劉力捷

(廣東省水利電力勘測設計研究院, 廣東 廣州 510635)

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樂昌峽水利樞紐導流洞汛期封堵設計與施工

劉力捷

(廣東省水利電力勘測設計研究院, 廣東 廣州 510635)

樂昌峽水利樞紐工程導流洞是少有的在汛期下閘封堵的大型工程,從2012年3月23日下閘至同年11月7日封堵體周邊灌漿結(jié)束,歷時7個多月,期間經(jīng)歷了幾次洪水尤其是“6.23洪水”考驗,仍順利完成了封堵任務,滿足了蓄水發(fā)電時間節(jié)點要求。該文從封堵體方案設計、為滿足汛期下閘封堵采取的措施、施工安排及效果分析等方面,完整的介紹了樂昌峽導流洞封堵全過程,希望對類似工程起到借鑒作用。

樂昌峽;導流洞;汛期封堵；設計；施工

1 工程概況

樂昌峽水利樞紐工程是以防洪為主,結(jié)合發(fā)電,兼顧航運、灌溉等效益的綜合利用樞紐工程,工程等別為Ⅱ等大(2)型,主要建筑物的級別為2級。導流隧洞為4級建筑物,導流隧洞洞身全長577 m(含出口5 m長涵洞段)。洞身凈斷面為10 m×13 m、頂拱中心角120°的城門洞型。起坡點樁號為0+000,進口底部高程94 m,出口底部高程92 m,縱坡3.62‰,按有壓流設計。采用塔式進水口,封堵閘門安裝高程為118.0 m,啟閉機排架頂部高程為140 m。導流洞封堵體位于0+173～0+204.2樁號段。

樂昌峽導流洞進口封堵鋼閘門已于2009年制造、安裝和調(diào)試完成,原設計閘門擋水時段和導流洞襯砌是按照導流洞2011年10月—2012年2月封堵設計和施工的。由于施工工期拖后,導流洞封堵施工進入了汛期。2006—2011年樂昌峽共發(fā)生過5次較大洪水： 2006年“7.14洪水”,2008年“6.13洪水”,2009年“5.20洪水”，2009年“7.14洪水”,2011年“5.16”洪水,其中2006年“7.14洪水” 洪峰流量約8 500 m3/s,2008年“6.13洪水”洪峰流量約4 500 m3/s,其余3次洪水最大洪峰流量接近2 000 m3/s。汛期封堵遭遇洪水可能性較大。由于下閘封堵時間與原計劃發(fā)生了變化,已施工完成的導流洞進口閘門和進口段襯砌存在破壞風險,導流洞出口圍堰需進行加固設計,封堵體汛期施工需考慮混凝土溫度控制。

2 封堵設計

2.1 封堵閘門

導流洞進口閘門原設計于2011年10月1日下閘,下閘流量Q=100.5 m3/s,下閘水深4.2 m。原設計閘門擋水時段為10月月—次年2月。下閘后閘門的擋水標準按20年一遇設計,相應流量為2 090 m3/s,利用溢洪道敞泄時壩前調(diào)洪水位為141.5 m,設計擋水水頭47.5 m。進口體型見圖1。

閘門門型采用潛孔式平板滑動閘門,閘門主要由門葉、支承滑塊、止水組成。門葉結(jié)構(gòu)采用主橫梁式、支承采用低摩擦系數(shù)的自潤滑材料、側(cè)、頂止水采用P形水封。閘門靠自重閉門,啟閉機采用固定卷揚機,容量為2×1 000 kN,揚程為20 m,啟閉速度為1.4 m/min。

圖1 導流洞進口縱剖面(高程：m；尺寸：mm)

2.2 封堵體

本工程封堵體的級別與大壩級別相同,為2級建筑物,最大作用水頭約70 m,封堵體長度為31.2 m。封堵體為楔型體結(jié)構(gòu),在0+173.0樁號底板擴挖2.0 m,然后以斜坡形式順接到0+204.2樁號漸變?yōu)閷Я鞫丛O計斷面。導流洞過流前已完成封堵段洞室開挖和臨時支護、隧洞襯砌、洞頂120°范圍回填灌漿、洞周3 m間排距10 m深的高壓固結(jié)灌漿、底板三角體素混凝土回填等。封堵混凝土采用C2820W8F100、摻MgO中熱微膨脹混凝土(根據(jù)參考文獻[1],MgO混凝土主要膨脹一般發(fā)生在7～200 d齡期,具有延遲性,其膨脹梁是微小的,且不會隨時間和溫度變化而變化,本設計利用MgO混凝土的延遲、不可逆微膨脹特性,以期達到簡化甚至取消接縫灌漿的母的)。MgO摻量不超過5%(內(nèi)摻),要求60 d微膨脹量達100×10-6。封堵體體型設計見圖2、圖3。

圖2 封堵體縱剖面示意(單位：mm)

圖3 A-A剖面示意(單位：mm)

3 封堵施工

3.1 導流洞進口下閘

導流洞進口封堵閘門于2009年9月導流洞通水前按照原設計制造、安裝和調(diào)試完成,并鎖定于118 m檢修平臺。由于各種原因,實際下閘時間比原計劃推后172 d,由汛后下閘變?yōu)檠辞跋麻l。由于封堵時間改變,封堵閘門最高擋水水位由原來設計的141.5 m提高到162.2 m。通過閘門結(jié)構(gòu)計算復核,對閘門的面板、主梁和支承結(jié)構(gòu)進行了加固,加固鋼材重量25 t。加固后由于門重增加,封堵閘門的可閉門水頭(門前水頭)最大為10 m,可啟門水頭最大為5.4 m。

2012年3月23日10：00,樂昌峽導流洞一次下閘成功,下閘流量約為150 m3/s、下閘水深約5.5 m。

3.2 施工導流

1) 導流洞出口圍堰

封堵體施工時導流洞進口利用封堵閘門下閘擋水,導流洞出口設圍堰擋水,庫區(qū)洪水通過大壩底孔、溢洪道下泄。受導流洞出口河床寬度、河床水位、防沖及施工交通等限制,并有效利用導流洞出口消力坎,導流洞出口設置過水圍堰。圍堰具體結(jié)構(gòu)詳見圖4。2012年6月23日遭遇最大洪峰流量2 100 m3/s洪水考驗,圍堰結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。

圖4 導流洞出口圍堰剖面示意(單位：mm)

2) 封堵體上游滲水導流

導流洞下閘后經(jīng)進洞查看,發(fā)現(xiàn)在封堵閘門底部右側(cè)有約2 m寬水舌,0+011～0+035段洞頂出現(xiàn)11個射流水柱。閘門底部漏水主要是由于導流期間沖刷引起底板局部不平整引起,閘門漏水經(jīng)潛水員水下堵漏后漏水得到有效控制。0+011～0+035洞頂漏水主要出現(xiàn)在施工時預留的排水孔和灌漿孔位置,漏水原因認為主要是進口洞段頂部回填灌漿和固結(jié)灌漿效果不好,使得庫水與洞頂襯砌之間形成漏水通道引起。在對洞頂漏水處理時,施工人員用木楔塞住了漏水孔,為封堵體施工創(chuàng)造了有利環(huán)境。在汛期封堵體施工過程中,堵塞的漏水通道再未發(fā)生射水現(xiàn)象,事實證明這種堵漏方法是成功的。

在以上兩處堵漏處理完成后,封堵體上游洞段的滲(漏)水量很小,通過在封堵體內(nèi)埋設排水管將上游滲水排至下游,然后由水泵抽排至洞外。排水管布置詳見圖1、圖2。

在封堵體上游5 m處設1.0 m高混凝土擋水墻,準備1根45 m長Φ500排水鋼管,設1個球閥,封堵體主體混凝土施工澆筑完成后關(guān)閉球閥,截斷豎井范圍內(nèi)球閥下游段鋼管,用混凝土回填臨時豎井,再對下游封堵體內(nèi)部分排水管進行封堵。為消除封堵段封閉后導流洞上游段封閉氣體對導流洞封堵閘門造成頂推,在封堵體上游導流洞軸線上設一通氣孔,孔徑100 mm。

3.3 封堵體混凝土澆筑與溫控措施

1) 封堵體混凝土

封堵體混凝土從2012年7月8日開始澆筑,8月7日全部澆筑完成,歷時1個月,澆筑混凝土總量4 058 m3。采用通倉分層澆筑方法。設計要求在封堵混凝土內(nèi)摻加一定量MgO,利用摻MgO混凝土后期微膨脹來抵消其溫降收縮,達到簡化混凝土接觸灌漿效果。在混凝土澆筑前施工單位擬定了表1[2]混凝土配合比進行試驗。

表1 封堵體混凝土配合比 kg/m3

試驗結(jié)果表明混凝土強度滿足規(guī)范要求。施工單位按照表1配合比對混凝土進行了收縮膨脹對比試驗,成果見表2[3]。

表2 摻加MgO和不摻加MgO混凝土收縮膨脹對比 10-6

從表2看出,摻加3.44%MgO后混凝土在5～7d膨脹增加較快,并在14 d達到最大,隨后開始收縮,與不摻加MgO混凝土變化趨勢相同,所以該配比混凝土并未實現(xiàn)利用摻加MgO混凝土后期膨脹抵消混凝土溫降收縮的預期效果,混凝土澆筑后需對封堵體側(cè)頂部進行接觸灌漿。

2) 溫控措施

主要采取骨料遮陽和埋設冷卻水管等溫控措施。冷卻水管垂直于洞軸線方向布置,進出口布置在封堵體下游側(cè),冷卻水管采用內(nèi)徑Φ28HDPE管,水平、垂直間距不大于1.5 m,單根循環(huán)長度不大于300 m,管內(nèi)流速控制在0.6 m/s左右,每層混凝土澆筑完成后即開始通洞內(nèi)滲漏水,一直通水至接觸灌漿開始。通水結(jié)束后對冷卻管進行注漿封堵。由于HDPE通水管損壞或堵塞,局部通水效果不理想,

3.4 灌漿

導流洞封堵段在導流洞施工時就已經(jīng)完成了洞周固結(jié)灌漿和頂部回填灌漿。經(jīng)過2 a多的運行,期間經(jīng)歷了幾次較大洪水,洞內(nèi)存在振動和沖刷,原襯砌與巖石之間接觸面可能存在松動,經(jīng)鉆孔檢查發(fā)現(xiàn)襯砌外壁和圍巖之間在鉆孔處出現(xiàn)水幕,說明存在縫隙,為加強封堵體與圍巖之間的抗剪能力,保證封堵體的穩(wěn)定,對封堵段襯砌外壁進行水泥灌漿,并在上游15 m范圍進行了化學灌漿。

新澆封堵體混凝土與原襯砌接觸面頂拱在混凝土強度達到70%以上時進行回填灌漿,在封堵體混凝土澆筑完成28d后進行了水泥接觸灌漿。灌漿全部通過預先埋設灌漿管在灌漿廊道內(nèi)完成,預埋的回填灌漿管管徑50 mm,灌漿壓力0.6 MPa；預埋的接觸灌漿管管徑38 mm,灌漿壓力1.0 MPa。

接觸灌漿水泥的細度要求為通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%,化學灌漿材料采用中化-798-Ⅲ高滲透改性環(huán)氧(KH-3)。

封堵體周邊接觸灌漿在2012年11月7日(混凝土澆筑后3個月)完成。

11月14日封堵體豎井內(nèi)排水管閥門關(guān)閉,并完成了豎井混凝土澆筑。當混凝土強度達到70%時利用在閘閥和管道周圍及豎井側(cè)壁預留灌漿管進行回填灌漿,澆筑完砼28d后又進行了水泥接觸灌漿。至此,所有灌漿作業(yè)全部結(jié)束。

3.5 觀測設計及成果分析

1) 觀測設計

為了有效監(jiān)測封堵體混凝土內(nèi)部溫度、應力、應變及接觸面變化,設計單位選取兩個斷面布置了4組溫度計(TD1～TD4)、3組應變計(CD1～CD3)、3組無應力計(ND1～ND3)及3組測縫計(JD1～JD3,JD1布置在封堵體上游底部與舊襯砌混凝土接觸面上,圖中未示)等監(jiān)測儀器,具體布設位置見圖5、圖6。

圖5 0+174.7監(jiān)測剖面示意(單位：mm)

圖6 0+178.5監(jiān)測剖面(單位：mm)

2) 觀測成果

封堵體砼澆筑后,不同時期各埋設儀器測值見表3。

表3 封堵體中部埋設儀器測值

3) 成果分析

由于發(fā)電蓄水需要,在封堵體混凝土澆筑完成后3個月完成了全部灌漿工作,混凝土內(nèi)部溫度月30℃。根據(jù)一年的觀測資料,至2013年6月24日,封堵體混凝土內(nèi)部溫度20℃附近,應力計測值全部為壓應力,ND1、ND2應變量穩(wěn)定在250E-06,ND3應變量穩(wěn)定在110E-06,JD1、JD2測縫計處于受壓狀態(tài),JD3在2013年5—6月變幅處于0.14～0.11 mm之間。說明封堵體混凝土目前處于一個相對穩(wěn)定的受力狀態(tài),封堵體本身不會出現(xiàn)張拉裂縫,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

4 經(jīng)驗與啟示

1) 導流洞下閘封堵是工程建設的關(guān)鍵環(huán)節(jié),閘門和進口段洞室結(jié)構(gòu)是封堵成功的安全保證。

2) 導流洞封堵是一項按照既定計劃設計和實施的項目,封堵工作一般從導流洞施工就開始,下閘時間由汛末變?yōu)檠辞氨仨毥?jīng)過充分論證和采取適當加固措施才能保證安全。

3) 導流洞封堵體施工時間要求很緊,要盡量做到體型設計簡單、施工方便,封堵工作盡可能在導流洞開挖和襯砌過程中完成,并保證質(zhì)量。

[1] 外摻氧化鎂混凝土不分橫縫拱壩技術(shù)導則：DB44/T 703—2010[S].

[2] 廣東省水電二局股份有限公司.混凝土配合比設計報告[R].廣州：廣東省水電二局股份有限公司.

[3] 廣東省水電二局股份有限公司.混凝土收縮膨脹試驗報告[R].廣州：廣東省水電二局股份有限公司.

(本文責任編輯 馬克俊)

Plugging Design and Construction of Flood Diversion Tunnel at the Lechang Gorge Hydro Project

LIU Lijie

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute,Guangzhou,510635,China)

Diversion tunnel of the Lechang Gorge Hydro Project, as a large project, is very rare to laying down the blocking gate during flood period. In the seven months from laying down the gate on March 23, 2012 to the completion of concreting the plugging body on November 7 2012, the project experienced a number of floods, particularly the June 23 flood, and it still successfully completed the blocking task and met the timeline of water storage a to generate electricity.From the aspects of designing the plugging body, meeting the taken measures,construction arrangement and the effect analysis when laying down the blocking gate during flood period.This article is a complete description of entire plugging process of the Lechang Gorge flood diversion tunnel. We hope the article can be a good reference to similar projects.

Legang Gorge,Diversion Tunnel, Blocking During Flood Period, Design and Construction

2016-01-11;

2016-01-25

劉力捷(1973),男,本科,高級工程師,主要從事水利水電工程施工組織設計工作。

TV672+.1

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1008-0112(2016)01-0044-05