望谟县桑郎水库导流洞缺陷补救方案

何茂松 吴 浩

（贵州省水利水电勘测设计研究院）

1 工程概况

贵州省望谟县桑郎水库位于贵州省黔西南布依族苗族自治州望谟县桑郎镇，距州政府兴义市184.00 km，距桑郎镇4.00 km。水库为中型，工程等别为Ⅲ等，工程是集发电、灌溉、供水为一体的综合利用水利工程，水库正常蓄水位505.00 m，总库容1 480.00万m3。大坝枢纽由碾压混凝土拱坝、左岸引水隧洞及冲砂底孔组成，大坝坝顶高程507.00 m，最大坝高90.00 m，坝顶宽5.00 m、坝底宽17.50 m，坝顶溢流堰顶高程500.00 m，设3孔5.00 m（高）×8.00 m（宽）弧型闸门，溢流净宽24.00 m。冲沙底孔布置在大坝左端非溢流坝段，进口底板高程475.00 m,孔尺寸为2.00 m×2.00 m，设弧型工作闸门。

导流洞布置于右岸，进口高程441.00 m，出口高程435.30m，底坡为2.93%，导流洞长237.00 m。导流洞进口设二道钢筋混凝土叠梁闸门。导流洞断面设计为城门洞型，顶拱中心角120°，断面为4.00 m×4.50 m（宽×高），顶拱半径为2.30 m。堵头位于D0+82.00～D0+102.00 m，隧洞前82.00 m 隧洞采用40 cm厚C25钢筋混凝土衬砌，后段采用C20喷混凝土，厚10 cm。钢筋混凝土采用环向钢筋为25 mm，间距20 cm，纵向钢筋16 mm，间距300 cm。

2 导流洞工程存在主要问题

施工单位于2010年12月16日进驻施工现场。2011年5月10日开始导流洞进口段钢筋混凝土衬砌，由于汛期洪水影响，于2011年5月22日停止混凝土浇筑，衬砌完成0+000.00～0+003.00段共3.00 m。此后，大坝开始浇筑，导流洞一直未进行衬砌。

由于堵头前隧洞未衬砌，且受临时道路开挖影响，该段围岩体较薄，最低厚度约3.00 m，地质条件较差，岩层层面与河床大致呈连通状，如在此条件下进行大坝下闸蓄水，水位不断升高，导流洞被外水击穿风险非常大，严重影响堵头封堵施工安全，存在重大安全隐患。

3 导流洞工程现状对下闸蓄水安全影响分析

3.1 导流隧洞进口岩体质量评价

导流隧洞进口山体陡峭，地层岩性为大塘组第三段（C1d3）深灰色薄至中厚层灰岩夹硅质岩，层间普遍夹0.50～4.00 cm厚的灰黑色薄层钙炭质泥岩与方解石脉，为薄至中厚层互层状岩体，岩层产状：303°∠33°，倾向上游。沿层面、裂面有少量泥质、铁锰质浸染，裂隙多为方解石脉充填，深部闭合较好；层间为原生夹层，未泥化，为软弱夹层，岩层层面起伏不平，软弱夹层厚度变化大，成分变化大，炭质泥岩多呈透镜状分布，被钙质泥岩或方解石包裹；岩石为较硬-坚硬岩，岩体较完整。

3.2 洞室围岩渗透稳定分析

导流洞进口位于库内右岸上游，底板高程441.00 m，导流隧洞进口因便道向山体内侧扩挖，使该段形成倒悬体，岩体厚度最薄部位约3.00 m。当下闸蓄水时，库水将逐渐升高，围岩所受最大外水压力61.00 m。进口形成的顺向临空不利组合体，外水压力对该段围岩产生挤压破坏,外侧段岩体较薄,直接会被挤压破坏,同时,外水沿层间渗入,当外水压力变大,会在导流洞顶拱层间形成高压渗透力,对导流洞产生渗透破坏，形成导流洞被击穿安全隐患。综上所述，导流洞进口闸门至堵头段围岩现阶段稳定性较好，但下闸蓄水后在高外水作用下，0+000.00～0+015.00 段左侧壁顺向切脚岩体产生挤压破坏的可能性大；0+015.00～0+025.00段左侧壁顺向切脚岩体产生挤压破坏的可能性小，但存在发生线流、股状出水的可能；0+025.00～0+082.00段存在渗水、滴水现象的可能性大。

4 导流洞工程补救方案

4.1 方案布置

根据导流洞工程现状，为保证下闸蓄水安全，导流洞工程需采取可靠补救方案，初步拟定如下两种方案进行比较。

方案一：新建临时导流洞

在大坝左岸新增一条临时导流隧洞，利用该洞临时导流，对原右岸导流洞进行衬砌及补缺处理，待原有导流隧洞衬砌处理完成后，对新建临时导流洞进行封堵，最后对原导流洞封堵施工。

方案二：混凝土贴坡挡墙加固

在导流洞前段山体外侧，因施工便道开挖形成缺口部位，以及薄弱地段，整体贴坡浇筑钢筋混凝土防渗挡墙，对相应易渗部位岩体采取固结和防渗灌浆处理，利用钢筋混凝土贴坡挡墙抵抗外水压力。

4.2 新增临时导流洞方案设计

4.2.1 临时导流标准及程序

工程为中型水库，Ⅲ等工程，大坝等主要建筑物为3级，次要建筑物为4 级，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017）的规定，相应的导流临时建筑物为5级，采用5年一遇重现期洪水作为导流设计标准。

方案拟采取临时拦断原河床，临时导流隧洞过水导流方式。选定11 月1 日至次年3 月31 日5 个月作为枯水期导流时段，相应时段20%频率洪水流量为53.00 m3/s。导流程序如下：①第1年4月进行临时导流洞施工，汛期只按排临时导流洞下游施工工作面，进口预留岩塞段，临时导流洞施工期间利用原导流洞过水。②第1年11月上旬，对临时导流洞进口遗留段进行施工；第1年12月至第2年1月，临时导流洞过流，原导流洞衬砌施工；第2年2月临时导流隧洞封堵，原导流洞过流。③第2年3月择机进行下闸蓄水，原导流洞堵头封堵。

4.2.2 临时导流建筑物设计

临时导流挡水建筑物为上、下游临时围堰，泄水建筑物为临时导流隧洞，建筑物级别为5 级。临时导流洞布置在左岸，进口高程为411.00 m，出口高程439.00 m，底坡为1.22%，导流洞长163.96 m。封堵段长20 m。导流洞断面设计为城门洞型，顶拱半径为2.00 m，中心角122.08°，断面为3.50 m×4.00 m（宽×高）。

上游围堰布置于原导流洞进口与临时导流洞进口之间，下游围堰布置于原导流洞出口。上、下游围堰均为土石不过水围堰，上游围堰顶部高程为648.00 m，顶宽4.00 m，堰最大堰高6.50 m，上、下游边坡均为1∶2；下游围堰顶部高程为436.50 m，顶宽4.00 m，最大堰高3.50 m，上、下游边坡均为1：2，围堰堰体和基础均采用黏土防渗。

4.3 混凝土挡墙加固设计

4.3.1 方案总体布置

根据导流洞工程边坡地形地质条件，在导流洞进口段薄弱山体外侧增加混凝土贴坡挡墙，挡墙高12 m，厚2 m，采用钢筋混凝土，内侧竖向主钢筋直径28 mm，挡墙内侧每米范围内配10根钢筋，外侧竖向主钢筋直径25 mm，外侧每米范围内配10根钢筋，横向分布筋直径20 mm，间距20 cm，每米宽挡墙需设置ϕ16 拉筋2 排，拉筋间距30 cm，排距50 cm。同时在薄弱段及挡墙周边围岩增加防渗灌浆，减少外水渗透，满足下闸蓄水后堵头安全施工要求。

4.3.2 计算条件

①水库工程规模为Ⅲ等中型，主要建筑物级别为3 级，导流建筑物为5 级。地震基本烈度为Ⅵ度，区域构造稳定，不考虑地震作用。②水库正常蓄水位：505.00 m；根据下闸蓄水计划，水库2月下闸蓄水，堵头封堵时段为2个月，最高水位将升到478.50 m高程，考虑施工难度较大，工期可能延后，采用水位高程为502.00 m为计算水位。

4.3.3 设计计算

由于导流洞进口段为大塘组第一段（C1d1）：深灰、灰黑色薄层夹中厚层灰岩上，由于裂缝较发育，侧面围岩体较薄，不考虑围岩支承作用，挡墙支撑主要为隧洞顶部及底部两部分岩体，计算跨度从隧洞顶部至底部，最大净跨度6.50 m，考虑最不利条件下挡墙的受力及配筋计算。挡墙采用钢筋混凝土衬砌，衬厚200 cm。考虑下闸蓄水期间，水位最高至502.00 m 高程，外水位最大为62.00 m，根据承载能力极限状态和正常使用极限状态做不同的荷载组合进行计算。混凝土挡墙主要受力简图见图1。

图1 混凝土挡墙受力分析简图

4.3.3 贴坡挡墙防渗布置

4.3.3.1 贴坡挡墙防渗灌浆

导流洞进口地层岩性为大塘组第三段（C1d3）深灰色薄至中厚层灰岩夹硅质岩，该部位裂隙较发育，裂面有泥质、铁锰质浸染迹象及方解石脉被溶蚀现象，软弱夹层，强风化带内裂隙多张开夹泥，裂隙连通率80%左右，弱风化带内裂隙多闭合，或方解石脉胶结，裂隙连通率50%～60%。挡墙修建后外水将沿挡墙外侧层间渗透，对围岩产生渗透破坏，需对外侧裂缝进行灌浆。

防渗灌浆布置于挡墙四周，由于岩层裂隙倾上游，灌浆孔尽量垂直层间布置。灌浆长度穿以过隧洞周边主要渗透裂隙为止。沿挡墙四周各2排布置，间排距1.50 m。由于裂隙倾向洞侧布置，为保证上排孔穿过隧洞顶拱裂隙，尽量与裂缝垂直布置，并留有适当长度，上排灌浆孔长10.00 m，向上倾角约30°。为控制底板绕渗，下侧布置2排，长度8 m，穿过隧洞底板岩层。水平趾脚板上布置2排灌浆孔，长度8.00 m，垂直向下布置。挡墙上游侧布置2排灌浆孔，间排距1.50 m，水平布置，孔深入距隧洞壁0.50 m外，挡墙下游侧布置2排，长度6.00 m。

4.3.3.2 挡墙下游侧防渗布置

挡墙下游侧0+015～0+025段受大坝右坝肩开挖和施工便道开挖影响小，围岩沿层面厚度9.00～14.00 m，该段可能产生导流洞内出现较大渗水、线流甚至股状涌水情况，不利组合体产生挤压滑动破坏可能性较小；0+025～0+082 段为导流洞转弯段，围岩沿层面厚度14.00～25.00 m，该段导流洞内可能出现渗水、滴水现象。为降低渗水对导流洞施工期间影响，考虑大坝至挡墙段裂隙进行防渗灌浆，灌浆孔水平布置，布置范围以穿过导流洞顶部裂隙为准，灌浆孔长6.00 m，间排距2.00 m。

4.4 方案比较

①从工程投资比较，方案一总投资为279.05万元，方案二总投资为165.90 万元。②从工期比较，方案一总工期为11 个月，方案二总工期为3 个月。由于汛期洪水较大，导游洞无法施工，方案一需跨第2年汛期，影响水库工程第2年下闸蓄水计划安排，将推迟到第3年下半年下闸蓄水。③方案一新建临时导流洞穿过左坝肩，新建临时导流洞爆破施工将对坝基防渗造成影响。

综上所述，方案二投资较小，施工工期短，对下闸蓄水影响小，同时，对大坝结构不产生较大影响，推荐方案二混凝土挡墙加固方案为导流洞工程补救方案。

5 结语

现工程已下闸蓄水，根据现场施工，下闸后，洞内渗流量较小，堵头施工期间无太大变化，挡墙运行安全，工程圆满完成下闸蓄水工作。