馬堵山水電站導(dǎo)流洞堵頭混凝土快速施工技術(shù)

謝濟(jì)安 李建梅

（廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司 桂平市 537200）

1 工程概況

馬堵山水電站位于紅河干流下游紅河州的個(gè)舊市、金平縣境內(nèi)，是紅河干流三江口以下規(guī)劃的12個(gè)梯級(jí)的第10個(gè)梯級(jí)。壩址集水面積31 356 km2，多年平均流量302 m3/s，水庫總庫容5.51億m3，水庫正常蓄水位217 m，死水位199 m，調(diào)節(jié)庫容2.6億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量288 MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量13.14億kW·h。本工程等別為一等工程大（Ⅱ）型。樞紐主要建筑物擋水泄水建筑物、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房均為2級(jí)建筑物，次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為4級(jí)。電站樞紐主要建筑物由攔河壩、泄洪表孔及泄洪底孔、電站進(jìn)水口、有壓引水隧洞、地面廠房及開關(guān)站等組成。

施工期采用一次攔斷河床、隧洞導(dǎo)流方式進(jìn)行導(dǎo)流，導(dǎo)流隧洞布置在左岸，總長度為773.0 m，進(jìn)口底板高程142 m，出口底板高程140.5 m，斷面為10 m×14 m（寬×高）城門洞型，拱角 148.1°，頂拱半徑為5.2 m，過流面積130 m2。采用鋼筋混凝土襯砌，按圍堰類別不同襯砌厚度分別為（1～2）m。

2 導(dǎo)流洞堵頭設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞堵頭作為大壩擋水結(jié)構(gòu)的一部分，為2級(jí)建筑物。堵頭承受的最大水頭為65.1 m，過水凈斷面面積為130 m2，永久堵頭段設(shè)置在0+140.0～0+160.0樁號(hào)，長度20 m。堵頭分成甲乙兩塊，其中甲塊長12 m，乙塊長8 m。在永久堵頭前、后分別設(shè)置一道2 m×3 m、1.5 m×2 m的擋水混凝土圍堰，以保證永久堵頭在干地上施工。埋設(shè)兩條Φ 500導(dǎo)流鋼管，作為施工過程中導(dǎo)流洞內(nèi)滲水的排出通道，鋼管均需安裝2 MP閘閥，安裝位置設(shè)在乙塊堵頭靠近甲塊位置，并在乙塊導(dǎo)流管位置設(shè)置一個(gè)2 m×2.5 m的廊道，堵頭灌漿完成后，拆除閘閥以外的導(dǎo)流管，采用泵送混凝土進(jìn)行廊道封堵回填。堵頭兩端設(shè)置BW型橡膠止水條，止水條離上、下游混凝土臨空邊50 cm。堵頭結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 導(dǎo)流洞堵頭剖面圖

3 導(dǎo)流洞堵頭混凝土快速施工技術(shù)

3.1 施工環(huán)境

2010年12月31日導(dǎo)流洞下閘。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，然而按照計(jì)算復(fù)核成果，堵頭前導(dǎo)流洞內(nèi)未充滿水的情況下，導(dǎo)流洞襯砌結(jié)構(gòu)混凝土僅能承受庫區(qū)蓄水至▽178.0 m高程的外水壓力，首臺(tái)機(jī)組發(fā)電目標(biāo)為2011年2月28日，最低發(fā)電水位為▽199.0 m，時(shí)值紅河枯水期，按常規(guī)方法待堵頭施工完，導(dǎo)流洞內(nèi)充滿水后庫區(qū)才開始從▽178.0 m高程往上蓄水，難以達(dá)到預(yù)期發(fā)電目標(biāo)，堵頭工期驟然變得異常緊張。

永久堵頭施工工序繁多，為盡快創(chuàng)造庫區(qū)從▽178.0 m高程往上蓄水的條件，必須讓堵頭前導(dǎo)流洞內(nèi)充滿水，方能確保堵頭上游段導(dǎo)流洞襯砌混凝土在蓄水過程中的結(jié)構(gòu)安全。要求在永久堵頭前增設(shè)一段9 m長的臨時(shí)堵頭（結(jié)構(gòu)如圖2），對(duì)該臨時(shí)堵頭進(jìn)行簡化施工（簡化打毛、接縫灌漿等工作），快速形成后進(jìn)行上游導(dǎo)流洞充水，創(chuàng)造蓄水條件。

圖2 導(dǎo)流洞堵頭增設(shè)臨時(shí)堵頭后剖面圖

3.2 導(dǎo)流洞堵頭快速施工技術(shù)

3.2.1 進(jìn)口閘門下閘擋水

封堵前認(rèn)真檢查閘門水封安裝質(zhì)量，下閘時(shí)控制閘門開度，采用水力清除門槽及底坎上障礙物。下閘后將事先準(zhǔn)備好的棉被塞到兩側(cè)門槽和門楣縫隙上 （在沖鋒舟上作業(yè)），并在閘門前填筑粘土200 m3，自卸汽車裝料，直接從閘室▽160平臺(tái)傾倒，輪裝輔助，在閘門前形成5 m長3 m厚的粘土覆蓋，防底坎部位漏水。導(dǎo)流洞于2010年12月31日順利下閘，經(jīng)檢查，洞內(nèi)滲水未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

3.2.2 導(dǎo)流洞出口圍堰施工及洞內(nèi)排水

導(dǎo)流洞出口圍堰利用拆除下游圍堰的土料填筑，在正式下閘前先填筑絕大部分，縮窄過流面，以堤頭不被沖刷為限，進(jìn)口下閘后在半天時(shí)間內(nèi)快速合龍。圍堰頂寬10 m（要求過車），頂高程▽145.0，側(cè)邊坡度1∶1.5，圍堰長度20 m，靠河邊一側(cè)填石渣；靠洞內(nèi)一側(cè)填粘土防滲，再填筑石渣護(hù)坡（詳見圖3）。粘土填筑量約100 m3；石渣填筑量約2 500 m3。

圖3 導(dǎo)流洞出口圍堰剖面示意圖

出口圍堰形成后，馬上組織洞內(nèi)抽水，洞內(nèi)水量約16 000 m3，初期排水采用2臺(tái)90 kW、1臺(tái)55 kW抽水機(jī)，抽水機(jī)置于出口擋水圍堰頂，以不影響進(jìn)洞道路為限。施工期經(jīng)常性排水采用3臺(tái)7.5 kW替水泵，1臺(tái)備用。

3.2.3 進(jìn)洞道路布置

圖4 洞內(nèi)交通路剖面示意圖

由于洞內(nèi)一直有滲水流出，為了保證人員、設(shè)備能在干地上通行，出口圍堰填筑完成后，即往洞內(nèi)填筑一條6 m寬的進(jìn)洞道路，留出4 m作為排水溝。道路坡比按5%控制，放坡段長度約90 m。采用石渣填筑（利用下游圍堰拆除料），方量2 000 m3。見圖4。

3.2.4 堵頭上、下游臨時(shí)圍堰及導(dǎo)流鋼管施工

堵頭上、下游臨時(shí)圍堰原設(shè)計(jì)為2 m×3 m、1.5m×2 m的擋水混凝土圍堰。為了節(jié)省工期，結(jié)合實(shí)際滲水情況，經(jīng)研究決定將臨時(shí)混凝土圍堰改成2 m×2 m、1 m×1 m的兩側(cè)土包，中間加粘土芯墻的土圍堰。實(shí)踐證明，土圍堰相比混凝土圍堰，不但施工速度快，節(jié)約成本，而且防滲效果好，1天時(shí)間即可完成圍堰施工。

為了排出導(dǎo)流洞上游滲水，埋設(shè)兩條40 m長的Φ 500的導(dǎo)流鋼管，鋼管間采用法蘭連接，將水從上游臨時(shí)圍堰引至下游臨時(shí)圍堰外。鋼管離地50 cm，在堵頭乙塊靠近甲塊處分別安裝一個(gè)2 MP閘閥，并在其中一條鋼管的閘閥前安裝一個(gè)2 MP量程的壓力表，以判斷堵頭上游導(dǎo)流洞內(nèi)充水情況?？紤]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)排水管采取止水措施，在排水鋼管距永久堵頭上游1 m、2 m處各焊1圈20 cm寬、6 mm厚的鋼板作為節(jié)水環(huán)。

3.2.5 堵頭段混凝土快速施工

堵頭混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，泵送二級(jí)配。采用微膨脹混凝土（外摻3.5%MgO，不大于10 kg/m3），混凝土總方量為 3 770 m3（包括臨時(shí)堵頭）。

（1）臨時(shí)堵頭施工。臨時(shí)堵頭采取簡化快速施工，即基礎(chǔ)面清理干凈后馬上進(jìn)行混凝土澆筑，簡化混凝土面鑿毛，不作固結(jié)灌漿及接觸灌漿，不埋設(shè)冷卻水管。臨時(shí)堵頭分4層，于2011年1月16日完成了混凝土澆筑及洞頂回填灌漿。混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，關(guān)閉其中一條導(dǎo)流管，調(diào)節(jié)另一條導(dǎo)流管出水量，依據(jù)壓力表，將上游導(dǎo)流洞控制在滿水狀態(tài)。導(dǎo)流洞充滿水后，庫區(qū)即可繼續(xù)往上蓄水。臨時(shí)堵頭的快速施工，為庫區(qū)贏得了至少10天的蓄水時(shí)間。

（2）永久堵頭施工。堵頭混凝土澆筑之前，對(duì)老混凝土表面鑿毛并沖洗干凈，以保證新老混凝土結(jié)合良好。堵頭分甲、乙塊澆筑：甲塊12 m；乙塊8m。首層混凝土厚1.5 m，第2層起按每3 m澆筑1層，甲乙2塊交錯(cuò)施工。永久堵頭上、下游50 cm處四周采用BW型橡膠止水帶止水，橡膠帶與混凝土面采用環(huán)氧樹脂全長粘接，接觸面混凝土不作鑿毛處理。受條件限制，混凝土只能采用輸送泵進(jìn)倉，攪拌車運(yùn)輸混凝土進(jìn)洞。2臺(tái)泵機(jī)擺放在洞內(nèi)，距倉面（30～50）m，前后位置錯(cuò)開，保證攪拌車通過。乙塊廊道采用提前做好的預(yù)制廊道拼裝，其兩面均需鑿毛處理。永久堵頭施工完成后，關(guān)閉閘閥，將壓力表及閘閥下游的導(dǎo)流鋼管拆除，清理完廊道內(nèi)廢渣并對(duì)混凝土面作好鑿毛處理后，采用C20泵送混凝土（摻氧化鎂）進(jìn)行廊道封堵。

3.2.6 堵頭混凝土溫控措施

堵頭混凝土為大體積混凝土施工，為降低混凝土內(nèi)部溫度，主要采取埋設(shè)水管通水冷卻措施。冷卻水管采用外徑32 mm、臂厚2 mm的高密度聚乙烯（PE）水管，在堵頭內(nèi)按蛇形布置，布置間距為1.0 m×1.0 m，距堵頭上、下游臨空面及導(dǎo)流洞襯砌距離為0.5 m，同時(shí)在混凝土內(nèi)預(yù)埋測(cè)溫計(jì)進(jìn)行觀測(cè)，隨時(shí)掌握堵頭內(nèi)部混凝土溫度變化。

由于混凝土采用泵送澆筑，為了確保冷卻水管埋設(shè)質(zhì)量，開倉前按冷卻水管布置高程，在導(dǎo)流洞襯砌混凝土上打好膨脹螺絲，采用6#鐵絲左右對(duì)拉，間距150 cm，形成鐵絲網(wǎng)作冷卻水管的支撐平臺(tái)。冷卻水管按要求提前布置在鐵絲網(wǎng)上，用電線綁扎帶綁扎，并要求在混凝土澆筑前對(duì)冷卻水管進(jìn)行試通水，確保冷卻水管的暢通。

通水水源主要利用其中已關(guān)閉的導(dǎo)流鋼管，在其出口處安裝一塊8 mm厚封頭板（與導(dǎo)流管法蘭連接，中間加橡膠墊），封頭板上焊好數(shù)個(gè)水管接頭，裝上小閘閥，然后再打開其中已關(guān)閉的大閘閥。由于上游導(dǎo)流洞內(nèi)已充滿水，此水為壓力水，既方便使用，又節(jié)約了抽水費(fèi)用，除了用作冷卻水外，還可作沖洗、養(yǎng)護(hù)、灌漿等生產(chǎn)用水，一舉多得。

洞內(nèi)滲水水溫約為（20～22）℃，通水流量控制在1.77 m3/h，通水時(shí)間不小于14 d?；炷翝仓瓿珊篑R上進(jìn)行通水冷卻。水管開始通水后，每天改變一次通水方向。且混凝土冷卻降溫，控制每天降溫不超過10℃。停止全面通水冷卻的判斷依據(jù)為堵頭混凝土的溫度不高于24℃。灌漿施工完畢且確認(rèn)無需進(jìn)行通水冷卻后，用0.5∶1的水泥濃漿封堵冷卻水管。

4 結(jié) 語

馬堵山水電站導(dǎo)流洞堵頭采用堵頭混凝土快速施工技術(shù)，由于準(zhǔn)備充分、措施得當(dāng)，精心組織，導(dǎo)流洞永久堵頭于2011年2月20日施工結(jié)束，工程質(zhì)量優(yōu)良，按期實(shí)現(xiàn)了馬堵山水電站首臺(tái)機(jī)組發(fā)電目標(biāo)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)同類工程具有良好的借鑒作用和推廣價(jià)值。