岩质软弱，多已软化，岩体完整性差，互层状夹碎裂镶嵌结构。地下水埋深10～30m，开挖过程中出现坍塌、掉块现象，洞室围岩不稳定～极不稳定。

2.2水文气象条件

孟连属南亚热带湿润气候类型，四季不分明，冬季短而无严寒，兼有大陆性和海洋性气候性特征。雨量充沛，年际变化较小，但年内分配不均，年内丰枯变化悬殊，5～10月为雨季，降水相对集中，此期间降水量占全年降水的近90%，11月～次年4月为干季，降水量仅占全年的10%左右。

2.3堵头施工导流方式

由于检修闸室位于导流泄洪输水隧洞结合段，即封堵堵头位于闸室之前。堵头施工无法在闸门保护下进行。且导流隧洞进口高程为1067.5m，泄洪输水隧洞进口高程为1083.3m，高差仅15.8m，该高程范围内库容仅90.04×104m3。在没有水流下泄通道时，堵头施工时间较短，无法保证堵头正常施工完毕。故在堵头施工期间，在堵头内埋设钢管过流的导流方式。

2.4堵头施工时段及导流标准

导流隧洞临时堵头施工完毕后，必须尽快进行封堵施工，以便为“龙抬头”反弧段改造提供施工条件，因此堵头施工安排在枯期进行，该时段的导流标准采用枯期P=10%，洪峰流量为17.6m3/s。

2.5导流钢管设计

导流钢管埋设于堵头下部，导流钢管为DN600，钢管底部高于隧洞底板0.2m。并在导流钢管前段（永久堵头前）设置临时C25混凝土堵头，临时堵头长度2m。在永久堵头后设置阀门。待永久堵头施工完成，具备挡水条件，以及“龙抬头”反弧段（泄0+056.057m～泄0+069.638m）钢筋绑扎完毕后，关闭阀门，拆除阀门以后的导流钢管，对“龙抬头”反弧段混凝土进行浇筑。堵头施工期间，为防止杂物冲入导流隧洞，堵塞导流钢管，在导流隧洞进口处设置C25钢筋焊接形成简易拦污栅（25cm×25cm）。

3.导流隧洞堵头设计

3.1设计标准

导流隧洞堵头为永久建筑物，建筑物级别与大坝、输水隧洞相同，为3级。堵头永久运行期设计洪水位和校核洪水位与大坝相同，即设计洪水位为1125.80m，校核洪水位1127.10m。堵头处隧洞底板高程为1066.81m，相应校核挡水水头为60.29m。堵头设计主要考虑结构稳定性与防渗效果。

3.2位置选择及布置

一般要求堵头布置在帷幕线上，与坝基防渗帷幕连接成防渗系统。但本工程大坝帷幕灌浆轴线与导流输水隧洞轴线交点位于导流隧洞与泄洪输水隧洞结合段上（桩号约为导0+164.265m），因此，堵头不能布置在大坝防渗帷幕轴线上。为方便泄洪输水隧洞“龙抬头”反弧段的改造，导流隧洞堵头布置在龙抬头起坡点之前，即导0+069.057m～导0+079.057m段。该段围岩不稳定，洞身段采用了40cm厚C25鋼筋混凝土进行衬砌。

3.3堵头结构设计

3.3.1体型设计

考虑到隧洞断面较小，堵头体型按照柱形体断面设计，即不开挖齿槽。

3.3.2抗滑稳定计算

堵头长度计算采用《水工隧洞设计规范》（SL279-2016）第9.8.9条式（9.8.9-1）～式（9.8.9-3）推荐的抗剪断强度公式。

KS≤R

S=∑P

R=f'∑W+C'∑λiAi

抗滑稳定安全系数K取为3，根据上式计算，堵头计算长度为7.5m，此长度为堵头结构稳定所需的最小长度。考虑到导流隧洞围岩爆破松动等影响，采用堵头长度为10m。

3.4材料

堵头混凝土强度等级为C25，抗渗等级W8，采用二级配（Dmax=40mm）泵送混凝土，混凝土中添加微膨胀剂（氧化镁），掺量为3.5%。水泥拟采用42.5低热水泥，或具有微膨胀性能的42.5级低热或中热硅酸盐水泥。

3.5灌浆

3.5.1回填灌浆

堵头顶部混凝土由于施工空间狭小，施工条件差，浇筑完成后通常仍有较大脱空区域，因此需要进行回填灌浆，将堵头顶部未能浇满的空腔回填起来。灌浆范围为顺隧洞轴线方向与堵头同长，环向顶拱120°范围。灌浆孔排距2m，每排3孔，灌浆孔需穿透堵头混凝土顶部浇筑面。

3.5.2固结灌浆

固结堵头段爆破松动围岩，需提高围岩抗力。通过固结灌浆使围岩原有软弱面与结构面得到封闭和补强，并达到一定的防渗效果。灌浆范围为导0+067.057m～导0+079.057m段顺隧洞轴线方向，灌浆段全长12m。全断面施灌，每排6孔，排距2m，排间交错布置，深入岩体深度1.6m。灌浆压力采用0.5～0.6MPa。

3.6其它设计措施

（1）为提高堵头与原混凝土之间的抗剪强度，堵头施工前需对衬砌混凝土进行凿毛处理，凿毛深度2cm，凿毛表面需露出粗骨料。

（2）在堵头与围岩之间设置插筋来加强界面间的剪切抗力，插筋规格为 C22，长2m，锚杆深入衬砌混凝土及基岩共1.3m，外露0.7m，间距2.0m，梅花形布置。

4结语

由于本工程堵头布置的特殊性，堵头施工时段非常重要，必须在枯期进行施工；而且隧洞断面较小，堵头施工工序较多。施工单位加强了施工组织，顺利完成了堵头和泄洪输水隧洞反弧段混凝土浇筑。

（作者单位：云南省水利水电勘测设计研究院）