黃南水庫工程導(dǎo)流洞封堵體漏水原因及處理

何繼義，余睿華

(1.浙江省松陽縣水利局,浙江 松陽 323400;2.浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002)

黃南水庫工程是一座以供水、灌溉、防洪為主，兼顧發(fā)電、改善水生態(tài)環(huán)境等綜合利用的水利工程。工程為Ⅲ等工程，攔河壩為2級(jí)建筑物[1]。水庫總庫容為9.196×107m3，水庫正常蓄水位為329 m，兩電站裝機(jī)容量分別為10，6.4 MW。工程在左岸共布置1條導(dǎo)流隧洞(圖1)，全長(zhǎng)約750 m，其進(jìn)口底板高程為249.5 m，出口底板高程為245 m，底坡約為0.60%，過水?dāng)嗝鏋? m×7 m(B×H)的城門洞型。

圖1 施工導(dǎo)流布置圖

1 工程導(dǎo)流洞封堵體設(shè)計(jì)及施工技術(shù)要求

1.1 工程導(dǎo)流洞封堵體設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞封堵段位于導(dǎo)流隧洞樁號(hào)(導(dǎo)0+333～導(dǎo)0+357，主要為Ⅱ類圍巖段，一次支護(hù)分別按照Ⅱ類圍巖支護(hù)要求進(jìn)行)，封堵體采用瓶塞式堵頭，全長(zhǎng)為24 m，先在導(dǎo)流洞進(jìn)口下閘。下閘后，封堵體分二期進(jìn)行封堵，先進(jìn)行一期封堵混凝土(導(dǎo)0+333～導(dǎo)0+341)施工，而后進(jìn)行一期回填灌漿；再進(jìn)行二期封堵混凝土(導(dǎo)0+341～導(dǎo)0+357)施工，之后進(jìn)行回填灌漿、固結(jié)灌漿(圖2)。應(yīng)按照先回填灌漿后固結(jié)灌漿的順序處理，要求回填灌漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上且混凝土封堵體內(nèi)部溫度宜低于22 ℃后再進(jìn)行固結(jié)灌漿及接縫灌漿(接縫灌漿利用固結(jié)灌漿孔進(jìn)行)[2]。永久封堵混凝土回填后應(yīng)對(duì)頂拱120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿采用微膨脹水泥，灌漿壓力為0.3 MPa。進(jìn)漿管φ25伸入原圍巖50 mm，鉆孔φ38打入原圍巖100 mm，排距2 m。永久封堵段固結(jié)灌漿孔深入圍巖4 m，灌漿壓力1 MPa?；靥罟酀{前，為防止?jié){液從封堵進(jìn)出口處滲出，必須對(duì)封堵進(jìn)出口處上方進(jìn)行堵實(shí)。預(yù)埋灌漿管外露長(zhǎng)度應(yīng)大于20 cm，為防止污物進(jìn)入管內(nèi)，所有管口均須加水泥紙袋密封。

圖2 導(dǎo)流洞封堵段

1.2 工程導(dǎo)流洞封堵體施工技術(shù)要求

1.2.1 封堵程序

(1) 做好封堵前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)口封堵閘門、臨時(shí)啟閉設(shè)備及撤離路線進(jìn)行檢查。

(2) 在天氣預(yù)報(bào)近期無洪水時(shí)，8月份擇機(jī)進(jìn)行導(dǎo)流洞下閘封堵，導(dǎo)流洞下閘封堵前必須完成庫區(qū)內(nèi)的征地、移民搬遷安置及庫底清理工作。

(3) 導(dǎo)流洞進(jìn)口臨時(shí)閘門下閘。

(4) 導(dǎo)流洞封堵體施工。

1.2.2 封堵技術(shù)要求

(1) 封堵段在開始施工前，必須首先徹底清除封堵段導(dǎo)流洞洞周松動(dòng)巖石和全部噴混凝土，以及底板混凝土、浮渣、松動(dòng)巖石、污物等，而后澆筑封堵段混凝土，確保封堵體混凝土與完整的新鮮巖石結(jié)合[3]。

(2) 二期封堵混凝土澆筑之前，已澆筑混凝土表面需進(jìn)行鑿毛處理。

(3) 導(dǎo)流洞洞頂混凝土回填的難度較大，也是封堵回填混凝土的關(guān)鍵部位。洞頂混凝土回填前，必須設(shè)置排氣管系統(tǒng)澆筑混凝土，同時(shí)在孔頂設(shè)置回填灌漿管道系統(tǒng)，各種灌漿管道要確保暢通。

(4) 封堵體根據(jù)浙江省導(dǎo)流洞封堵的成功經(jīng)驗(yàn)，一般導(dǎo)流洞封堵段在山洞內(nèi)，溫度較低，應(yīng)盡量降低混凝土出機(jī)口溫度[4]。封堵體盡量選擇低溫時(shí)段澆筑，應(yīng)根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》(SL677—2014)等相關(guān)規(guī)程規(guī)范做好溫度監(jiān)測(cè)，同時(shí)采取有效溫控措施，必要時(shí)應(yīng)采取預(yù)冷骨料、冰水?dāng)嚢杌炷良奥裨O(shè)冷卻水管等措施，以防止混凝土開裂[5]。在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，盡量減少單位水泥用量，采用發(fā)熱量低的水泥，摻用粉煤灰等摻合劑，摻加外加劑等方法，待混凝土初凝后，噴灑水霧，濕潤養(yǎng)護(hù)[6]。

2 工程二期封堵體漏水問題

2020年8月6日施工單位開始下閘封堵，并于2020年9月15日前完成了導(dǎo)流洞封堵體混凝土的施工。2020年9月21日監(jiān)理單位反饋導(dǎo)流洞二期封堵體的回填灌漿孔及封堵體頂拱與圍巖交界面出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。隨著庫水位的不斷上升，且上游庫水位已達(dá)到混凝土堵頭的頂部高程，堵頭頂部回填灌漿孔的漏水量逐漸加大，如不能在較短的時(shí)間內(nèi)及時(shí)采取有效措施封堵處理好堵頭頂部的滲漏水，勢(shì)必影響水庫的正常蓄水和堵頭的安全。

3 封堵體漏水原因分析

通過設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場(chǎng)查看、對(duì)照?qǐng)D紙、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)交底記錄及施工單位施工、總包單位反饋意見，總結(jié)原因如下：

(1) 堵頭最上游一側(cè)的混凝土模板頂部在立模時(shí)就存在局部不密封的情況，回填灌漿時(shí)漿液始終沿此不密封的通道往外漏。

(2) 堵頭上游側(cè)的模板在立模時(shí)可能剛度不夠，堵頭混凝土施工時(shí)，在混凝土的重力作用下產(chǎn)生一定的往外傾覆變形，從而導(dǎo)致模板頂部出現(xiàn)空隙通道，致使回填灌漿漿液沿此通道往外漏。

(3) 封堵期間正值汛期，隨著庫水位的不斷上升，堵頭漏水量和涌水壓力越來越大。而且，導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門有可能已經(jīng)發(fā)生漏水并失去擋水作用，因此，必須盡快采取措施對(duì)堵頭漏水進(jìn)行封堵。

(4) 封堵段在開始施工前，施工單位未徹底清除封堵段導(dǎo)流洞洞周松動(dòng)巖石和一期的噴混凝土，以及底板混凝土、浮渣、松動(dòng)巖石、污物等，造成封堵體混凝土與巖石未形成良好的結(jié)合。

(5) 施工單位在封堵體混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后未及時(shí)進(jìn)行回填灌漿。

(6) 總承包單位、施工單位在施工階段，對(duì)于堵頭的施工認(rèn)識(shí)不足、重視不夠，施工質(zhì)量控制力度不強(qiáng)，未嚴(yán)格按照施工圖及設(shè)計(jì)交底內(nèi)容進(jìn)行施工。

4 解決封堵體漏水措施

4.1 方案的比選

經(jīng)上述原因分析，不管是何種原因，最根本的原因是堵頭上游面頂部混凝土與導(dǎo)流洞洞壁之間肯定存在較大的未封閉空間，以致回填灌漿時(shí)，漿液始終存在往外滲漏的連通通道，才導(dǎo)致回填始終灌漿灌不滿及隨后的管口大量涌水的現(xiàn)象。為確保安全，結(jié)合實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了多種方案的比選和研究：

方案1采用水泥漿液摻加速凝劑進(jìn)行灌漿封堵。

方案2采用化學(xué)灌漿材料(如聚氨酯、水玻璃類)進(jìn)行封堵。

方案3采用水泥模袋灌漿法進(jìn)行封堵。

方案4采用灌注穩(wěn)定漿液或膏狀漿液進(jìn)行封堵。

經(jīng)方案討論和比選，考慮到時(shí)間的緊迫性以及結(jié)合以往類似工程的經(jīng)驗(yàn)，決定先對(duì)堵頭頂部的涌水孔采用化學(xué)灌漿封堵，再采取其他措施對(duì)堵頭進(jìn)行加固[7]。實(shí)踐表明，經(jīng)過實(shí)施化學(xué)灌漿封堵后，堵頭漏水得到有效控制，確保了水庫的正常蓄水運(yùn)行和堵頭后續(xù)工程的順利實(shí)施[8]。

4.2 化學(xué)灌漿封堵處理方案

4.2.1 化學(xué)灌漿材料的選擇

根據(jù)施工單位以往施工經(jīng)驗(yàn)以及當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場(chǎng)市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，最后化學(xué)灌漿材料選用了DH-814型水溶性聚氨酯快速堵漏膠。據(jù)了解，該材料為單液型水溶性灌漿材料，黏度低，可灌性好，可在潮濕和涌水情況下灌漿，起到快速止漏的效果；同時(shí)固結(jié)體為彈性體，具有遇水膨脹的性能，從而使封堵更可靠，最重要的是該材料無毒，對(duì)水質(zhì)無污染。材料基本性能指標(biāo)見表1。

表1 DH-814型水溶性聚氨酯材料性能表

4.2.2 化學(xué)灌漿封堵施工程序

為保證化學(xué)灌漿封堵質(zhì)量，保障堵頭漏水封堵實(shí)施效果，需做好相關(guān)施工前期準(zhǔn)備工作以及各個(gè)環(huán)節(jié)的施工程序(圖3)。

(1) 前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

① 人員：所有施工人員應(yīng)事先進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)，熟悉掌握化學(xué)灌漿專用設(shè)備的操作流程。

② 材料：采購的化學(xué)灌漿材料需在廠家技術(shù)人員指導(dǎo)下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配比試驗(yàn)，熟悉材料的相關(guān)性能以及相關(guān)注意事項(xiàng)。

③ 施工方案：施工前應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)、廠家提出的相關(guān)目標(biāo)及注意事項(xiàng)，制定詳細(xì)的施工技術(shù)方案，包括施工流程、施工工藝、施工注意事項(xiàng)以及特殊情況的應(yīng)急處理等，且方案實(shí)施前必須進(jìn)行施工技術(shù)交底。

(2) 施工階段

① 灌漿開始前：先用丙酮對(duì)灌漿設(shè)備及管路進(jìn)行疏通，將水排出。

② 施工順序：按照由下游向上游逐步推進(jìn)的原則施工。

③ 施工原則：以確保封堵不漏水為最終目標(biāo)，實(shí)施過程中要加強(qiáng)觀測(cè)和隨機(jī)應(yīng)變，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際漏水變化情況應(yīng)隨時(shí)調(diào)整封堵位置或灌漿工藝，確保封堵成功。

④ 效果檢查：堵頭漏水封堵處理結(jié)束后，為檢查封堵處理效果，對(duì)堵頭進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)檢查。

4.2.3 封堵后實(shí)際效果

實(shí)際封堵過程是丙酮對(duì)灌漿設(shè)備及管路疏通后，由封堵體下游位置開始灌漿，該位置離上游端距離最遠(yuǎn)，漏水量較少，故灌漿量也相對(duì)較?。浑S后逐步向上游推進(jìn)，灌漿量也逐漸增大，在靠近最上游位置，其處理是本次漏水封堵的重點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，該位置漏水情況最復(fù)雜，漏水的通道分支較多，情況比較復(fù)雜。該位置一開始灌注情況較為正常，但隨著灌注一段時(shí)間后，就發(fā)現(xiàn)堵頭底部排水管出現(xiàn)少量乳白色渾水現(xiàn)象，經(jīng)分析，可能為所灌聚氨酯漿材未及時(shí)凝膠而被水流帶出所致。針對(duì)這一情況，項(xiàng)目組馬上進(jìn)行了會(huì)議討論，決定采取兩項(xiàng)措施對(duì)封堵灌漿方法進(jìn)行調(diào)整和控制：

(1) 調(diào)整化學(xué)灌漿材料配比，在廠家的指導(dǎo)下，調(diào)整化學(xué)灌漿材料的配比，從而縮短漿液遇水反應(yīng)的凝膠時(shí)間。

(2) 調(diào)整和控制灌漿壓力，在保證封堵灌漿壓力略大于漏水水頭壓力的前提下，嚴(yán)格控制灌漿壓力，防止因灌漿壓力過大而將漿液推向堵頭外。經(jīng)過多次嘗試，最終尋找到較為合理的灌漿壓力控制點(diǎn)。通過調(diào)整漿液配比和控壓方式后繼續(xù)灌注，灌注效果明顯，最終將漏水完全堵住。

堵頭漏水封堵處理結(jié)束后，為檢查封堵處理效果，對(duì)堵頭進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)檢查。壓水試驗(yàn)表明：在1 MPa壓力下，檢查孔漏水率在0～2 L/min。結(jié)果表明，堵頭經(jīng)封堵處理后已基本不漏水。同時(shí)，該水庫目前已于2020年8月6日正式下閘蓄水，截至目前，水庫各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)均表明，水庫運(yùn)行正常。經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)查看，堵頭漏水口均處于干燥狀態(tài)，表明封堵處理效果良好。

圖3 化學(xué)灌漿封堵施工程序

5 結(jié) 論

通常，水庫樞紐工程的導(dǎo)流隧洞在水庫下閘蓄水后，一般會(huì)采取在壩軸線附近的洞段澆筑一段混凝土封堵體對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)行封堵。導(dǎo)流洞封堵體作為大壩擋水的重要封堵建筑物，其重要性不言而喻。但由于種種原因，導(dǎo)流洞封堵體出現(xiàn)漏水的情況不在少數(shù)，而一旦堵頭出現(xiàn)漏水，處理起來較為麻煩，甚至影響正常蓄水運(yùn)行。為避免今后設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)類似情況，建議：

(1) 導(dǎo)流洞下閘后須重視封堵體混凝土的施工，在加快施工進(jìn)度的同時(shí)，一定要確保施工質(zhì)量。

(2) 由于模板頂部與導(dǎo)流洞洞壁之間很難完全封閉，為避免和減少封堵體漏水現(xiàn)象的發(fā)生，可在封堵體混凝土施工時(shí)，采取一些簡(jiǎn)單易行的工程措施。如先在封堵體上游面澆筑一道混凝土擋墻替代封堵體混凝土上游側(cè)模板，同時(shí)注意檢查此擋墻頂部與導(dǎo)流洞洞壁之間是否封填密實(shí)。落實(shí)以上這些措施，既可以確保封堵體混凝土回填灌漿的順利實(shí)施，又可以避免堵頭發(fā)生類似上述漏水現(xiàn)象。

(3) 本次堵頭漏水的封堵成功，是化學(xué)灌漿在防滲堵漏事故中應(yīng)用的又一成功案例，其經(jīng)驗(yàn)可為類似工程借鑒。