水布埡水電站運行期地下廠房滲水分析與處理

皮軍華

(湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡水電站位于湖北省巴東縣境內(nèi)，是清江梯級開發(fā)的龍頭樞紐，工程以發(fā)電、防洪為主，兼顧其它。電站裝機1 840 MW，設計年發(fā)電量39.84億kW·h。樞紐屬一等大(1)型工程，主要建筑物由混凝土面板堆石壩、溢洪道、地下電站、放空洞以及兩岸滲控工程等組成。大壩壩頂高程409 m，壩頂長度674.66 m，最大壩高233.2 m。水庫總庫容45.8億m3，正常蓄水位400 m，死水位350 m。工程于2002年1月開工，2007年4月下閘蓄水，2008年8月四臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電。

地下電站主廠房布置于壩后右岸馬崖高邊坡山體內(nèi)，位于溢洪道泄洪右側面。主廠房建基面高程165 m，頂拱部位高程230.47 m，最大尺寸為168.50 m×23.00 m×65.47 m(長×寬×高)。

樞紐工程全貌見圖1。

圖1 水布埡水電站工程全貌圖

1 廠房排水系統(tǒng)

地下廠房排水系統(tǒng)分為廠外、廠內(nèi)兩部分。廠外由排水孔、集水管、排水廊道、豎井、集水井及抽排設施組成，另外在靠河床側布置了一道排水帷幕，以攔截河床滲水，廠外排水系統(tǒng)主要功能在于阻截廠房外部圍巖滲水，減少地下水進入主廠房；廠內(nèi)排水系統(tǒng)分為機組檢修排水和廠房滲漏排水兩部分，其中滲漏排水系統(tǒng)主要由各類排水孔、集水支管、集水主管、排(落)水管、排水溝及滲漏排水集水井組成。將地下廠房圍巖滲水、技術用水、生活用水及其它滲漏水引入滲漏集水井，再用水泵排出廠外。

1.1 廠外排水系統(tǒng)

廠外排水主要攔截各處山體滲水，減輕地下廠房廠內(nèi)排水的壓力。主要布置有廠外排水廊道、排水孔(幕)布置、排水豎井及抽排水系統(tǒng)。

1)廠外排水廊道布置。廠外排水廊道分三層布置，第一層排水廊道呈封閉式“日”字形布置，排水廊道底高程為249.82～240.00 m，廊道底板平均坡比3%，中間兩條排水廊道位于主廠房上方頂拱圍巖中；第二層排水廊道呈封閉式“口”字形布置，排水廊道底高程為225.81～212.01 m，廊道底板坡比3%～7.86%；第三層排水洞呈封閉式“口”字形布置，排水廊道底高程為190.52～179.50 m，廊道底板坡比0%～7%。三層排水廊道總長1 996.50 m。

2)排水孔(幕)布置。為使主廠房四周構成一道排水帷幕，在三層排水廊道之間及第三層排水洞底部布置Φ108豎向排水孔，孔距3 m；按縱向間距3 m在第一層排水洞頂拱扇形布置3列Φl08排水孔，形成頂拱排水帷幕，孔深30 m；第二層及第三層排水洞頂拱外側按縱向間距3 m布置Φl08斜孔一列，作為輔助排水孔，孔深30 m。排水孔內(nèi)設Φ90 PVC-U花管，出口后接至地面排水溝。

圖2 廠外排水系統(tǒng)圖(含排水帷幕)

3)水泵房、集水井及抽排水設施布置。在第二、三層排水廊道的豎井上游側緊靠壁面布置水泵房及集水井，尺寸分別8.0 m×4.0 m×7.0 m和5.0 m×4.0 m×7.0 m，分別布置4臺及3臺潛水泵。

第一層排水廊道的水直接自流排至山外，第二、三層排水廊道中的水集中到集水井后，用水泵通過7根排水管抽至第一層排水廊道后，自流排至山外。

1.2 廠內(nèi)排水系統(tǒng)

主廠房廠內(nèi)排水系統(tǒng)主要有巖面排水孔、支管、集水主管、排水溝、連通管及集水井組成。

主廠房頂拱、上、下游邊墻沿巖石開挖面按4.5 m×4.5 m間距布置Φ56排水孔，孔深8 m；東、左端墻沿巖石開挖面按4.5 m×5.0 m間距布置Φ56排水孔，孔深6 m。排水孔中全部埋設有Φ50 PVC集水支管，集水支管伸入巖石30 cm，處于Plq3、P1ma巖層中的排水孔，用工業(yè)過濾布將集水支管包裹后再插入排水孔中。排水孔內(nèi)的水經(jīng)集水支管引至Φ90 PVC集水主管。

主廠房頂拱和上、下游邊墻橋機梁以上沿主廠房縱向布置33根橫向集水主管，將每個斷面上的集水支管串起來，頂拱設2根縱向Φ90 PVC排水管，將主廠房頂拱集水主管連通。集水主管出水口高程為219.95 m，將水直接排入219.80 m高程橋機梁頂部內(nèi)側排水溝，排水溝溝底靠墻按4.5 m間距預埋Φ90 PVC排水管，并與下部集水主管連通。主廠房上、下游邊墻吊車梁以下縱向各布置33根Φ90 PVC豎向集水主管，將上、下游邊墻上每個斷面上的集水支管分別串起來，集水主管出水口高程為195.10 m(安Ⅰ段為206.50m)；主廠房左、右端墻沿橫向布置Φ90 PVC豎向集水主管各4根，將每列集水支管分別串起來，集水主管出水口高程分別為206.50 m和195.10 m。巖石滲水經(jīng)集水主管排入集水主管出口下方的排水溝內(nèi)，然后再經(jīng)排水溝溝底的預埋管，將水引至181.80 m高程交通操作廊道底部兩側的排水溝，集中排至4號機組左端集水井段下部的滲漏排水集水井。集水主管均采用明管安裝，以方便檢查及檢修。

各處排水措施布置詳見圖3～圖4。

圖3 廠內(nèi)排水布置圖

圖4 頂拱排水管布置圖

2 運行期滲水檢查情況

地下廠房斷面、跨度尺寸大，周圍為地下圍巖結構，受圍巖地質結構復雜(斷層、裂隙及剪切帶分布較多)、地下水位較高(長期地下水位觀測在高程300 m以下)、外部邊坡滲水水頭高等不利因素影響，自2007年投產(chǎn)發(fā)電運行至今，廠房出現(xiàn)多次不同程度滲水情況，其中在2016年7月暴雨泄洪雙重工況疊加滲水最為嚴重，廠房吊頂、吊車梁、發(fā)電機層及4號機封母下平洞環(huán)縫等多處出現(xiàn)滲水情況，其中3號機組段下游側頂拱部位原部分滲水點來水量突然增大，導致原滲水引排用管道連接部位開裂，水流外泄至吊頂樓板，順樓板流到吊車梁并滴落至發(fā)電機層電氣盤柜附近，滲水嚴重威脅機組安全發(fā)電，在泄洪期間緊急進行了搶險引排處理。滲水情況詳見圖5。

圖5 2016年7月暴雨及泄洪期間廠房內(nèi)滲水情況圖

3 滲水原因分析[1]

梳理廠房歷次滲水檢查情況，發(fā)現(xiàn)滲水均在連續(xù)降雨或暴雨、泄洪等工況下出現(xiàn)，因此滲水原因須從廠房結構、原設計廠內(nèi)外排水措施、強降雨及泄洪期間排查情況等方面綜合全面分析，才能獲取有效防滲對策。

3.1 廠外山體邊坡排水系統(tǒng)

地下廠房完全置于馬崖高邊坡山腹內(nèi)(圖6)，為了從控制地下廠房外部滲水來源，建設期對馬崖邊坡進行了系統(tǒng)排水設計，排水設計主要包括廠房頂部400平臺及以上部位的周邊截水處理和400平臺至315平臺的坡面系統(tǒng)排水處理，使廠房外界山體在暴雨工況下能及時排走地表流水，保持外部山體及邊坡排水通暢，無積水，減少地表深滲入地下廠房。

圖6 馬崖高邊坡下地下廠房的平面位置圖

在強降雨或泄洪期間，降雨或霧化雨強度超出原有排水設計標準，且廠房區(qū)域馬崖邊坡排水系統(tǒng)存在未嚴格按設計實施、部分排水溝破損堵塞導致坡面馬道平臺積水嚴重，積水通過山體裂隙、巖溶等通道下滲導致地下廠房山體滲水量增大，是廠房滲水最直接的原因。地下廠房區(qū)域馬崖高邊坡排水系統(tǒng)詳見圖7。

圖7 地下廠房區(qū)域馬崖高邊坡排水系統(tǒng)布置圖

3.2 廠外排水系統(tǒng)

廠外設置三層排水廊道，層與層之間布置排水孔形成周邊排水幕，攔截廠外山體滲水，另外在靠河床側布置了一道排水帷幕，以攔截河床滲水。針對暴雨期間檢查所發(fā)現(xiàn)的明流和滴漏，原因分析如下：

1)2016年7月暴雨及泄洪期間，一層、二層最大滲流量比泄洪前增加4倍和8倍，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)廊道整體壁面干燥，僅局部由于排水孔堵塞或孔口封閉不嚴，導致滲水從集水管外部順壁留下。

2)二層排水廊道與帷幕灌漿廊道相連，灌漿廊道江邊支洞洞口封堵處受強霧化雨沖刷，導致霧化雨出現(xiàn)反灌的情況。

3.3 廠內(nèi)排水系統(tǒng)

1)頂拱主要表現(xiàn)為散漏點增多，無組織沿頂拱面往兩側邊墻流動，或向天花板滴落，主要原因是在暴雨和強霧化雨作用下，廠房外圍山體處于飽和滲流狀態(tài)，導致地下水抬高且壓力增大，若滲點與附近排水孔之間存在不密實巖體結構面或排水孔堵塞，均會使地下水滲過噴混凝土，往頂拱的臨空面流出。滲水從頂拱流到發(fā)電機層，乃至水輪機層，其行程的任一排水孔、排水管、排水溝等設施損壞，都將嚴重危及周圍的發(fā)電設備。

2)運行期間多年的檢查和維護，逐年對廠房頂拱部位新增的單個滲水點進行了臨時引排管(DN20 PVC管)，基本布滿了整個頂拱圍巖，目前數(shù)以千計，且排水孔深僅15 cm左右，較多管件連接部位脫落、破損，排水能力和效果均較差，當滲水量增大時，容易排水失效，可靠性差(圖8)。

3)原頂拱布置的縱橫向排水管不能滿足應急引排快速處置的要求，無應急防范措施；吊頂兩側鋼排水溝局部排水不暢，下水管管口設置偏少，積水嚴重，突發(fā)的滲水通過吊頂樓板流入排水溝后會導致水越過排水溝，順排水溝下側壓型鋼板流到吊車梁及發(fā)電機層。

4)頂拱至發(fā)電機層部分原落水管因材質多為PVC管和PE單壁波紋管，存在連接部位脫落、老化、破損等情況。

圖8 滲漏點臨時處理措施圖

4 廠房滲水處理措施

4.1 廠外山體邊坡排水系統(tǒng)整治

4.1.1 400平臺及上側周邊截水溝處理

1)對400平臺所有施工廢渣、雜草進行全面清理，對原地面封閉處理澆筑的混凝土面進行詳細排查，發(fā)現(xiàn)破損的部位進行修補處理。

2)對400平臺周邊及縱橫向設置地表排水溝，并將集水匯入壩后右岸排水溝。

3)恢復400平臺上側周邊截水溝，截斷地表水匯入400平臺地表排水溝。

4.1.2 400平臺至315平臺坡面排水處理

1)對400平臺以下各層馬道排水依次逐級采用鋼管往下引排，在各高程馬道上設置擋水坎，邊坡坡面不再過水，防止發(fā)生水流濺射和出現(xiàn)積水情況。

2)對315平臺周邊排水溝進行疏通維護，確保排水通暢，達到無積水的效果。

4.2 廠外排水系統(tǒng)維護

對廠外一層、二層排水廊道有滲水流出的排水孔重新掃孔處理，拔出花管，并疏通相應集水管，掃孔后(長度18 m)重新安裝排水花管并密實封閉管周；對出現(xiàn)脫落、破損的排水管進行更換；對與廠房二排相連的帷幕灌漿廊道江邊支洞洞口封堵加固并灌漿處理，確保泄洪霧化雨不會反滲進入二排；日常加強對廠外三層排水廊道地表排水溝的清理維護，確保排水通暢，無積水。

4.3 廠內(nèi)防滲處理

4.3.1 頂拱部位防滲處理

1)在原臨時布置滲水點處和此次滲漏點定位，加大孔深至3～5 m和加大鉆孔管徑至Φ50，管口布置30 cm長Φ50 PVC-U管，如滲水點在頂拱部位，直接加布一排排水孔(Φ56，深8 m)，采用三通接Φ50單壁波紋軟管接入吊車梁排水溝。

2)在安裝場、3號機組段滲水較大部位，在原排水孔中心新增一排3～5 m排水孔，兩側采用Φ50單壁波紋排水軟管接入吊車梁排水溝；

3)為保證在暴雨、霧化泄洪情況下，頂拱新增滲水點能及時布置臨時防范措施，迅速排走來水，在主廠房頂拱中心線上、下游8 m處各預留一根縱向Φ110 PVC-U主集水管貫通全廠；集水管具有以下功能：①預留集水?？v向每隔3 m布置一個3通，孔管口朝上；②預留排水?？v向每隔5 m設三通，空管管口朝下，接Φ50單壁波紋排水軟管至吊車梁排水溝；③檢修孔。每15 m分隔設定、底部檢修孔，兩端設蓋板封閉。

4)為了確保機組安全，對廠房頂拱部位1～4號機組段滲水集中區(qū)域密集布置3～5 m排水孔，1 m×1 m梅花型布置，并利用集水管引至吊車梁排水溝。

5)對原頂拱縱、橫向集水管(Φ50 HDPE單壁雙波紋管,間距4.5 m，共37排)進行全面檢查，主要檢查原頂拱斷面排水孔埋設的排水支管(Φ50 PVC管)與集水管的連接部位(Φ50 PVC三通管各管口)是否存在脫落、破損及滲水情況，并進行加固處理，如損壞則進行更換。

4.3.2 吊頂兩側排水溝防滲處理

1)對鋼排水溝前緣進行加高，采用1 mm厚不銹鋼板加高20 cm。

2)對鋼排水溝低洼積水處底部開Φ56 mm圓形孔，開孔處下接Φ50 mm不銹鋼管做無縫焊接，管長20 cm，對應在下方豎向壓型鋼板頂部開80 mm×80 mm方型孔，然后利用Φ50單壁波紋管直接引至吊車梁排水溝。

3)對排水溝鋼板采用速凝橡膠瀝青防水涂料進行全面噴涂。

4)對排水溝鋼板滿鋪、滿粘防水卷材。

4.3.3 吊車梁部位防滲處理

1)對吊車梁排水溝外側邊墻與壓型鋼板結合部位采用防水砂漿封堵、找平處理。

2)對排水溝邊墻及其與鋼板結合部位先用聚硫密封膏對縫面封閉處理，然后采用速凝橡膠瀝青防水涂料進行噴涂。

5 結 語

通過排查水布埡水電站地下廠房出現(xiàn)滲水的原因，從廠房外圍山體及邊坡排水、廠內(nèi)外排水系統(tǒng)設計、排水系統(tǒng)維護等三個方面分析，圍繞廠房外部山體“主動防滲”和廠房排水系統(tǒng)“被動防滲”相結合的思路，有針對性提出并成功實施滲水處理措施。

對水布埡地下廠房實施綜合防水處理后，通過主汛期強降雨期間的巡視檢查發(fā)現(xiàn)，原廠房頂拱、山體側墻部位新增滲水點明顯減少，經(jīng)維護加固處理后的排水系統(tǒng)運行情況良好；廠外一層排水洞(廠房頂拱上部)、廠外二層排水洞(廠房吊車梁高程)滲流量測值與降雨量正相關，對比滲水處理前后，主汛期強降雨期間兩層廠外排水洞滲流量減小0.1～0.15 L/s(約占總滲水量的20%)；廠房滲漏集水井3臺水泵月累計運行時長有一定程度減小。

綜上所述，水布埡水電站地下廠房經(jīng)“主被動聯(lián)合防滲”處理后，原滲水問題得到有效解決，對同類工程的防滲處理具有一定的借鑒意義。