導流洞封堵建設之資鑒

劉志明

導流洞封堵建設之資鑒

劉志明

（水利部水利水電規(guī)劃設計總院 北京 100120）

導流洞建筑物是水庫工程中十分重要的建筑物，關系到工程施工進度和施工安全，然而，由于導流洞在前期大部分是臨時建筑物，在實際工程建設中往往不被重視。本文分析了導流洞封堵體設計標準、設計內容、設計中應注意的問題，并列舉了工程建設中存在的問題，希望工程技術人員重視導流洞封堵工程的設計與施工。

導流洞 封堵體 建設 問題

導流洞是水庫工程中十分重要的建筑物，關系到工程施工進度和工程安全，尤其是導流洞封堵體本應是永久工程的重要組成部分，但由于種種原因，其重要性往往在實際工程建設中被忽視。近年來，陸續(xù)發(fā)生多起導流洞事故，有進口閘門失穩(wěn)、出口閘整體失穩(wěn)造成事故的，還有因蓄水產生氣爆而造成事故的等。如果水庫已經蓄水，由于導流洞是水庫最底層的泄水建筑物，一旦出現(xiàn)問題對工程安全造成嚴重威脅，而且其后續(xù)處理也十分困難，有時為了保證大壩安全還不得不將水庫已經蓄的水放掉，嚴重影響水庫正常效益的發(fā)揮。本文旨在對導流洞建設進行系統(tǒng)的總結，提出需注意的有關問題，供設計、施工和管理人員參考。也希望水利水電工程建設者真正重視被“遺忘”的導流洞封堵體設計和施工。

1 導流洞的作用

水庫工程施工期間，由于圍堰攔斷河道，需采用導流建筑物將原河道水流從上游圍堰前導向下游圍堰后，導流建筑物主要有導流明渠和導流洞。導流洞工程一般是臨時工程，有條件時，也可與永久泄水建筑物相結合。導流洞的主要特點是工期往往很緊迫，其封堵施工一般安排在枯水期進行，如果不能按期完成，將對整個工程的建設工期造成影響，甚至延長。

2 導流洞封堵體設計標準

2.1設計基本原則

導流洞作為臨時建筑物時，按臨時建筑物標準設計；與永久泄水建筑物結合時，其結合部分應同時滿足永久運行與施工導流要求，需按永久建筑物標準設計；導流洞封堵體是永久建筑物的組成部分，應按永久建筑物進行設計。

2.2導流洞設計標準

《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL314-2004）、《水利水電工程施工導流設計規(guī)范》（SL623-2013）規(guī)定，導流建筑物級別一般為3級～5級，其設計洪水標準見表1。

表1 導流建筑物洪水標準劃分

2.3封堵體設計標準的選擇

導流洞封堵分三個階段，第一個階段是下閘，第二個階段是閘門擋水、封堵體施工，第三個階段是封堵體擋水，其相應的擋水標準各不相同。根據《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL314-2004）規(guī)定，封堵下閘的設計流量可用封堵時段5～10年重現(xiàn)期的月平均或平均流量，或按實測水文統(tǒng)計資料分析確定。

封堵體施工的導流設計洪水標準，可根據工程重要性、失事后果等因素在該時段5～20年重現(xiàn)期范圍內選定。

封堵體作為永久建筑物的一部分，其建筑物級別和洪水標準與大壩相同，因此，其擋水標準按水庫永久運行水位控制。

3 導流洞的布置

導流洞由于擔負著大壩施工期間河道的導流任務，其進水口布置一般都很低，是水庫工程中最低的泄水建筑物。導流洞可分為單獨起導流作用和與泄洪建筑物相結合兩類，導流洞封堵措施及其位置與此類型相關。

3.1單獨起導流作用

導流洞完成導流任務后，應適時進行封堵。封堵體應根據相鄰建筑物關系、隧洞圍巖工程地質條件和水文地質條件、隧洞襯砌情況和運行要求分析確定，一般位于大壩防滲帷幕線上。

3.2與泄洪建筑物相結合

當水庫水頭不高時，導流洞可與泄水洞直接結合；當水頭較高時，為了解決閘門擋水問題，一般由導流洞進口段改建成“龍?zhí)ь^”形式，其后部分為永臨結合。改造后的泄水控制閘位置，可以布置在隧洞進口（云南德澤水庫導流洞進口改建為“龍?zhí)ь^”）、隧洞中間（西藏旁多水庫導流洞在洞內改建成泄洪控制閘），也可以布置在隧洞出口（貴州道塘水庫導流洞出口修建泄洪控制閘），根據不同工程的布置和運行特點而定。對于改建為“龍?zhí)ь^”的導流洞封堵體，其位置一般位于導流洞與“龍?zhí)ь^”進口段交叉部位的導流洞內下游側，可減少永久工程的處理工程量。

改建工程由于泄水閘和金屬結構施工時間長，為了不占用大壩施工工期，導流洞改建工程一般放在導流任務完成后施工。

4 封堵設計應注意的問題

4.1設計的主要內容

導流洞封堵主要設計內容包括：封堵體長度、封堵體結構、溫控、止水與灌漿（帷幕灌漿、固結灌漿、回填灌漿、接縫及接觸灌漿）、安全監(jiān)測等。

4.2注意的幾個問題

導流洞封堵體的具體設計方法和程序在許多文獻中均有介紹，本文不贅述，僅介紹設計過程需注意的有關問題。

4.2.1 封堵體長度

封堵體長度的計算公式較多，讀者可按《水工隧洞設計規(guī)范》（SL279-2002）或參考有關文獻。本文需要強調的是，封堵體抗滑穩(wěn)定計算既要滿足隧洞襯砌與隧洞圍巖接觸之間的抗滑穩(wěn)定，還要滿足封堵體與隧洞襯砌之間的抗滑穩(wěn)定，后者往往被忽視。實際上，由于導流洞襯砌在導流期間的磨擦而會成為較光滑面，若不進行打毛處理將成為控制條件。另外，在計算中還應考慮洞頂混凝土可能存在不密實或接合不良等缺陷的影響。

4.2.2 溫度控制

導流洞封堵體應作為永久工程進行設計，但實際工程設計時，一般導流洞由施工專業(yè)負責設計而封堵體則由水工專業(yè)負責設計，由于分工的原因而沒有引起設計單位足夠的重視。從水規(guī)總院開展的安全鑒定中發(fā)現(xiàn)，一些工程設計中，沒有進行封堵體混凝土配合比設計與試驗等工作，混凝土溫度沒有得到有效的控制而導致工程漏水嚴重。

4.2.3 灌漿

封堵體灌漿包括固結灌漿、帷幕灌漿和接觸灌漿，在設計與施工時應注意以下幾個方面：一要注意封堵體與圍巖進行有效帷幕灌漿，與大壩形成永久防滲帷幕；二要注意做好封堵體與圍巖接觸灌漿，特別是洞頂往往是薄弱環(huán)節(jié)，尤要引起重視；三要注意接縫灌漿的時機，應在混凝土溫度基本穩(wěn)定后方可進行。

4.2.4 排氣孔

為消除封堵體封閉后導流洞上游隧洞段封閉氣體對導流洞封堵閘門造成頂推，甚至產生氣爆造成工程安全事故，應在導流洞上游段較高部位設置與地面相通的排氣孔。

4.2.5 安全監(jiān)測

封堵體監(jiān)測項目主要是溫度、滲壓和接縫等。由于封堵體的第一段承擔了全部或大部分水壓力，儀器布置應以第一段堵體為主。

4.2.6 導流洞封堵時機

導流洞封堵體施工一般在閘門擋水條件下進行，導流洞封堵也就意味著水庫下閘蓄水。為保障工程安全，設計時封堵施工一般選擇在枯水期進行，此時，大壩應具備一定的擋水條件和泄水能力。若水庫在汛期下閘蓄水，由于洪水的不確定性及水庫水位往往難以控制而上升較快，對尚未經過洪水考驗的大壩，特別是土石壩工程會帶來一定的安全風險；還存在汛期導流洞封堵體施工的安全風險。因此，應認真分析河道來水、大壩形象和泄水能力的關系，權衡水庫汛期蓄水風險與經濟效益，并制定相應的應急預案。

5 導流洞建設中發(fā)現(xiàn)的主要問題

5.1封堵體抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；封堵體未與大壩帷幕連接，造成漏水通道

某水庫輸水隧洞封堵體抗滑穩(wěn)定復核，當水頭10m時，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為0.916，實際封堵體應承受的水頭為82m，工程存在嚴重安全風險。而且大壩防滲帷幕未與封堵體連接。工程采取的補救措施：一是將堵體上游側長約238m的洞身段全用混凝土回填處理；二是將大壩防滲帷幕線向右岸山體內延伸，并穿過輸水隧洞封堵體形成封閉帷幕。

5.2封堵體未進行溫控設計和施工，沒有接縫灌漿，造成堵體與圍巖間漏水

某水庫導流隧洞封堵體設計，只考慮采用微膨脹水泥混凝土，未進行溫控設計及施工，沒有接縫灌漿，也沒有埋設任何觀測設備，封堵體建成后發(fā)現(xiàn)漏水問題，經過兩次修補堵漏處理尚未徹底解決。

某水庫由于導流隧洞封堵體設計、施工不當，水庫初期蓄水時發(fā)現(xiàn)封堵體與圍巖間滲漏水較大，經研究后采取自壩頂鉆孔灌漿進行堵漏處理。

某水庫工程地處高寒地區(qū)，多年平均氣溫2.7℃，極端最低氣溫-49.8℃，極端最高氣溫40.1℃，氣候環(huán)境惡劣。封堵體長40m（混凝土劃分4個澆筑段）。設計單位沒有進行封堵體混凝土配合比設計與試驗，尤其是沒有進行熱學試驗，使得設計所提的溫控標準依據不足；施工單位未針對封堵體混凝土開展施工配合比設計，而是從壩體眾多配合比中選一個適用于泵送混凝土施工的配合比，沒有使用微膨脹水泥，也沒有添加任何膨脹劑以補償收縮變形，因此，封堵體擋水后洞頂存在滲漏問題。

5.3導流洞出口閘失穩(wěn)事故

導流洞出口閘由于布置的原因，一般設備均不多，因此，出口閘的混凝土體積都不大，要滿足抗滑穩(wěn)定要求，往往需采取工程措施和施工質量保障措施。這是保障此類結構安全需重點關注的方面。

某水庫工程導流洞完成導流任務后，在其出口增建泄水控制閘，采取了加設防滲帷幕和錨固措施以滿足抗滑穩(wěn)定要求。泄水閘建成后第2年擋水時發(fā)生了閘室沿閘槽和基礎墊層面滑動并傾覆的事故。閘室整體失穩(wěn)的主要原因是混凝土澆筑分層過多、過薄，層面處理不到位，削弱了混凝土層間抗剪強度。

5.4導流洞進口閘門失穩(wěn)事故

某水電站導流洞由于門楣未按設計圖施工而導致進口閘門失穩(wěn)事故。閘門失穩(wěn)時，封堵體尚未施工，將水庫已蓄近1.5億m3的水放掉。該工程事故對后續(xù)的封堵體施工帶來十分困難。處理方案是先打開原導流洞施工支洞作為臨時導流設施，再在臨時圍堰的保護下在原導流洞進口閘門部位施工臨時封堵體，關閉施工支洞進口設置的拍門，水庫進行蓄水，并在施工支洞內澆筑臨時封堵體，再在原導流洞和施工支洞的臨時封堵體的保護下進行導流洞永久封堵體施工。

5.5汛期蓄水忽視對導流洞結構的復核

水庫大壩施工由于受各種不可預見因素的影響而不能如期按原設計進度進行時，需要改變導流時段和下閘蓄水時間，因此，需對封堵體施工導流標準作相應的調整，并復核隧洞有關結構設計。此時，需重點考慮大壩安全度汛要求。

如某水電站原計劃導流洞封堵施工在汛后的10月至次年的4月進行，度汛標準為枯水期10年一遇，相應最高水位714.85m，閘門擋水高度約78m。由于施工滯后，水庫被迫在汛期下閘蓄水和導流洞封堵施工，此時大壩施工基本完成，而永久泄洪設施尚未完成，在這種條件下，封堵體施工的導流標準應按《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL303-2004）第3.2.17執(zhí)行，即采用導流泄水建筑物封堵后的壩體度汛洪水標準。壩體度汛標準按100年一遇設計、200年一遇校核，相應最高水位743.5m。隧洞結構需按此標準進行復核，即閘門擋水高度應調整為107m，除應復核閘門是否加固外，還應對進水塔和隧洞襯砌結構均按此要求進行復核。

5.6水庫超規(guī)定水位蓄水，構成工程安全風險，甚至導致工程事故

某水電站經批準水庫限制蓄水位不得超過711m，而在實際蓄水過程中，項目法人在未經報批的情況下，擅自將水庫蓄水位蓄至737m，超蓄了26m，使得導流洞封堵閘門等臨時建筑物長時間在高水頭下運行，是導致閘門失事的重要原因。

6 建議

為了做好導流洞工程設計、施工和運行管理，保障工程安全，特提出如下工作建議供有關人員參考。

（1）設計方面。加強專業(yè)分工的工作銜接，做好導流洞前期作為臨時工程與后續(xù)作為永久工程的設計；并與其他永久建筑物一樣，重視導流洞封堵工程設計，落實工程措施；枯水期下閘蓄水調整為汛期下閘蓄水時，注意設計條件的改變對導流結構的影響，并作全面復核。

（2）施工方面。施工單位不能把導流洞完全作為臨時建筑物來看待，應加強對導流洞工程重要性的認識，一旦發(fā)生事故其處理是極其困難的，并對工程建設的進度和工程效益的發(fā)揮將產生很大影響，應嚴格按設計文件施工，保障工程質量。

（3）建設管理方面。業(yè)主單位精心組織參建各方確保按設計要求進行水利水電工程建設，若改變了建設進度和條件，應以工程安全為重點，組織參建各方認真復核工程設計和建設條件。監(jiān)理單位要切實履行現(xiàn)場監(jiān)理職責，把好施工文件審簽關。

1 劉濤等.高水頭導流洞封堵段設計及施工要點.水利水電技術.第42 卷 2011 年第3期.

2 湯用泉.導流洞封堵的幾個關鍵問題.水電與新能源. 2010 年第3期總第89期.

3 《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL314-2004）. 2004.11.中國水利水電出版社.

4 《水利水電工程施工導流設計規(guī)范》（SL623-2013）. 2014.1.中國水利水電出版社.

TV551

B

1672-2469(2014)06-0001-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.001

劉志明（1963年—）,男,教授級高級工程師,副院長。