板涧河调蓄水库导流洞封堵设计

李 敏

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

板涧河调蓄水库位于运城市垣曲县板涧河村下游约1.5 km处，主要建筑物包括大坝、溢洪道、泄洪洞、补水泵站和连通洞进水塔。大坝和补水泵站为2级建筑物，溢洪道和泄洪洞为3级建筑物。洪水标准为50年一遇设计，1 000年一遇校核。水库库容3 336万m3，采用面板堆石坝，最大坝高85 m。正常蓄水位535.5 m，汛期限制水位535.5 m，死水位498 m，设计洪水位535.5 m，校核洪水位为538.53 m。

2 导流洞概况

根据板涧河水库工程总体布置，泄洪洞进口设计为龙抬头，进水口底高程为490 m，不能满足施工导流需求，需修建施工导流洞，并与永久泄洪洞结合。

导流洞布置于大坝左岸溢洪道与泄洪洞之间，洞进口距坝轴线约300 m，洞轴线方向S68.5°E。洞长258m，设计导流流量为66.9 m3/s，进口底高程470.46 m，设计纵坡1/100，城门洞型，底宽4 m，直墙高3.6 m，拱高1 m，拱半径2.5 m，拱中心角106°。施工导流洞在桩号泄0+150处与泄洪洞相接，施工导流洞与泄洪洞的水平夹角为15°，之后由泄洪洞导流。

3 导流洞封堵设计

3.1 封堵体的位置和型式

为了水库能及时蓄水，按期受益，施工导流洞在完成导流任务后，必须有计划地进行封堵。导流洞封堵体与板涧河调蓄水库连通，根据我国几十年来的水利水电建设经验，封堵体是水工结构的组成部分，它的安全运行直接影响水库的蓄水安全和运行安全，因此，导流洞封堵体的设计级别与板涧河大坝相同，按2级建筑物设计，其标准按永久建筑物设计。

导流洞封堵体位置应设在地质条件较好的洞段，根据围岩的工程地质和水文地质条件，结合大坝左岸帷幕灌浆布置。导流洞进口段为Ⅳ类围岩，内部均为Ⅲ类围岩，导流洞线在桩号0+131处与帷幕灌浆线相交，因此在桩号0+131前后处设置封堵体。由于导流洞与泄洪洞在桩号0+242.5 m处相接，为避免泄洪洞内下泄水流进入导流洞内，在导流洞末端与泄洪洞相接处也应封堵，封堵体长度为6 m，等断面延伸至泄洪洞，并与泄洪洞平顺相接。因此，板涧河调蓄水库导流洞封堵体布置为两处，分别为桩号0+131 m、0+242.5 m。导流洞封堵安排在大坝具备蓄水条件且在非汛期水量较小时段，先封堵中间段，待水库蓄水确认其封堵安全后，再封堵与泄洪洞交叉处的末端段。

导流洞封堵体的型式有圆柱形，楔形，板壳形等型式，板涧河调蓄水库导流洞最大设计水头接近70 m，设计水头相对较高，因此选用超载能力强，受力条件较好的楔形体型。

3.2 导流洞封堵体长度的计算

确定封堵体长度的计算方法有5种，在《水工隧道设计规范》（SL 279-2002）推荐圆柱面冲压剪切原则计算，在《水工隧道设计规范》（SL 279-2016）推荐抗滑稳定理论。本次只对两本规范推荐的两种方法进行计算和论证。

3.2.1 圆柱面冲压剪切原则计算

圆柱面冲压剪切原则计算，按等断面封堵体进行计算，等断面封堵体计算公式：

式中：L——封堵体长度，m；

P——封堵体迎水面承受的总水压力，MPa；

[τ]——容许剪应力，取0.2 MPa；

A——封堵体剪切面周长，15.83 m；

桩号0+131处的底高程为469.15 m，水库校核洪水位为538.53 m，设计水头为69.38 m，P=23.6 MPa，经计算封堵体长度为7.4 m。

3.2.2 抗滑稳定理论计算

抗滑稳定理论计算公式：

式中：K——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数，基本荷载组合时取3.0，特殊荷载组合时为2.5；

S——荷载效应设计值；

R——封堵体的承载力设计值。

荷载效应设计值计算公式：

式中：S——荷载效应设计值

∑P——封堵体承受的全部荷载效应对滑动面的最大切向分值，kN。

封堵体的承载力设计值计算公式：

式中：R——封堵体的承载力设计值；

f′——混凝土与围岩或混凝土与混凝土的抗剪断摩擦系数，取0.9；

∑W——封堵体承受的全部荷载效应对滑动面的法向分值，向下为正，kN；

C′——混凝土与围岩或混凝土与混凝土的抗剪断凝聚力，取700 kPa；

Ai——除顶拱部位外，封堵体底面、侧面与围岩或混凝土接触面的面积；

λi——除顶拱部位外，封堵体底面、侧面与围岩或混凝土接触面的有效面积系数，底面取λ=1，侧面取λ=0.3。

为使抗滑稳定理论计算公式成立，经过多次试算，封堵体长度最短为7.3 m。

3.2.3 封堵体长度确定

通过上述两种方法的计算，封堵体最短长度为7.4 m；以往我国确定封堵体的长度常采用估算法，按封堵体洞径的3倍以上计算，板涧河调蓄水库导流洞的底宽为4 m，封堵体长度不能小于12 m；再参考已经建成的和正在运行的类似工程，如柏叶口水库工程，坝高和导流洞情况与板涧河调蓄水库很相似，封堵体长度取12 m。经综合考虑，板涧河调蓄水库导流洞封堵体设计长度采用12 m。

3.3 封堵体的灌浆

封堵体采用大体积钢筋混凝土，由于重力作用以及混凝土的干缩作用，使得封堵体与周围的岩石之间存在缝隙，形成渗水通道，如果渗流量过大，会使封堵体的承载力下降，为了尽量避免这一情况发生，确保封堵体安全运行，封堵体必须进行固结灌浆、回填灌浆、接触灌浆和接缝灌浆。

板涧河调蓄水库导流洞封堵体段，要求开挖成楔形不平整结构，混凝土浇筑时在距封堵体端部3 m处洞中央设置2 m×2.6 m的灌浆廊道，四周预留固结灌浆孔，固结灌浆孔深入岩石3 m，排距为2 m，呈梅花形布置。在封堵体全段顶拱120°范围内进行回填灌浆，应按环间分序、环内加密的原则进行灌浆，回填灌浆压力为0.3 MPa。在直墙和洞底的混凝土裂缝充分张开后进行接触灌浆、接缝灌浆。

4 结论

施工导流洞为施工时完成导流任务的临时建筑物，导流洞封堵是水库蓄水前的必要条件，封堵体是水工结构的组成部分，为永久性建筑物，它的安全运行直接影响水库的蓄水安全和运行安全，因此在设计和施工中都应该引起足够的重视。通过本文的阐述，介绍了导流洞封堵设计的要点和关键数据，为类似工程设计提供借鉴。