锅浪跷水电站导流洞封堵体设计

锅浪跷水电站导流洞封堵体设计

周熙林[1]

四川水发勘测设计研究有限公司，四川 成都610072

摘 要：导流洞封堵体作为永久性水工结构的组成部分，其级别按永久建筑物设计，与大坝具有同等的重要性，是整个水利水电工程非常重要的一个环节。本文介绍了锅浪跷水电站导流洞封堵体结构的设计的整体情况，由于本工程导流洞断面大，承受的水头高，因此导流洞的封堵体的精心设计关系到整个工程的蓄水发电和永久运行安全，也为其他类似水利水电工程提供参考和借鉴。

关键词：水电站；导流洞封堵体；灌浆；防渗；安全可靠

中图分类号：TV511文献识别码：A

1工程概况

锅浪跷水电站工程开发任务以发电为主，并兼顾下游防洪及天全河环境生态用水要求。电站采用混合式开发方式，工程推荐布置方案为：混凝土面板堆石坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、引水系统（含取水建筑物、引水隧洞、调压井、压力管道）及电站厂房（含主、副厂房，安装间，GIS楼等）等。水库正常蓄水位1280.00m，总库容约1.84亿m3，调节库容1.31亿m3，最大坝高186.30m，电站装机容量220MW，设计引用流量94.5m3/s。

2  导流洞及封堵体布置

导流隧洞洞身全长为1223.94m，断面型式为平底马蹄型，进口底板高程1135.00m，进口底板高程1122.00m，断面尺寸9.90×9.64m（宽×高）。除部分Ⅲ类围岩段（“导0+253.00~导0+355.00”、“导0+535.00~导0+763.16”）洞身顶拱和边墙采用喷C30钢纤维混凝土（厚度15cm）、底板采用C30钢筋混凝土护砌（厚度30cm）外，其余洞段顶拱和边墙采用C25钢筋混凝土衬砌、底板采用C30钢筋混凝土衬砌。

在大坝下闸蓄水后，需要对导流洞进行封堵。封堵体位于导流洞桩号导0＋511.38m～0＋561.38m，采用C25微膨胀混凝土全断面回填，长度50m，分两期浇筑，第一段长度25m，第二段长度25m，堵头中部设灌浆廊道，断面型式为城门洞型，断面尺寸3.0×3.0m（宽×高）。

3  地质条件

导流洞封堵体位于桩号导0+495～0+545段，全长50m，洞室围岩岩体由澄江-晋宁期第五期（γk2⑤）之花岗岩构成。

桩号导0+495～0+519.30段长度24.3m，洞室岩体呈新鲜状，属于坚硬岩，受构造影响，岩体较破碎、呈碎裂状结构，地下水活动轻微，多呈滴水状，洞室围岩类别为Ⅳ类；洞室岩体质量分类为BIV2类。

桩号导0+519.30～0+533.0段，长度13.7m，洞室内发育一逆断层f2：N63°E/NW∠67°，破碎带宽度为0.6m、由断层角砾岩构成，断层破碎带挤压紧密，角砾直径一般5～15cm，部分碎块表面具绿泥石化蚀变特征，上、下界面有0.5～1.0cm灰色夹泥宽度；断层上、下盘影响带宽1～2m，表现为裂隙密集带；该段洞室位于断层破碎带及其影响带内，岩体破碎、呈碎裂状结构，地下水活动轻微，以滴水状为主，洞室围岩类别为Ⅴ类，断层破碎带及影响带内岩体质量分类为Ⅴ类，剩余段为BIV2类。

桩号导0+533.0～0+545.0段长12m，洞室岩体为新鲜花岗岩，属坚硬岩；岩体完整性差、以镶嵌状结构为主，局部呈碎裂状结构，地下水活动轻微，多呈滴水状，硐室围岩类别为Ⅲ类；硐室岩体质量分类为AⅢ2类。

4  封堵体结构设计

导流洞封堵体关系到整个工程的蓄水发电和永久运行安全，封堵体设计的主要内容为抗滑稳定性和整体抗渗性。

4.1  封堵体抗滑稳定计算

（1）基本原则

1）本工程为二等工程，大坝按1级建筑物设计，导流洞封堵体与大坝级别一样，相应正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位分别为1280.00、1280.56m和1282.34m，相应作用水头为151.89、152.45m和154.23m。

2）封堵体穿过大坝帷幕灌浆轴线，应与大坝帷幕灌浆搭接，形成整体防渗系统

3）封堵体设计应安全可靠，便于施工。

（2）基本假定

1）封堵体和围岩均视为刚体，水头推力均匀地作用在封堵体横截面上。

2）封堵体全部浸在水中，堵头容重按浮容重计算。

（2）计算成果

根据《水利水电工程施工组织设计手册》第1卷、《水工隧洞设计规范》（NB/T 10391-2020）、《水工隧洞设计规范》（SL279-2016）等规范要求，采用抗剪断公式进行抗滑稳定计算，计算成果如下表所示，最终综合考虑，确定封堵体长度为50m。

封堵体长度计算成果

表4.1-1

4.2  封堵体结设计

结合计算成果，本工程导流洞封堵体长度为50m，采用C25微膨胀混凝土全断面回填，分两期浇筑，第一段长度25m，第二段长度25m。为方便灌浆，堵头中部设灌浆廊道，断面型式为城门洞型，断面尺寸3.0×3.0m（宽×高）。灌浆廊道前端距离封堵体迎水面长度为5m，满足抗冲切承载力计算要求。封堵体采用UEA+MgO的双掺低热微膨胀水泥混凝土浇筑，混凝土强度等级为C25、W8、F100。

为了提高封堵体与原导流洞衬砌混凝土之间的抗剪强度，在施工前，应对封堵体周边衬砌面与分段封面应进行凿毛处理，并且在整个封堵体底部跟分段处设置插筋。封堵体结构图下图所示。

图1 导流洞封堵体结构图

4.3  灌浆设计

在封堵体混凝土浇筑完成后，需要对导流洞封堵体进行固结灌浆、回填灌浆、帷幕灌浆以及接触灌浆等，以确保封堵体满足大坝挡水要求和防渗要求，并且应该结合大坝下闸时间、施工条件和施工工期等整体情况来进行灌浆设计。

（1）固结灌浆

本工程固结灌浆应在封堵体混凝土浇筑前完工，应先查明原衬砌混凝土与围岩之间是否存在脱空，若存在脱空，必须先进行处理，然后再进行固结灌浆。固结灌浆目的是提高围岩整体的稳定性，同时也通过水泥浆液是的围岩原有软弱面及裂隙得到封闭和增强。

固结灌浆范围应包含整个封堵体长度范围，固结灌浆孔深入基岩6m，排距3m，梅花型布置。初拟灌浆压力0.6～0.8Mpa，隧洞变形值不超过200μm，灌浆压力通过试验确定。固结灌浆的浆液水灰比可采用3、2、1、0.5四级，开灌浆液水灰比可选用3。

（2）回填灌浆

通常导流洞混凝土衬砌浇筑完后，顶部一般仍有较大的脱空，难以整体充填密实，因此需要进行回填灌浆确保导流洞衬砌混凝土与围岩之间回填密实，以提高整体的安全性和稳定性。

封堵体混凝土浇筑完成3天后，对顶拱120°范围内进行回填灌浆。回填灌浆在灌浆廊道内进行，采用预埋灌浆管法，浆液采用膨胀水泥砂浆。

回填灌浆分第一段和第二段进行，各区分Ⅰ、Ⅱ次孔分别进行，Ⅰ次回填灌浆完成待凝3天以上，才能进行二次回填灌浆施工。回填灌浆浆液水灰比可采用1、0.5两级，一序孔可直接灌注0.5级浆液。灌浆压力采用0.3～0.5Mpa，并尽可能提高灌浆压力。回浆压力不低于0.2～0.35Mpa。

（3）帷幕灌浆

导流洞封堵体穿过大坝帷幕灌浆轴线，为满足大坝整体的防渗要求，在封堵体大坝帷幕灌浆轴线的位置进行环向帷幕灌浆。

环向帷幕灌浆为3排，钻孔灌浆采用按二序分序加密施工、全孔分段钻灌的原则进行。先灌注下游排孔，后灌注上游排孔，最后灌注中间排孔。灌浆孔的施钻应按灌浆程序，分序分段进行，所有钻孔分段应与相应的灌浆分段相对应。第一段（接触段）一般为2m，第二段为3m，第三段及以下各段一般为5m。

（4）接缝灌浆

为防止封堵体混凝土浇筑后，封堵体顶部及部分边墙会出现脱空形成空腔，影响封堵体的挡水效果和整体安全，需要采用接缝灌浆进行处理。

接缝灌浆在封堵体混凝土温度降至稳定温度后进行，对分段缝、边墙和顶拱范围内进行接缝灌浆，接缝灌浆采用预埋灌浆管法。灌浆压力不低于1.0Mpa。

4.4  混凝土温度控制

封堵体混凝土施工属于大体积混凝土施工，为了防止混凝土温度过高产生裂缝，影响结构安全，因此封堵体混凝土拟分层进行施工，第一层高度不大于2.0m，第二层不大于2.5m，以上各层不大于3.5m，采用微膨胀水泥、优化配合比、预埋冷却水管等措施，控制混凝土施工的最高温度及最大温差。

（1）冷却水管的布置原则

在封堵体混凝土施工时，埋设Φ25mm冷却水管（镀锌无缝钢管，蛇形布置）。蛇形冷却水管空间按1.0m×1.5m或1.5m×1.5m梅花形布置。冷却水管埋设时，距封堵体上、下游面的距离为1.5m，距底板基础面1.0m，距洞周边距离为0.55～1.25m。冷却水管弯段的连接采用柔性连接（或其它可行的连接方式），单根长度不宜大于250m。

（2）通水冷却

封堵体混凝土收仓6h内开始通水冷却。冷却水采用天全河水，根据施工进度安排，通水水温初步确定为11.3～6.6℃，通水流量初步拟定为20L/min，一期通水时间为15d，二期通水时间为20d，可根据混凝土温度监测情况进行调整，每隔12小时改变通水方向，直至达到设计的稳定温度。为防止封堵体温度降低过快和温差过大而产生裂缝，通水降温温度宜控制在1℃/d以内，且冷却水温与混凝土温度之间的温差≤25℃。通水冷却结束后，采用膨胀砂浆或水泥浆对冷却水管进行回填封堵。

4.5  其他结构

导流隧洞闸门封堵后，在施工期间可在洞内修筑围堰、封堵体中埋设排水钢管进行洞内排水，并应在钢管上采取安装阀门等有效方式进行闭水以便后期封堵管道。钢管封堵在封堵体段完成接缝灌浆后，注入膨胀砂浆灌实。

为了增强整个封堵体稳定性以及防止混凝土开裂，在廊道周围设置构造钢筋。在封堵体上游迎水面配置钢筋，以增加封堵体的抗冲切能力。钢筋呈网状分布，直径为20mm（二级钢筋），间距为200mm×200mm，保护层厚度为100mm。

为准确掌握混凝土封堵体的运行工况，需对封堵体的温度场、分段缝、周边缝的张开情况、渗透压力以及微膨胀混凝土的补偿效果等进行观测。在封堵体埋设观测仪器有测缝仪、渗压计、温度计。

5  封堵体运行情况

锅浪跷水电站导流洞封堵体在2022年10月开始施工，2023年1月完成施工。导流洞封堵体共布置10支温度计、6支单向测缝仪和2支渗压计。2支渗压计目前最大渗透压力为42.57kPa；10支温度计在混凝土浇筑后最高在31.25℃，目前2-2断面的温度均在13.0℃左右，5-5断面中部的温度在22.0℃左右；6支测缝计变化较小，目前测缝计缝间位移量均在±5mm左右。

现场巡视发现导流洞封堵体末端有渗水，靠后5m左右围岩有渗水，说明渗流水绕过帷幕至下游侧，目前混凝土结构与围岩缝间开合度变形较小，监测数据表明浇筑后和初期蓄水后整体处于较稳定状态。

6  结语

导流洞封堵体与大坝具有同等的重要性，是整个水利水电工程非常重要的挡水建筑物。目前，该水电站已蓄水至正常蓄水位并投入运行。经过近一年多的运行监测，混凝土结构与围岩缝间开合度变形较小，监测数据表明导流洞封堵体浇筑后和蓄水后整体处于较稳定状态，总体运行情况良好，可为其他类似水电站项目提供参考。

参考文献

[1] 陈贵斌，徐云明，易俊新.龙马水电站导流洞封堵体设计[J].云南水利发电，2009，26（1）：35-37.

[2] 董志宏，丁秀丽，叶三元，吴永进，付敬.大型水电工程导流洞封堵体稳定性分析[J].长江科学院院报，2011，28（2）：50-55.

[3] 陈桂杰，陈洪蛟，郭强，刘文勇.戈兰水电站导流洞封堵设计优化[J].水利水电工程设计，2009，28：21-23.

[4] 《水工隧洞设计规范》（NB/T 10391-2020）.

[5] 《水工隧洞设计规范》（SL279-2016）.

[6] 《水利水电工程施工组织设计手册》第1卷：施工规划.

收稿日期：

作者简介：周熙林（1989—），男，汉族，四川平昌人，硕士研究生，研究方向为水利水电工程。