貓溪溝水庫(kù)工程導(dǎo)流洞封堵設(shè)計(jì)與施工探究

司禮山

（遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 遵義 563100）

0 引言

貓溪溝水庫(kù)項(xiàng)目位于貴州省正安縣鳳儀鎮(zhèn)境內(nèi)，芙蓉河一級(jí)支流下游的田家坡河段，大壩距正安縣城中心城區(qū)有五公里，距遵義市中心城區(qū)大約150 km。由于城市及經(jīng)開(kāi)區(qū)域水資源分布不協(xié)調(diào)，而且有關(guān)地區(qū)供水水源工程存在滯后現(xiàn)象，工程出現(xiàn)嚴(yán)重的缺水問(wèn)題。根據(jù)《正安縣城安場(chǎng)城區(qū)及經(jīng)開(kāi)區(qū)供水配置方案》，規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)狀水源在滿足灌溉農(nóng)田用水的情況下只能向安場(chǎng)城區(qū)供水1.00 萬(wàn)m3/d。因正安縣城安場(chǎng)城區(qū)城市規(guī)模的發(fā)展和經(jīng)開(kāi)區(qū)內(nèi)各工業(yè)園區(qū)的相繼建設(shè)，根據(jù)需水預(yù)測(cè)分析可知，隨著正安縣城安場(chǎng)城區(qū)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、城市人口的迅速增加及經(jīng)開(kāi)區(qū)大量企業(yè)的相繼建成，城市用水及工業(yè)用水將急劇增加，若不修建新的供水水源工程，水將成為制約安場(chǎng)城區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸，缺水將嚴(yán)重影響該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定［1]。因此，貓溪溝水庫(kù)工程的建設(shè)是非常必要的，亦是十分迫切的。

1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)流方式

1.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇

貓溪溝水庫(kù)為小型水庫(kù)，設(shè)計(jì)最高的壩高為44.5 m，工程等別為Ⅳ等，大壩、溢洪道等主要建筑為4 級(jí)建筑。按照《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303－2017）可知，導(dǎo)流建筑物為5 級(jí)建筑物，導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為5 a 一遇（P=20%），水庫(kù)大壩施工導(dǎo)流期為枯季11月～次年4月，相應(yīng)5 a 一遇（P=20%）洪峰流量Q=68.7 m3/s。

1.2 導(dǎo)流方式

水庫(kù)壩址河床平均比降約6.87‰，枯水期河水面寬19 m～22 m，河水深2.3 m～4 m。本工程采用全段圍堰擋水+隧洞過(guò)本水庫(kù)大壩為堆石混凝土重力壩，結(jié)合壩址地形及河水的導(dǎo)流方式。

2 導(dǎo)流洞封堵工程設(shè)計(jì)

2.1 進(jìn)口封堵疊梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)流隧洞為城門(mén)洞型，隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵閘槽凈寬為4.0 m，凈高為6.0 m，進(jìn)口底板高程為537.00 m，頂部高程543.00 m，水庫(kù)死水位556.00 m，正常蓄水位569.00 m，正常庫(kù)容857 萬(wàn)m3，死庫(kù)容為241 萬(wàn)m3。

貓溪溝水庫(kù)計(jì)劃從2020年4月初開(kāi)始下閘蓄水，蓄水期下泄生態(tài)流量按0.367 m3/s。結(jié)合下閘蓄水計(jì)劃安排及蓄水保證率計(jì)算，蓄水設(shè)計(jì)保證率取75%，蓄水流量按P=75%各月平均流量計(jì)。經(jīng)計(jì)算，約13 d 可蓄到死水位，約39 d 可蓄到正常蓄水位。參照類似工程下閘封堵及堵頭澆筑的施工工期，擬定貓溪溝水庫(kù)導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵疊梁下閘安裝以及閉氣混凝土澆筑在6 h 內(nèi)完成，永久堵頭封堵混凝土澆筑在10 d 內(nèi)完成，混凝土澆筑完畢約7 d 后，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，再進(jìn)行頂部回填灌漿。

經(jīng)水文計(jì)算，蓄水設(shè)計(jì)保證率取75%，4月份前10 d 水庫(kù)可蓄水至高程554.13 m。經(jīng)本工程的現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)條件和綜合分析，為了保證安全，封堵疊梁荷載計(jì)算時(shí)按死水位556.00 m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭19 m。

導(dǎo)流隧洞進(jìn)口封堵設(shè)雙排疊梁封堵，疊梁間距1.0 m，單根疊梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)為4.6 m，寬0.35 m，高0.5 m，凈跨4.0 m，雙排疊梁下閘后采用水下C20 速凝混凝土閉氣。

2.2 永久堵頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)流隧洞洞身段封堵采用C20 混凝土澆筑，結(jié)合導(dǎo)流隧洞開(kāi)挖揭露地質(zhì)條件，導(dǎo)流隧洞永久堵頭布置在導(dǎo)流隧洞中部（樁號(hào)：導(dǎo)0+097.00～導(dǎo)0+112.00），長(zhǎng)15.0 m，與大壩帷幕灌漿相接，使之形成完整的防滲體系。堵頭段洞身頂拱預(yù)埋回填灌漿管，用于封堵段頂拱回填灌漿。

2.2.1 設(shè)計(jì)原則與假定

（1）本工程導(dǎo)流隧洞在大壩建成后進(jìn)行永久封堵，堵頭設(shè)在導(dǎo)流隧洞中部右壩肩壩軸線位置。堵頭長(zhǎng)度15.0 m，堵頭中部底板高程536.23 m。

（2）堵頭混凝土與洞身結(jié)觸面的有效面積系數(shù)λ，有效接觸面只考慮隧洞的底板和側(cè)墻，λ＝0.7。

（3）堵頭抗剪斷穩(wěn)定安全系數(shù)K：設(shè)計(jì)工況取3.0，校核工況取2.5。

（4）抗剪斷穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，假定堵頭混凝土為剛體，堵頭擋水后，水壓力均勻傳遞到堵頭與周邊混凝土結(jié)構(gòu)的接觸面上。

2.2.2 穩(wěn)定復(fù)核

（1）堵頭抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算。堵頭混凝土橫截面積為25.32 m2，按此斷面根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》P775 的抗剪斷公式分別驗(yàn)算設(shè)計(jì)堵頭的抗滑穩(wěn)定情況。計(jì)算公式：

式中：L為堵頭長(zhǎng)度，m；K為安全系數(shù)：設(shè)計(jì)工況K≥3.0，校核工況K≥2.5；P為水平壓力，t；A為堵頭橫截面面積，m2；γ 為混凝土容重，t/m3；f'為堵頭混凝土與襯砌混凝土的摩擦系數(shù)；S為封堵堵頭周邊接觸面長(zhǎng)度，m；λ 為有效面積系數(shù)；C'為凝聚力，MPa。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)基本參數(shù)和計(jì)算公式［2]，經(jīng)計(jì)算，導(dǎo)流隧洞封堵堵頭穩(wěn)定復(fù)核成果見(jiàn)表1。

表1 封堵堵頭穩(wěn)定復(fù)核成果表

由表1 可知，導(dǎo)流隧洞封堵堵頭抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。導(dǎo)流隧洞封堵前須對(duì)堵頭段的底板混凝土進(jìn)行鑿毛處理，側(cè)墻和頂拱噴砼進(jìn)行清除及高壓沖洗，封堵后須作好堵頭頂拱的回填灌漿。

（2） 堵頭長(zhǎng)度復(fù)核。根據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 279-2016）對(duì)封堵體的設(shè)計(jì)要求，堵體長(zhǎng)度：

式中：L為堵頭長(zhǎng)度，m；P為封堵體迎水面承受的總水平壓力，MN；［τ]為容許剪切應(yīng)力，取0.2 MPa；A為封堵體剪切面周長(zhǎng)（本復(fù)核只考慮底邊長(zhǎng)度及側(cè)墻的高度），m。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)基本參數(shù)和上式計(jì)算出堵頭所需的長(zhǎng)度見(jiàn)表2。

表2 封堵堵頭長(zhǎng)度復(fù)核成果表

由表2 可知，隧洞永久堵頭最大長(zhǎng)度只需3.29 m，結(jié)合本工程的規(guī)模、等別及重要性，導(dǎo)流隧洞實(shí)際封堵堵頭長(zhǎng)15.0 m，堵頭長(zhǎng)度滿足要求。

3 導(dǎo)流洞封堵工程的施工

3.1 導(dǎo)流洞封堵工程施工要求

導(dǎo)流隧洞洞身段堵頭混凝土澆筑嚴(yán)格按相關(guān)施工規(guī)范施工，封堵前先對(duì)導(dǎo)流隧洞堵頭段的底板混凝土進(jìn)行鑿毛處理，側(cè)墻和頂拱噴砼進(jìn)行清除，并預(yù)先埋設(shè)回填灌漿管［3]。永久封堵前先進(jìn)行進(jìn)口臨時(shí)封堵疊梁下閘及閉氣混凝土澆筑，隨后進(jìn)行導(dǎo)流隧洞中部封堵段（長(zhǎng)15.0 m）混凝土澆筑，堵體澆筑完畢后再進(jìn)行回填灌漿施工。

3.2 導(dǎo)流洞封堵施工措施

導(dǎo)流隧洞的永久封堵堵頭設(shè)在導(dǎo)流隧洞中部壩軸線處（樁號(hào)：導(dǎo)0+097.00～導(dǎo)0+112.00），與大壩防滲帷幕線相接。進(jìn)口臨時(shí)封堵疊梁下閘封堵后，再進(jìn)行封堵段（長(zhǎng)15.0 m）混凝土澆筑。堵頭混凝土澆筑完畢后進(jìn)行堵頭段頂部的回填灌漿施工。洞內(nèi)混凝土澆筑施工期間須做好照明及通風(fēng)工作，安裝專用照明線路及通風(fēng)設(shè)備，確保施工安全。

導(dǎo)流隧洞封堵時(shí)，汽車(chē)吊或挖掘機(jī)配合人工就位在進(jìn)口的預(yù)留臨時(shí)封堵門(mén)槽中安裝預(yù)制C25 鋼筋混凝土疊梁。疊梁閘門(mén)制作時(shí)在疊梁兩端預(yù)埋Φ50PE 管，作為吊裝孔。安裝前，先在各疊梁門(mén)底部綁扎棉絮止水，然后再分層安裝，每層疊梁吊裝完成后，采用棉絮或木塞將吊孔堵塞。兩道疊梁閘門(mén)安裝完成后，利用混凝土罐車(chē)配合泵送混凝土入倉(cāng)澆筑兩道疊梁門(mén)之間C20 早強(qiáng)速凝閉氣混凝土，從出口觀察有無(wú)滲水情況后再進(jìn)入隧洞進(jìn)行封堵施工。

臨時(shí)封堵閘門(mén)施工通道為隧洞進(jìn)口下游側(cè)的臨時(shí)施工道路，封堵時(shí)段為4月上旬，經(jīng)計(jì)算，水庫(kù)蓄水至該臨時(shí)施工道路約需11 h，能夠滿足臨時(shí)封堵閘門(mén)施工期間人員及設(shè)備撤離要求。

封堵堵頭混凝土澆筑前，須對(duì)堵頭段的底板混凝土進(jìn)行鑿毛處理，側(cè)墻和頂拱噴砼進(jìn)行清除及高壓沖洗，安排在4月上旬，即導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時(shí)封堵段施工完成后進(jìn)行。鑿毛可以通過(guò)使用高壓水沖洗機(jī)、沙槍或手動(dòng)鑿來(lái)進(jìn)行導(dǎo)流洞封堵施工工作。為了確保鑿毛的功能性，在對(duì)砼進(jìn)行澆筑之前應(yīng)當(dāng)清潔鑿毛部分或用水沖洗，以清理浮動(dòng)漿料和殘留物［4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著正安縣城安場(chǎng)城區(qū)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、城市人口的迅速增加及經(jīng)開(kāi)區(qū)大量企業(yè)的相繼建成，城市用水及工業(yè)用水將急劇增加，若不及時(shí)開(kāi)展導(dǎo)流洞封堵工作，水將成為制約安場(chǎng)城區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸，缺水將嚴(yán)重影響該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。因此，貓溪溝水庫(kù)工程的建設(shè)是非常必要的，對(duì)于導(dǎo)流洞封堵的設(shè)計(jì)與施工是十分迫切的。