熊金萍

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州，310014）

0 概述

隧洞導(dǎo)流、全斷面圍堰基坑圍護(hù)施工是水利水電工程施工組織中最常見的導(dǎo)流方式之一。在完成基坑圍護(hù)施工任務(wù)后，導(dǎo)流隧洞需在水庫蓄水前完成封堵，通常在導(dǎo)流隧洞進(jìn)口預(yù)設(shè)閘門設(shè)施進(jìn)行臨時封堵。為了水庫長期可靠蓄水運(yùn)行，導(dǎo)流隧洞需在臨時封堵后，選擇合適洞段采用混凝土堵頭方式進(jìn)行永久封堵。堵頭的方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布置決定了堵頭結(jié)構(gòu)可靠性和安全性，并影響整個工程的安全可靠運(yùn)行。

1 堵頭型式

常用的堵頭設(shè)計(jì)型式一般采用混凝土重力式，典型的結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

堵頭位置要與水庫攔河壩防滲系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，一般選擇在帷幕防滲軸線上，設(shè)置在隧洞巖體圍巖完整性好的洞段。為保證隧洞圍巖與堵頭混凝土能夠很好地結(jié)合，一般在導(dǎo)流隧洞封堵閘門下閘臨時封堵后，將該段開挖成前大后小的楔形狀，沿水壓力方向形成瓶塞效應(yīng)，以增加堵頭抵抗水壓力推力下的穩(wěn)定性。

圖1 堵頭結(jié)構(gòu)型式示意圖Fig.1 Structure of the plug

堵頭設(shè)計(jì)可采用一段式，即整個堵頭不分橫縫，一次澆筑完成，頂拱進(jìn)行回填灌漿，需要時在堵頭端部打斜孔對巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿。大斷面導(dǎo)流隧洞堵頭長度較長，為便于施工，保證混凝土堵頭施工質(zhì)量和灌漿質(zhì)量，一般設(shè)計(jì)成兩段，除了回填灌漿和固結(jié)灌漿外，兩段堵頭之間還要進(jìn)行接縫灌漿。

導(dǎo)流隧洞進(jìn)口臨時封堵后，往往由于止水效果不理想，加之堵頭前隧洞滲水影響，常造成一段式堵頭施工條件不良，堵頭混凝土施工質(zhì)量難以保證。所以小型導(dǎo)流隧洞的堵頭設(shè)計(jì)也常采用兩段形式，在前段堵頭完成后，形成臨時封堵后的又一道較為可靠的阻水設(shè)施，同時利用前段堵頭施工中預(yù)埋的管路，可將滲漏水排到后段堵頭施工范圍之外，給后段堵頭創(chuàng)造良好的施工條件，保證堵頭混凝土施工質(zhì)量。大斷面導(dǎo)流隧洞當(dāng)遇到導(dǎo)流洞下閘臨時封堵后漏水量較大并影響施工時，往往還需要在兩段式堵頭前再加長一段臨時性堵頭（或圍堰）。

2 堵頭設(shè)計(jì)

2.1 堵頭設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

一般情況下，導(dǎo)流隧洞堵頭按照永久建筑物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可取與工程永久擋水建筑大壩相同的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，即堵頭的承壓水頭按大壩相同的設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核分析計(jì)算。

2.2 堵頭設(shè)計(jì)參數(shù)

混凝土堵頭的結(jié)構(gòu)安全按照沿巖石面滑動抗剪斷穩(wěn)定計(jì)算分析，根據(jù)工程具體的巖石/混凝土抗剪斷參數(shù)（摩擦系數(shù)f'和凝聚力值c'）、混凝土容重等進(jìn)行分析計(jì)算?？辜魯嘤?jì)算公式如下：

式中：γ為堵頭混凝土容重（t/m3，為了安全起見，建議取浮容重）；ω為堵頭斷面面積（m2）；L為堵頭長度（m）；B為堵頭底寬（m）；H為堵頭設(shè)計(jì)/校核水頭（m）。

考慮到頂拱及邊墻部分由于施工條件及混凝土收縮因素，即使通過灌漿，堵頭混凝土與巖石接觸面仍可能不夠密實(shí)，抗剪斷穩(wěn)定計(jì)算中不考慮該部分對抗滑穩(wěn)定計(jì)算的影響，而作為穩(wěn)定計(jì)算的安全儲備。根據(jù)SL 319-2005《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，建議的混凝土堵頭抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為：設(shè)計(jì)工況K'為3.0，校核工況K'取2.5。

另堵頭長度可參考下列經(jīng)驗(yàn)公式與上面抗剪斷公式進(jìn)行驗(yàn)證對比計(jì)算：

式中：η為系數(shù)，η=0.015～0.02，當(dāng)H＜100 m時，取大值；當(dāng)H≥100 m時，取小值。H為堵頭設(shè)計(jì)/校核水頭（m）；D為堵頭混凝土計(jì)算直徑（m）。

對直徑較大、承受水壓力較大的混凝土堵頭，建議應(yīng)用三維有限元進(jìn)行復(fù)核分析計(jì)算，驗(yàn)證堵頭長度及圍巖加固措施。

3 堵頭結(jié)構(gòu)布置及施工要求

如前文所述，堵頭一般沿水壓力方向設(shè)計(jì)成前大后小縱斷面形式，為了便于施工，保證堵頭混凝土施工質(zhì)量，堵頭常設(shè)計(jì)成前后兩段形式。為了增加堵頭結(jié)構(gòu)的可靠性，在堵頭工程量不太大的情況下，建議前后兩段堵頭均按可獨(dú)自滿足抗滑穩(wěn)定要求的長度設(shè)計(jì)。

兩段式堵頭設(shè)計(jì)一方面可保證堵頭混凝土施工質(zhì)量，另一方面在工程運(yùn)行若干年后，萬一需打開堵頭進(jìn)行放空水庫檢修施工，兩段式堵頭更利于拆除施工。

兩段式的后段混凝土堵頭中，常常預(yù)留灌漿廊道，進(jìn)行堵頭與周邊圍巖的固結(jié)灌漿和接觸灌漿施工，以進(jìn)一步提高混凝土堵頭及周邊圍巖的結(jié)構(gòu)安全。

隧洞堵頭段二次開挖需嚴(yán)格按圖施工，建議采用基礎(chǔ)保護(hù)層控制爆破的開挖方式，盡可能不破壞隧洞圍巖，隧洞堵頭段不允許欠挖，以形成較好的“瓶塞”體形。堵頭段隧洞周邊松動巖石及側(cè)墻噴混凝土和底板混凝土均要求全部挖除，并進(jìn)行清理。

堵頭段圍巖固結(jié)灌漿，主要目的增加圍巖與堵頭混凝土之間的抗?jié)B能力及結(jié)合力，可采用手風(fēng)鉆在混凝土堵頭預(yù)留的灌漿孔內(nèi)打孔，建議一般水頭條件下（100 m以內(nèi)）孔深需深入圍巖4.0 m，灌漿時，灌漿塞必須埋在堵頭混凝土中。在固結(jié)灌漿的同時兼顧接縫灌漿，灌漿壓力可比隧洞襯砌的固結(jié)灌漿壓力適當(dāng)提高。為保證堵頭整體性，前后堵頭兩段之間的施工橫縫四周也可進(jìn)行接縫灌漿，灌漿實(shí)施可采用預(yù)埋灌漿管法，灌漿壓力可用0.5 MPa。為解決灌漿排氣問題，在堵頭頂拱處設(shè)置排氣管，當(dāng)排氣管返漿后，方可關(guān)閉閥門。

堵頭混凝土澆筑完成后，頂拱部位需進(jìn)行回填灌漿施工。為防止?jié){液在圍巖與混凝土之間外漏，堵頭混凝土兩側(cè)模板周邊采用水泥砂漿（必要時可以摻水玻璃）堵塞。灌漿孔可采用手風(fēng)鉆在堵頭混凝土澆筑時預(yù)留的灌漿管內(nèi)打孔，孔深深入圍巖20 cm，回填灌漿壓力可高于隧洞襯砌的回填灌漿壓力。考慮到頂拱及邊墻部分由于施工條件及混凝土收縮因素，即使通過灌漿，堵頭混凝土與巖石接觸面仍可能不夠密實(shí)，因此建議堵頭混凝土施工中摻微膨脹劑，混凝土膨脹劑摻量需通過試驗(yàn)確定，一般摻量為水泥用量的5%。

建議一般水頭條件下的堵頭混凝土強(qiáng)度標(biāo)號可采用C20，抗?jié)B標(biāo)號為W8。為減少混凝土凝固過程中水泥水化熱引起的混凝土應(yīng)力等不良影響，混凝土堵頭內(nèi)部可設(shè)計(jì)布置多層冷卻水管，用于混凝土堵頭內(nèi)部冷卻。冷卻水管規(guī)格一般采用25 mm鍍鋅鐵管，冷卻水管安裝后，在澆筑混凝土之前須用6～7個大氣壓的高壓水沖洗，如有漏水或堵塞，必須處理完畢后方可澆筑混凝土。冷卻水一般采用河水進(jìn)行通水冷卻，通水時間12 d左右。前5 d的冷卻水流量可稍大，此后的通水流量可適當(dāng)減小。

堵頭下方埋設(shè)的排水管，其管徑大小視封堵閘門漏水量大小情況而定，排水管上游端應(yīng)至少設(shè)兩道止水環(huán)，排水管及閥門應(yīng)至少能承受該堵頭設(shè)計(jì)水頭的水壓力，灌漿工作全部結(jié)束后方可關(guān)閉閥門。

為監(jiān)測混凝土堵頭施工質(zhì)量及運(yùn)行狀況，建議設(shè)計(jì)在堵頭內(nèi)有針對性地埋入溫度計(jì)和測縫計(jì)等觀測設(shè)備。

[1]DL/T5195-2004，水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]SL 319-2005，混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國水利水電出版社，1996.