黄金坪电站泄洪(兼导流)洞工程围堰设计与施工

黄金坪电站泄洪(兼导流)洞工程围堰设计与施工

范洋吉

（中国水利水电第九工程局有限公司  贵州  贵阳  510000）

摘要：本文以黄金坪水电站泄洪(兼导流)洞工程围堰设计为工程实例，详细阐述了预留土坎（岩坎）围堰在地下洞室开挖施工中的应用，对预留土坎（岩坎）围堰的设计与施工及注意事项进行了详细分析，指出预留土坎（岩坎）围堰技术是一种快速、安全、经济可行的施工技术，对以后类似工程的施工有一定的借鉴意义。

关键词：黄金坪水电站；泄洪（兼导流）洞工程；围堰设计与施工

0 工程概述

黄金坪水电站处于大渡河上游河段，系大渡河干流水电规划“三库22级”的第11级电站，上接长河坝电站，下游为泸定电站，坝址位于四川省甘孜藏族自治州康定县姑咱镇黄金坪上游约3km处。坝址控制流域面积56942km2，多年平均流量847m3/s。水库正常蓄水位为1476.00m，相应库容1.24亿m3。电站总装机容量850 MW（大800 MW、小50 MW），多年平均年发电量38.61亿kW•h。

黄金坪水电站是以发电为主的大（Ⅱ）型工程。枢纽建筑物主要由沥青混凝土心墙堆石坝、1条岸边溢洪道、1条泄洪洞、坝后小电站厂房和主体引水发电建筑物等组成。大坝为沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程1481.50m，最大坝高95.5m。

泄洪洞布置在左岸，位于引水隧洞和溢洪道之间，由进水口、有压段、工作闸门室、无压段、出口、闸室交通洞和补气洞等组成，在截流后第二年（2012年）汛期参与导流。进口底板顶高程1420.00m，进水口塔顶高程1481.50m，塔高66.50m，出口底高程1406.96m；洞身段总长688.43m，有压段纵坡约为2.16%，圆形断面，洞径13.50m，钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度1.00~1.50m；无压段纵坡约为2.31%，城门洞型断面，断面尺寸13.00m×16.00m（宽×高），钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度1.00~1.50m。

1工程地质与水文条件

（1）工程地质

泄洪洞区基岩地层岩性主要为晋宁～澄江期斜长花岗岩（γ02(4)），局部穿插有辉绿玢岩岩脉，岩石致密坚硬，浅表层多弱风化，据HPD05、HPD01、HPD06平硐揭示，沿线岩体强卸荷水平深度一般50～65m左右。覆盖层主要分布在泄洪洞进口上游、出口下游的地基及边坡地带。勘探揭示，引水渠上游、消力池下游等地段覆盖层深厚，成因复杂，根据其物质组成、成层结构，从下至上由老至新分为5层：

①层：漂（块）卵（碎）砾石夹砂土（fglQ3），主要分布在泄洪洞引水渠、出水渠底部及消力池地段，厚度25～70m左右，顶面埋深10～50m左右，成分以花岗岩、闪长岩为主，少量砂岩、灰岩。据钻孔资料，漂（块）石粒径以300～200mm为主，部分粒径达500mm以上，漂（块）石平均含量约占15%左右；卵（碎）石粒径以120～60mm为主，次为180～150mm，共约占25～30%；砾石粒径以50～20mm为主，次为20～5mm，共约占30～40%；粗颗粒基本构成骨架，充填灰～灰黄色含泥中细砂或中粗砂，占10～15％，局部具架空结构。该层具强透水性，局部中等透水。

②层：漂（块）砂卵（碎）砾石层（alQ41），主要分布在泄洪洞引水渠、出水渠部位，厚度20～25m左右，顶面埋深5～30m左右。在该层中部及顶部有砂层透镜体分布。成分以花岗岩、闪长岩为主，少量砂岩、灰岩。据钻孔资料，漂（块）石部分粒径达500mm以上，>200mm漂（块）石含量为7.00%～35.00%之间，平均含量为18.70%，200～60mm卵（碎）石平均含量为28.75%，60～2mm砾石含量为43.00%～32.00%之间，平均含量为37.65%，2～0.075mm砂含量为20.40%～7.50%之间，平均含量为13.98%，<0.075mm细粒含量为1.60%～0.50%之间，平均含量为0.92%，<5mm颗粒粒径含量为28.00％～12.00％之间，平均为20.61%。该层粗颗粒基本构成骨架，局部有架空现象，具强透水性，局部中等透水。

③层：漂（块）砂卵砾石层（alQ42），分布在泄洪洞引水渠、出水渠地段，厚度15m～30m左右，该层中部及顶部有砂层透镜体分布。成分以花岗岩、闪长岩为主，少量砂岩、灰岩。据勘探资料，在颗粒级配组成中，部分漂（块）石粒径达500mm以上，>200mm漂（块）石含量为6.00%～54.00%，平均含量为26.34%，200～60mm卵石含量平均为23.16%，60～2mm砾石含量平均为38.42%，2～0.075mm砂含量平均为11.51%，<0.075 mm细粒含量为0.20%～1.50%，平均为0.57%，<5 mm粒径颗粒含量为7.00%～29.00%，平均为18.26%。该层粗颗粒基本构成骨架，局部有架空现象，具强透水性，局部中等透水。

④层：漂（块）卵（碎）砾石土（pl+sefQ41），分布在泄洪洞引水渠段，堆积厚度下厚上薄，一般15m左右。主要由花岗岩、石英闪长岩等构成，无分选，沟口堆积体中，>200mm漂（块）石含量为19.59%左右，200～60mm碎石含量为27.45%， <60 mm颗粒含量为52.99%，其中无粘粒含量。具架空结构，强透水性。

⑤层：块碎石土（col+dlQ4），主要分布在泄洪洞引水渠、出水渠、消力池等后坡地带。块碎石成份主要由近源花岗岩、石英闪长岩等构成，无分选，多呈棱角状，具架空结构，强透水性。

（2）水文条件

1）黄金坪电站设计洪水

黄金坪电站设计洪水成果参见下表

表1   黄金坪电站设计洪水成果表

2）分期洪水

根据黄金坪电站1952～2006年分期洪水系列，分别对各时段分期洪水作频率计算，6～9月采用设计洪水计算成果，分期洪水的使用期与分期相同。黄金坪电站分期设计洪水成果见下表。

表2   黄金坪电站分期洪水频率计算成果表

3）水位流量关系

各泄水建筑物的泄流能力及水位流量关系如下图

图1   各泄水建筑物的泄流能力及水位流量关系图

坝轴线断面水位流量关系曲线（天然情况下）如下图

图2   坝轴线断面水位流量关系曲线（天然情况下）图

2导流标准

根据招标文件要求及《水电工程施工组织设计规范》（DL/T 5397-2007）规定，结合施工进度进度安排，泄洪洞进口施工期导流标准采用全年10年重现期洪水，相应流量为4710 m3/h；出口施工期导流标准采用枯期（11月至次年4月）10年重现期洪水。相应流量为981m3/h。

3导流方案

根据本工程布置情况及本标施工安排，泄洪洞进出口施工均采用预留土埂挡水，原河床过流方式。

4导流程序

根据本工程施工进度安排,施工导流程序安排如下：

（1）泄洪洞进口施工导流程序

2010年5月1日～2010年6月20日，利用原河床过流，进行进口预留土埂（围堰）及堰基的闭气工作。

2010年6月21日～2010年10月，利用原河床过流，进行泄洪洞进口EL1510m高程以上部分的开挖、支护施工；

2010年11月3日～2011年5月31日，利用原河床过流，进行泄洪洞进口EL1510m高程以下部分的开挖、支护施工； 并在开挖过程中预留挡水土埂。

2011年6月1日～2011年12月17日，利用原河床过流，在预留土埂的保护下进行泄洪洞进口混凝土施工；

2011年12月18日～2012年1月31日，拆除预留土埂，

2012年2月1日～2012年3月16日，进行引渠混凝土施工。

（2）泄洪洞出口施工导流程序如下：

2010年5月～2011年9月，利用原河床过流，进行泄洪洞出口EL1418m高程以上部分的开挖、支护施工；并在2010年6月15日前完成泄0+930.43～泄1+048.81段EL1418.0以上部分的开挖；

2011年8月1日～2011年9月30日，利用原河床过流，进行预留土埂及堰基闭气；

2011年10月～2012年3月，利用原河床过流，在预留土埂（围堰）的保护下进行泄洪洞出口EL1418m高程以下部分的开挖及混凝土施工。

2012年4月拆除预留土埂，并进行帖坡混凝土施工。

5导流建筑物设计

1）泄洪洞进口围堰

根据现场条件及施工安排，泄洪洞进口采用预留土埂挡水，采用控制性灌浆防渗处理。具体布置参见下图。预留土埂顶宽42m，两侧边坡均为1：1.5，土石方量为47538m3，预留土埂及堰基控制行灌浆2264m（钻孔3616m）。

2）泄洪洞出口围堰

泄洪洞出口采用预留土埂挡水，采用控制性灌浆防渗处理。具体布置参见下图。预留土埂顶高程为1418.0m，内侧边坡为1：1.5，土石方量为34400m3，预留土埂及堰基控制行灌浆5562m。

6导流建筑物施工

1）概述

本标导流建筑物施工主要包括泄洪洞进出口围堰的土石方开挖及控制性灌浆施工，主要工程量如下：

预留土埂开挖：81938m3

控制性灌浆：7826m（不包括空钻1352 m）

2）控制性灌浆施工

控制性灌浆的布孔形式初步拟为单排孔，基本孔距为1m，分Ⅱ序孔进行钻、灌施工，具体施工参数以现场灌浆试验或监理工程师指定为准。

A、施工设备

造孔设备：采用SM3000型履带式潜孔钻机进行造孔；

灌浆设备：采用SGB6-10型灌浆泵结合砂浆泵进行灌浆；

灌浆记录：采用自动记录仪记录。

B、施工工艺及方法说明

围堰帷幕控制性灌浆采用自下而上全孔一次性灌浆工艺，先跟管钻进到位后下入灌浆尾管，然后拔出钻孔套管安装孔口管后开始全孔一次性灌浆直至结束，其施工工艺流程如下：

围堰帷幕控制性灌浆施工工艺流程：孔位放样→钻机就位、校正→跟管钻进→钻孔验收→灌浆管路安装→制浆→灌浆→终孔灌浆结束→封孔→质量检查。

C、钻孔

根据施工图纸进行现场放孔，钻机就位以后，利用地质罗盘进行校正，采用SM3000型潜孔钻机造孔，孔径Φ110mm，要求钻机就位准确，孔位偏差不得大于10cm；钻孔保持铅直。为防止垮孔，采用跟管钻进来提高成孔率。验孔后下入射浆管直至孔底，取出套管，套管全部拔出后安装孔口封闭器。为防止灌浆时孔口管周围冒浆而影响灌浆效果，采用纯水泥浆参入3%速凝剂对套管和孔口（壁）之间的缝隙进行封堵。

钻孔段次：拟采用全孔一次性造孔。

钻孔深度：符合图纸要求。

钻孔次序应与灌浆次序相一致，同次序孔可同时施工。相邻部位下一次序孔与上次序孔之间，在钻孔灌浆的间隔高差大于15m后方可开始钻孔。钻孔结束待灌前孔口均应妥善保护。

D、灌浆

围堰帷幕控制性灌浆采用“孔口封闭、孔底循环，全孔一次性”灌浆法。

为防止钻孔出现塌孔现象，灌浆前不作钻孔冲洗和简易压水试验，直接进行分序加密灌浆，灌浆孔同排分Ⅱ序施工，其施工顺序为Ⅰ序孔→Ⅱ序孔。

根据钻孔情况，对孔隙架空较大且渗漏流水速度较快的孔段拟采用“双液注浆法”进行灌注，双管同时伸入孔内随注入孔内的浆液面上升而往上提升。其中一根管注0.5:1的水泥浆,另一根管注水玻璃（水玻璃注入量为水泥用量的5%～10%），孔内采用自流的方式，注浆的同时在孔口直接加入细砂，直到浆液注到孔口为止； 对孔隙大而水流速度小的孔采用单管水泥浆在孔口加砂的注浆方式对空隙进行回填； 对孔隙不大而吸浆量偏大（大于30L/min）的地段，采用纯水泥浆加水玻璃（直接加在灌浆桶内）进行灌浆，水玻璃掺量为水泥浆水泥用量的3%～8%。

水灰比：灌浆水灰比拟采用0.8：1、0.5：1两个比级，开灌水灰比Ⅰ序孔拟为0.5：1，Ⅱ序孔拟为0.8：1。当长时间灌注而压力无明显改变时，两序孔均可直接采用0.5:1水灰比开灌，直到灌浆结束。灌浆水灰比最终以现场灌浆试验成果或监理工程师指示确定。

灌浆压力：一序孔暂定为0.10MPa，二序孔暂定为0.15MPa。具体灌浆压力以现场灌浆试验成果或监理工程师的指示确定。

灌浆应尽快达到设计压力，但注入率大时应分级升压，严禁低压灌浆高压结束。

灌浆时射浆管距被灌孔(段)孔底不大于0.5m。

E、特殊情况处理

①、灌浆段注入量大而难以结束时，采用复合浆液进行灌注，复合浆液的主要配料为水泥、水玻璃、粉状速凝剂、钙基膨润土及其他化学材料；并采用低压、浓浆、限量、限流、间歇灌浆。

②、在灌浆过程中出现被灌孔与正在钻进孔段串浆，则应采取停止钻孔，取钻后封堵，待灌浆完成后再进行该孔的扫孔钻进。

③、灌浆作业必须连续进行，若出现中断，宜按下列原则进行处理，并作记录。

•尽可能缩短中断时间，及早恢复灌浆，否则应立即冲洗钻孔，再恢复灌浆，如冲洗无效，则应扫孔重灌。

•恢复灌浆后，开始应使用中断前的水灰比，如吸浆量相似或略有减少，则应逐渐加浓浆液，直至灌浆结束。如吸浆量较中断前减少很多，且在很短时间内停止吸浆，则认为该灌浆段不合格，施工过程中遇此情况时，应立即上报监理，并对该灌浆段的地质和灌浆过程分析后再决定是否继续钻灌下一段，质量检查时该部位应布置检查孔。

④、对有涌水孔段的灌浆处理：

•灌浆前测定涌水压力和涌水量；

•缩短灌浆段长，加大灌浆压力；

•进行纯压式灌浆；

•浆液越级变浓或加速凝剂（水玻璃）；

•灌浆结束后屏浆时间不小于2h。

⑤、常见特殊情况处理

•施工中河床覆盖层如遇粉砂层，采用高压注浆泵注水泥浆将砂层切割冲破，再进行灌浆。

•钻孔过程中，如遇大块石和大孤石，做好详细记录，当地层孔隙大，漏水严重时，在灌浆前，先回填砾石、砂、粘土并灌掺入速凝剂的水泥砂浆，再反复灌浆，直至达到结束标准。

•如遇孔隙架空层、渗漏流水的流量及流速均较大，且采用常规的灌浆施工工艺长时间灌注无法正常结束的灌浆孔（段）将采用快速堵漏的施工工艺进行处理，最后采用常规灌浆工艺进行补充灌浆处理。

F、结束标准和封孔方法

在规定的灌浆压力下，当单位耗浆量小于5升/分时，屏浆10分钟可结束该段孔的灌浆；或地面距离灌浆孔1.5m以外出现冒浆时该孔也可结束灌浆。

灌浆孔和检查孔封孔后，待孔内水泥浆液凝固后，灌浆孔上部空余部位应采用导管注浆法或用干硬性砂浆人工封填捣实。

G、质量检查

防渗帷幕控制性灌浆检查孔的布置，应根据灌浆资料、施工情况现场确定。

灌浆质量的检查应在该部位灌浆结束14d后进行。

控制性灌浆的质量检查应以分析灌浆成果资料为主。

检查孔数量：防渗灌浆检查孔为灌浆孔数的10%，一个单元工程内，至少布置一个检查孔。

灌浆检查孔的钻孔按地质勘探标准进行，其孔径不小于75mm。

灌浆质量检查压水试验：压水试验采用单点法全孔一次性压水，压力采用 0.12MPa，透水率为q≤5Lu，认为合格。

经检查合格的检查孔，按封孔要求进行封孔。

3）预留土埂开挖

进口预留土埂开挖安排在2011年12月18日～2012年1月31日进行；出口安排在2012年4月进行，采用3.4m3反铲挖掘机挖装，20t自卸汽车运输。

7结语

7.1合理采用预留土埂围堰可完全节约围堰填筑工程量，减少工程投资；并为其他项目施工赢得一定的时间。

7.2在不影响其他项目施工时，可适当加大堰体断面，有利于保证堰体稳定，确保围堰安全；有利于减小基坑渗水量，减小基坑排水工作量。

7.3围堰施工可利用开挖施工设备，减少填筑设备等的投入，有利于提高开挖设备的利用效率。

作者简介：

范洋吉（1988~），河北邯郸人，工程师、从事水利水电工程及建筑工程施工技术与管理工作。

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