張 健,吳開龍
(1.貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司,550003,貴陽;2.貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院,550003,貴陽)
平寨水庫導(dǎo)流洞處于爛田壩至木底河巖溶管道分支系統(tǒng)附近,溶洞及裂隙發(fā)育。按照工程年度計劃目標(biāo),需在當(dāng)年4月中旬完成水庫下閘蓄水,較原初步設(shè)計2月下旬下閘蓄水時間推遲了近50天,下閘洪水流量從原來的20.9 m3/s增加至35.3 m3/s。導(dǎo)流洞的地質(zhì)條件及封堵時間推后均對導(dǎo)流洞封堵不利,增加了導(dǎo)流洞封堵風(fēng)險。為控制和降低風(fēng)險,多次開展了封堵風(fēng)險分析,對堵頭布置及施工安排進(jìn)行優(yōu)化,最終順利完成了導(dǎo)流洞的封堵。
導(dǎo)流洞布置在大壩右岸,由進(jìn)口明渠、進(jìn)口閘門井、洞身段、出口明渠組成,全長904 m。隧洞進(jìn)口底板高程1 188.0 m,出口底板高程1 185.0 m,底坡0.336%,過流斷面為7.5 m×10 m城門洞形,設(shè)計最大過流量2 140 m3/s。隧洞0+000.00~0+649.98段為上游直洞段,0+649.98~0+749.50 段為平面轉(zhuǎn)彎,0+749.58~0+904.00 段為 下游直洞段。隧洞0+000.00~0+387.85段采用50 cm厚C20鋼筋混凝土襯砌,0+387.58~0+407.00采 用 10 cm 厚C20噴混凝土及錨桿支護(hù),0+407.00~595.37洞段采用50 cm厚C20鋼筋混凝土襯砌,0+595.37~0+816.00采用10 cm厚C20噴混凝土支護(hù),0+816.00~0+904.00洞段采用 50 cm厚C20鋼筋混凝土襯砌。
導(dǎo)流洞堵頭段主要地層巖性為三疊系統(tǒng)下永寧鎮(zhèn)組第二段第四層(T1yn2-4)灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r互層,以及第二段第三層(T1yn2-3)泥巖,巖層傾上游偏向山體側(cè),傾角約40°。除0+409.00~0+415.00段圍巖溶蝕破碎嚴(yán)重,頂部有豎井狀溶洞發(fā)育,下部洞口直徑約4 m,上部變小,黏土充填(導(dǎo)流洞開挖時黏土掉落,可見深度5~6 m,導(dǎo)流洞襯砌時對溶洞局部進(jìn)行了混凝土回填),溶洞周圍有滴水,其余段為Ⅲ類圍巖。
圖1 導(dǎo)流洞堵頭縱剖面結(jié)構(gòu)圖
堵頭長度按沖壓剪切公式計算和按抗剪斷強度公式復(fù)核,堵頭長度40 m,并結(jié)合帷幕線布置(帷幕線與導(dǎo)流洞軸線交叉位置0+413.13),堵頭布置于 0+395.00~0+435.00。0+395.00~0+409.00 為一期堵頭(C25微膨脹混凝土 1 667 m3),0+409.00~0+435.00為二期 (C25微膨脹混凝土1 365 m3)、三期堵頭(3.5 m×5.0 m 廊道C25微膨脹混凝土455 m3)。導(dǎo)流隧洞堵頭結(jié)構(gòu)型式為倒楔形,0+395.00~0+395.58堵頭橫斷面為8.7 m×11.1 m城門洞形;0+395.58~0+397.58 段堵頭橫斷面由8.7 m×11.1 m漸變?yōu)?2.4 m×15.0 m;0+397.58.58~0+409.00 堵頭橫斷面由12.4 m×15.0 m漸變?yōu)?.5 m×10 m;0+409.00~0+435.00 堵頭橫斷面為 7.5 m×10 m(圖 1)。
導(dǎo)流洞堵頭為永久工程,屬1級建筑物,設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)按500年一遇,擋水水頭140.13 m;校核洪水標(biāo)準(zhǔn)按5 000年一遇,堵頭擋水水頭141.82 m。按《水利水電工程施工組織 設(shè) 計 規(guī) 范 》(SL 303—2004)第3.2.18條,平寨水庫導(dǎo)流洞下閘后堵頭施工期間導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇。按照4月中旬導(dǎo)流洞下閘蓄水,一期堵頭在水庫水位上升至堵頭前洞段襯砌結(jié)構(gòu)所能正常承受的1 240 m庫水位之前(且不晚于4月30日)完成混凝土施工;二期堵頭混凝土澆筑不晚于6月30日完成,其余三期廊道混凝土、固結(jié)灌漿和回填灌漿、三期廊道回填混凝土澆筑、帷幕及其搭接灌漿等不晚于7月30日完成。
導(dǎo)流洞進(jìn)口設(shè)置了一次性潛孔式平面滑動鋼閘門1扇,孔口尺寸為7.5 m×10 m(寬×高),最高擋水水位為1 265.80 m,最大動水閉門的下閘水位為1 193.00 m,最大下閘水頭為5 m,最大啟門水頭12 m。采用下游頂、側(cè)止水布置,頂、側(cè)止水采用P60A橡塑復(fù)合止水(實心),底止水采用I20橡膠止水。導(dǎo)流洞于2011年9月正式過水,2014年7月度汛最高水位達(dá)1 244.2 m,截至2015年3月底,進(jìn)口閘門已正常運行43個月。
由于閘門閉門水頭小,運行時間長,落閘后可能存在閘門無法完全關(guān)閉和止水效果差,漏水及涌水量大的風(fēng)險。
隧洞進(jìn)口 0+00.00~0+031.00段地形坡度30°,圍巖埋深不足20 m,開挖后初期采取錨噴支護(hù)(C20噴混凝土厚度10 cm,錨桿為φ25、L=3 m、間距2 m),后期采用50 cm厚鋼筋混凝土襯砌(頂拱進(jìn)行回填灌漿,灌漿壓力0.3 MPa)。設(shè)計進(jìn)口0+000.00~0+010.00(Ⅳ類圍巖)外水折減系數(shù)取0.15,0+010~0+387.58(Ⅲ類圍巖)外水折減系數(shù)取0.1,經(jīng)復(fù)核采用的外水壓力折減系數(shù)偏小,導(dǎo)流隧洞進(jìn)口段隧洞埋深較淺,水庫水位上升速度較快,可能存在庫水通過淺埋段下滲擊穿襯砌混凝土邊墻的風(fēng)險。
導(dǎo)流洞沿線主要分布強巖溶地層,堵頭前段開挖揭露了7個大型溶洞和強溶蝕裂隙區(qū),為爛田壩至木底河巖溶管道的分支系統(tǒng),對揭露的溶洞未進(jìn)行專項封堵設(shè)計和施工,僅采用簡易封堵(如采用漿砌石和黏土對漏水點進(jìn)行封堵),在2013年汛后檢查時已發(fā)現(xiàn)襯砌邊墻有裂縫射水現(xiàn)象存在。一期堵頭施工期間,庫水沿管道系統(tǒng)直接作用在襯砌的邊墻或頂拱上,庫水位還未到達(dá)設(shè)計水位前襯砌結(jié)構(gòu)被提前擊穿破壞,可能出現(xiàn)涌水大影響封堵的風(fēng)險。
堵頭段0+409.00~0+415.00與爛田壩至木底河巖溶管道的大型分支系統(tǒng)相遇,頂部發(fā)育有大型溶洞空腔,僅做了臨時處理,還有約6 m高的帷幕沒有形成,2014年3月檢查時有少量漏水存在。二期堵頭施工期水庫水位上升,庫水位與管道連通形成水流通道出現(xiàn)涌水風(fēng)險,同時若遇降大到暴雨山體滲水產(chǎn)生涌水量大影響封堵的風(fēng)險。
導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門及堵頭上游洞段襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計水位為1 265.8 m,經(jīng)復(fù)核實際能夠承受1 240 m的庫水位。按照4月中旬下閘蓄水,經(jīng)水文調(diào)算庫水位上升至1 240 m高程時間為15天(P=10%);同時按照審批的導(dǎo)流洞封堵施工方案,一期堵頭自下閘后需14天時間能澆筑完成,混凝土強度未達(dá)到設(shè)計要求,導(dǎo)流洞襯砌混凝土將可能存在被擊穿的風(fēng)險。
進(jìn)口閘門落閘前,組織了參建單位對閘門門楣、門槽進(jìn)行全面檢查,對閘門頂、側(cè)止水橡膠進(jìn)行了更換,并委托專業(yè)潛水員對底坎止水及垃圾進(jìn)行了清理;落閘后,仍委托專業(yè)潛水員對閘門周邊止水進(jìn)行了檢查,并在閘門前堆放了黏土麻袋進(jìn)行止水。
為減少外水壓力對導(dǎo)流隧洞進(jìn)口0+000.00~0+031.00淺埋洞段襯砌結(jié)構(gòu)的影響,采取從地表對該洞段洞頂及洞外兩側(cè)進(jìn)行固結(jié)灌漿、洞內(nèi)底板及側(cè)墻增設(shè)排水孔。0+000.00~0+016.00洞段平行于洞軸線方向布置7排固結(jié)灌漿孔,排距 3 m,每排布置 8孔,孔距 2 m;0+016.00~0+031.00洞段平行于洞軸線方向布置5排固結(jié)灌漿孔,排距3 m,每排布置5孔,孔距3 m。總鉆孔81個,進(jìn)尺2 248 m。
原設(shè)計堵頭位置為0+387.58~0+427.58,其中一期堵頭為0+387.58~0+401.58。為了減少堵頭段溶洞可能涌水對二期堵頭施工的影響,將堵頭整體移至 0+395.00~0+435.00(下移7.42 m),并將二期堵頭 0+409.00~0+435.00段分為 0+409.00~0+422.00和 0+422.00~0+435.00兩段實施,盡快完成 0+409.00~0+415.00溶洞段的施工。同時,將二期堵頭混凝土澆筑前實施的錨桿施工調(diào)整至混凝土澆筑完成后結(jié)合固結(jié)灌漿孔實施,加快混凝土澆筑時間。
一期堵頭原設(shè)計排水管道為DN300的4根排水鋼管,考慮進(jìn)口閘門漏水及洞內(nèi)滲水增加改為DN500的4根排水鋼管,排水量增加了2.8倍。但在落閘后滲水量少,實施時只埋設(shè)了2根DN500排水鋼管。
當(dāng)水庫水位上升至導(dǎo)流隧洞進(jìn)口閘門設(shè)計最高擋水水位1 265.8 m后,臨時封堵閘門可能發(fā)生瞬時破壞而導(dǎo)致堵頭上游洞內(nèi)產(chǎn)生氣爆,為預(yù)防氣爆對堵頭混凝土產(chǎn)生破壞,在導(dǎo)流洞堵頭上游洞段洞軸線上0+204.00、0+240.00共設(shè)置 2個排氣減壓孔,開孔高程分別為1 280 m、1 290 m,孔徑為150 mm。
堵頭混凝土澆筑時采用埋設(shè)冷卻水管通水冷卻,沿隧洞軸線方向布置DN32的HDPE塑料冷卻水管3層,層間距為3.0 m,冷卻水管中通以不低于0.18 MPa的循環(huán)水。
通過充分的方案論證和精心的施工準(zhǔn)備,平寨水庫導(dǎo)流洞于2015年4月14日7:38落閘,一期堵頭混凝土4月19日10:30開倉澆筑,4月22日19:30澆筑完畢,較計劃工期提前6天,設(shè)計工期提前8天;二期堵頭混凝土于5月1日16:20澆筑完成,較計劃工期提前30天,較設(shè)計工期提前60天;三期混凝土及相關(guān)灌漿工作于5月底前全部完成,較計劃工期提前約30天,較設(shè)計工期提前60天。
為控制和降低巖溶發(fā)育區(qū)大斷面導(dǎo)流洞在臨近汛前封堵風(fēng)險,順利完成堵頭施工,建議在導(dǎo)流洞及堵頭設(shè)計及施工過程中重點關(guān)注:一是合理選擇進(jìn)口閘門型式、閉門水頭及擋水水頭;二是高度重視開挖過程中揭露的巖溶管道,制定系統(tǒng)的處理方案,并切實處理到位;三是根據(jù)揭露的地質(zhì)及地層條件,以及封堵時可能發(fā)生的水庫水位,合理選取計算參數(shù),確保襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性;四是結(jié)合導(dǎo)流洞出口的地形條件,適當(dāng)抬高導(dǎo)流洞出口底板,為導(dǎo)流洞封堵時實現(xiàn)自流排水創(chuàng)造條件;五是合理選擇一期堵頭位置,優(yōu)化或簡化一期堵頭結(jié)構(gòu)布置,為落閘后快速完成一期堵頭混凝土澆筑創(chuàng)造條件。
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