彭水水電站導(dǎo)流洞永久堵頭混凝土施工技術(shù)研究

向景山

（中國(guó)水電八局 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概述

烏江彭水水電站1#、2#導(dǎo)流洞均位于大壩左岸，是彭水水電站主體工程施工期唯一的導(dǎo)流建筑物，1#導(dǎo)流洞長(zhǎng)1308m，2#導(dǎo)流洞長(zhǎng)1189m，洞室底板高程EL208，洞頂高程EL224.6，洞室斷面底寬10.65m，最寬處14.6m，頂部為半徑7.3m的半圓拱。1#導(dǎo)流洞永久堵頭位于導(dǎo)流洞樁號(hào) 0+235.1～0+ 275.1，2#導(dǎo)流洞永久堵頭位于導(dǎo)流洞樁號(hào)0+242～0+282，2個(gè)導(dǎo)流洞永久堵頭長(zhǎng)度均為40m（附圖）。永久堵頭主要工程量見(jiàn)附表。2個(gè)導(dǎo)流洞之間設(shè)連通洞，位于2個(gè)導(dǎo)流洞永久堵頭下游。

導(dǎo)流洞永久堵頭EL215.5～EL219設(shè)灌漿廊道，寬3m，高3.5m，頂部為120°圓弧拱，灌漿廊道長(zhǎng)34m，1#導(dǎo)流洞永久堵頭灌漿廊道位于0+241.1～0+275.1，2#導(dǎo)流洞永久堵頭灌漿廊道位于0+248～0+282（附圖）。

2 施工形勢(shì)

附圖 1#（2#）導(dǎo)流洞永久堵頭混凝土結(jié)構(gòu)圖及導(dǎo)流洞永久堵頭混凝土剖面圖

附表 導(dǎo)流洞永久堵頭工程量表

烏江彭水水電站主體工程于2004年開(kāi)工建設(shè)，導(dǎo)流洞是唯一的導(dǎo)流建筑物。2008年1月12日，導(dǎo)流洞上游進(jìn)水閘下閘，彭水水電站開(kāi)始蓄水、發(fā)電，導(dǎo)流洞永久堵頭施工準(zhǔn)備隨之開(kāi)始。根據(jù)以往工程施工經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)流洞永久堵頭施工難度不大。但本工程導(dǎo)流洞下閘后，當(dāng)上游水位達(dá)到EL275時(shí)，2#導(dǎo)流洞閘門(mén)下游漸變段0+0～0+ 30范圍內(nèi)出現(xiàn)大量漏水孔，其中最大1個(gè)漏水孔直徑約Φ150，其他10余個(gè)漏水孔直徑在Φ50～Φ80之間，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，滲水總流量約1.3m3/s，除2#導(dǎo)流洞受影響外，滲水還通過(guò)連通洞流到了1#導(dǎo)流洞，導(dǎo)致永久堵頭施工難度陡增，如滲水問(wèn)題解決不了，永久堵頭混凝土施工無(wú)法進(jìn)行。

根據(jù)總進(jìn)度計(jì)劃安排，彭水水電站水庫(kù)將于2008年12月蓄至EL293，考慮導(dǎo)流洞進(jìn)水閘門(mén)安全問(wèn)題，永久堵頭混凝土必須在2008年11月底前施工完畢。工期原本比較寬松，但出現(xiàn)滲水問(wèn)題后，工期驟然顯得異常緊張。

3 施工對(duì)策

針對(duì)出現(xiàn)的洞頂漏水情況，中國(guó)水電八局首先考慮的是外堵方案，即采用拋填堵塞物的方法堵住漏水源頭。經(jīng)查相關(guān)資料分析，漏水孔可能是導(dǎo)流洞頂排水孔貫通了大壩左岸F7斷層與巖石裂隙所致，后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，漏水處上部山體已位于水下，且多為原始山體，地形非常復(fù)雜，無(wú)法準(zhǔn)確定位漏水點(diǎn)，因此，放棄了外堵方案，轉(zhuǎn)而考慮內(nèi)排方案，即用足夠多的抽水設(shè)備對(duì)滲漏水進(jìn)行強(qiáng)排，在2#導(dǎo)流洞永久堵頭上下游、在1#導(dǎo)流洞下游設(shè)混凝土臨時(shí)堵頭，確保永久堵頭混凝土能基本在干地上施工。

4 臨時(shí)堵頭設(shè)計(jì)方案

（1）臨時(shí)堵頭長(zhǎng)度設(shè)計(jì)。

導(dǎo)流洞永久堵頭施工期間，彭水水電站上游水位為EL278，考慮一定的保險(xiǎn)系數(shù)，2#導(dǎo)流洞上游臨時(shí)堵頭按彭水水電站正常蓄水位EL293設(shè)計(jì)，即85m高水頭（導(dǎo)流洞底板高程EL208）。下游臨時(shí)堵頭按20年一遇瞬時(shí)大流量10000m3/s考慮，對(duì)應(yīng)的下游水位約EL235，27m高水頭，臨時(shí)堵頭長(zhǎng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下：

式中 L——堵頭長(zhǎng)度（m）；

P——堵頭迎水面承受的總水壓（MN）；

[τ]——容許剪應(yīng)力（0.2～0.3MPa）；

C——堵頭剪切面周長(zhǎng)（m）；

γ——水容重（10kN/m3）；

H——水深（m）；

A——堵頭截面積（m2）。經(jīng)計(jì)算，上游臨時(shí)堵頭C=29.8m；H=（293-224.6）～（293～208）=（68.4～85）m，取H=80m；A=207.48m2。其中，C值未考慮頂部半圓拱周長(zhǎng)，因此[τ]可取相對(duì)大值，經(jīng)研究，取[τ]=0.26MPa。以上代入得：

考慮保險(xiǎn)系數(shù)1.2，L=21.42×1.2=25.71m，取L=26m。

同理計(jì)算并確定實(shí)際取值EL214以下L=8m，EL214以上L=7m。

（2）臨時(shí)堵頭布置。

上游臨時(shí)堵頭布置主要考慮盡可能選擇受力條件好的洞段，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，布置在距永久堵頭上游面約45m處，此處為導(dǎo)流洞轉(zhuǎn)彎段，且圍巖條件較好，為噴錨支護(hù)洞段（圍巖條件差的洞段為鋼筋混凝土襯砌），臨時(shí)堵頭承受水壓后產(chǎn)生的滑移應(yīng)力小，并與導(dǎo)流洞洞周形成擠壓應(yīng)力，可抵消部分滑移應(yīng)力，受力條件較好。對(duì)下游臨時(shí)堵頭布置，因永久堵頭下游基本為直洞段，下游臨時(shí)堵頭布置主要考慮布置在洞室圍巖條件較好的洞段，并滿足施工機(jī)械設(shè)備布置條件，留足永久堵頭齒槽開(kāi)挖后堆渣場(chǎng)地。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，布置在距永久堵頭下游面約200 m處，此處為導(dǎo)流洞噴錨支護(hù)洞段，圍巖條件較好，滿足施工布置條件。

（3）混凝土標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)。

臨時(shí)堵頭混凝土標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)原則上參照永久堵頭混凝土標(biāo)號(hào)，使用C20微膨脹混凝土，考慮到臨時(shí)堵頭存在水下施工情況，EL214以下使用C30水下微膨脹混凝土。

5 臨時(shí)堵頭施工

（1）混凝土施工方法。

上游臨時(shí)堵頭施工時(shí)在EL208預(yù)埋2根Φ1000排水鋼管，作為施工期排水通道，鋼管下游端設(shè)2MPa閘閥，臨時(shí)堵頭混凝土澆筑完畢后關(guān)閉閘閥。

2個(gè)下游臨時(shí)堵頭施工時(shí)在EL208各預(yù)埋1根Φ1000排水鋼管，作為施工期排水通道，鋼管上游游端設(shè)1MPa閘閥，烏江恢復(fù)過(guò)流后關(guān)閉閘閥。

2個(gè)下游臨時(shí)堵頭在EL222預(yù)埋1根Φ600通風(fēng)鋼管，通風(fēng)管上游端設(shè)閘閥，枯水期（10月～次年4月）大壩下游水位一般在EL214以下，通風(fēng)管閘閥開(kāi)啟，汛期6～7月大壩下游水位一般為EL220左右，通風(fēng)管閘閥關(guān)閉；汛期其他月份（5月、8～10月）下游水位一般為EL218左右，平時(shí)通風(fēng)管閘閥開(kāi)啟通風(fēng)，一旦水情預(yù)報(bào)洪水將臨即關(guān)閉閘閥，洪水退后閘閥重新開(kāi)啟。

臨時(shí)堵頭混凝土按 EL208～EL211～EL214～EL217～EL220～EL223～EL224.6分層澆筑，在澆筑EL208～EL211混凝土?xí)r使用潛水泵配合排水。混凝土使用攪拌車(chē)運(yùn)料，混凝土泵送入倉(cāng)。

轉(zhuǎn)向失控一般是方向盤(pán)出現(xiàn)了問(wèn)題，打不動(dòng)或者打完了方向盤(pán)，前輪壓根不動(dòng)，這種情況一般是由于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)有零部件脫落、損壞、卡滯引起的。

（2）施工排水。

烏江恢復(fù)過(guò)流前，上游滲水通過(guò)預(yù)埋的鋼管排出，恢復(fù)過(guò)流后，下游臨時(shí)堵頭排水管閘閥關(guān)閉，上游滲水采用1260m3/h抽水機(jī)抽至導(dǎo)流洞外已有的抽水點(diǎn)，再由抽水點(diǎn)設(shè)備抽排至烏江中。

抽水機(jī)數(shù)量根據(jù)來(lái)水量確定：1.3m3/s×3600=4680 m3/h，4680÷1260=3.7臺(tái)，考慮1.25的保險(xiǎn)系數(shù)，3.7×1.25= 4.6臺(tái)，即設(shè)置5臺(tái)1260m3/h抽水機(jī)抽水，并準(zhǔn)備1臺(tái)抽水機(jī)備用。

6 永久堵頭混凝土施工

（1）混凝土分層及入倉(cāng)方式。

考慮混凝土溫控要求，永久堵頭混凝土分層按（2～4）m控制，并結(jié)合灌漿廊道底板高程，按EL208～EL210～EL213.5～EL215.5～EL219～EL222～EL224.6分層。

對(duì)于混凝土入倉(cāng)方式，水電八局的思路是下部盡可能使用自卸汽車(chē)與反鏟挖掘機(jī)配合入倉(cāng)，上部自卸汽車(chē)無(wú)法入倉(cāng)時(shí)再考慮使用混凝土泵送入倉(cāng)，這樣混凝土可以少用水泥，減少混凝土水化熱溫升，減少后期通水冷卻壓力，使堵頭混凝土盡快達(dá)到灌漿溫度要求，并可節(jié)約成本。根據(jù)導(dǎo)流洞實(shí)際高度，EL219以下混凝土使用自卸汽車(chē)與PC200反鏟挖掘機(jī)配合入倉(cāng)，自卸汽車(chē)進(jìn)入倉(cāng)面前由施工人員用高壓水槍將輪胎沖洗干凈。EL219以上混凝土使用攪拌車(chē)運(yùn)料，混凝土泵送入倉(cāng)。在澆筑EL215.5～EL219時(shí)，由于中間有灌漿廊道，廊道邊墻到導(dǎo)流洞邊墻距離僅6.8m，減去廊道邊墻和導(dǎo)流洞邊墻結(jié)構(gòu)鋼筋保護(hù)層厚度，空間寬度只有6.6m左右，PC200反鏟挖掘機(jī)在如此狹小的空間里作業(yè)十分困難。中國(guó)水電八局經(jīng)與設(shè)計(jì)單位協(xié)商，將灌漿廊道往左側(cè)或右側(cè)平移1m，以灌漿孔底位置不變的原則調(diào)整灌漿孔深度，解決了此問(wèn)題。

2#導(dǎo)流洞上游雖設(shè)置了臨時(shí)堵頭，但在永久堵頭施工過(guò)程中，2個(gè)導(dǎo)流洞上游均仍有少量滲水，八局采取的方法是在永久堵頭上游→下游通倉(cāng)預(yù)埋1根Φ300鋼管，上下游均設(shè)1MPa閘閥，平時(shí)閘閥開(kāi)啟，澆筑頂層混凝土、距洞頂還有約1m時(shí)，上游閘閥關(guān)閉，混凝土澆筑到頂后，對(duì)鋼管回填砂漿封閉，下游閘閥關(guān)閉。

考慮到混凝土澆筑完畢后會(huì)少量收縮，混凝土和鋼管之間會(huì)產(chǎn)生滲水通道，須對(duì)排水鋼管采取止水措施：在排水鋼管距永久堵頭上游1m、2m、20m、39m處各焊1圈20cm寬、6mm厚鋼板。

臨時(shí)堵頭施工完畢后，上游滲水量已減小很多，采用2臺(tái)1260m3/h抽水機(jī)抽至導(dǎo)流洞外已有的抽水點(diǎn)，再排至烏江中，并準(zhǔn)備1臺(tái)抽水機(jī)備用。

（3）混凝土溫控。

為使堵頭混凝土盡快達(dá)到灌漿溫度要求，須在堵頭混凝土施工過(guò)程中中預(yù)埋冷卻水管，混凝土澆筑完畢后進(jìn)行通水冷卻。

冷卻水管采用外徑32mm、壁厚2mm的高密度聚乙烯冷卻水管，導(dǎo)熱系數(shù)1.66KJ/（m.h℃），在倉(cāng)內(nèi)布置成蛇形管圈。導(dǎo)流洞堵頭混凝土澆筑層厚3m以下時(shí)，冷卻水管按垂直間距×水平間距=2m×2m布置，距堵頭上、下游面及導(dǎo)流洞周邊1m；澆筑層厚3m時(shí)，冷卻水管按垂直間距×水平間距=3m×1.5m布置，距堵頭上、下游面及導(dǎo)流洞周邊1m。冷卻水管引入灌漿廊道內(nèi)，做到排列有序，避免過(guò)于集中引起混凝土局部超冷，并作好標(biāo)記記錄。引入廊道的管口朝下彎，管口長(zhǎng)度不小于15cm，并對(duì)管口妥善保護(hù)以防止堵塞。

混凝土覆蓋12小時(shí)后即開(kāi)始進(jìn)行初期通水，6～8月施工的混凝土通（8～10）℃制冷水冷卻，9月施工的混凝土通河水冷卻，水溫與混凝土溫差控制在（20～25）℃。通制冷水時(shí)間15天左右，通河水時(shí)間一般30天左右。通制冷水流量控制在（18～20）L/min，通河水流量控制在(20～25)L/ min，流向每天變換1次，并保證在管內(nèi)形成紊流?？刂平禍厮俾省?℃/d，直至滿足灌漿溫度要求為準(zhǔn)。

灌漿施工完畢且確認(rèn)無(wú)需再通水冷卻時(shí)，用0.5∶1水泥漿封堵冷卻水管。封堵時(shí)先由進(jìn)漿管進(jìn)0.5∶1水泥濃漿，同時(shí)將回漿管敞開(kāi)，用以漿趕水方式將冷卻水管殘留水排出管外，直至回漿管的漿液濃度達(dá)到0.5∶1，將回漿管扎牢后，繼續(xù)灌注直至不吸漿時(shí)屏漿結(jié)束。

7 實(shí)際施工情況

導(dǎo)流洞臨時(shí)堵頭于2008年2月開(kāi)始施工，中國(guó)水電八局投入了5臺(tái)抽水機(jī)為主、3個(gè)潛水泵輔助進(jìn)行抽水，保證了臨時(shí)堵頭正常施工，于5月1日將臨時(shí)堵頭施工完畢，開(kāi)始進(jìn)行永久堵頭齒槽開(kāi)挖，2008年7月齒槽開(kāi)挖結(jié)束，開(kāi)始進(jìn)行永久堵頭混凝土施工，混凝土分層、入倉(cāng)方式、排水、混凝土溫控完全按以上所述方法執(zhí)行，總體進(jìn)行得較為順利，于10月30日將永久堵頭混凝土澆筑完畢，比原計(jì)劃（11月底）提前1個(gè)月。同時(shí)，由于混凝土溫控措施到位，為后續(xù)灌漿施工創(chuàng)造了條件，1#、2#導(dǎo)流洞灌漿施工分別于2009年2月10日、2月21日結(jié)束，實(shí)現(xiàn)2009年3月底前結(jié)束導(dǎo)流洞全部施工的目標(biāo)。