長河壩水電站初期導流洞封堵施工組織

王亞威/中國水利水電第五工程局有限公司

【摘　要】　長河壩水電站初期導流洞封堵施工面臨洞口回水深、洞內(nèi)滲漏量大、洞內(nèi)道路填筑方量大、距離遠、施工環(huán)境惡劣、工期緊強度高等諸多難題。本工程充分利用洞外地形提前拆除邊墻及橋墩，創(chuàng)造了1號和2號導流洞同時進洞施工的條件，并采用進洞道路填筑與抽水強排并用、加高洞內(nèi)臨時圍堰、新增臨時排水鋼管以及科學合理調(diào)配等措施進行封堵施工，既保證了封堵實體質(zhì)量，又大大縮短了施工工期，為大壩提前蓄水提供了保障。

【關鍵詞】　長河壩　初期導流洞　封堵　滲漏量大　工期緊

1　工程概述

1.1　工程概況

長河壩水電站初期導流洞有兩條，分別為1號導流洞和2號導流洞，均位于大壩右岸，在施工期承擔導流作用。兩條導流洞均為城門洞形斷面，圓心角120°，斷面最大尺寸為16m×16.5m，封堵部位斷面尺寸為12m×14.65m，進口高程為1482.00m，出口高程為1475.00m。1號導流洞全長1061.08m，縱坡坡度6.60‰；2號導流洞全長1235.41m，縱坡坡度5.66‰（表1）。

1號導流洞堵頭位于右岸帷幕灌漿軸線處，2號導流洞堵頭通過將帷幕軸線下移后布置在帷幕軸線處。堵頭的封堵位置如圖1所示。

1.2　施工難點

在2015—2016年枯水期初期導流洞檢修施工中，洞內(nèi)基本無滲水，且單洞過流情況下，出口水位基本為下游黃金坪電站庫水位（約1476.00m），比導流洞出口底板高程（1475.00m）高出1m左右。

初期導流洞于2016年10月26日下閘成功，相比檢修施工，本次封堵施工工況復雜，施工難點多。

1.2.1　受中導洞過流及下游庫水位影響，初導洞出口水位高

1號和2號導流洞下閘成功后，其出口水位為1475.40m，僅比導流洞出口底板（高程1475.00m）高出0.4m。但是，2016年10月27日凌晨2點，位于初導洞下游500m處的中期導流洞過水后，受回水影響，初期導流洞出口水位上升至1479.80m，洞口水深高達4.8m，給快速進洞施工帶來極大困難。

1.2.2　洞內(nèi)滲漏量大

技術員通過乘坐浮船進洞勘察發(fā)現(xiàn)，1號、2號導流洞洞內(nèi)臨時堵頭上游大部分排水孔向外呈水柱形有壓排水。經(jīng)現(xiàn)場測算，1號導流洞堵頭上游滲漏量達2.1m3/s，2號導流洞堵頭上游滲漏量達1.2m3/s，給封堵施工帶來了極大困難。

1.2.3　洞口圍堰道路及進洞道路填筑方量大、距離遠

初期導流洞出口部位受水流多年沖刷，淘刷嚴重，形成了大范圍的沖坑，最大深度達15m，填筑方量達28萬m3；1號和2號導流洞堵頭位置分別距離洞口500m和520m，進洞道路長且窄，給洞內(nèi)道路填筑、材料運輸、臨建布設等施工帶來了極大困難。

1.2.4　施工環(huán)境惡劣

大多數(shù)施工作業(yè)為水上作業(yè)或空中作業(yè)，如前期材料運輸、排水鋼管架設、模板架設等均為水上作業(yè)，而架管搭設、泵管安裝、止水刻槽及安裝等均為高空作業(yè)；施工空間小，煙塵多，噪聲大。

1.2.5　工期緊、任務重

為滿足提前發(fā)電目標，下閘后需在20天內(nèi)完成臨時堵頭澆筑、30天內(nèi)完成永久堵頭第一段第2層（累計高度6m）澆筑、50天內(nèi)完成永久堵頭第一段第四層（累計高度12.5m）以及永久堵頭第二段第2層（累計高度6m）澆筑等目標，且須進行底板拆除、邊墻鑿毛、止水刻槽等施工。

2　施工組織

面對施工工況改變帶來的洞出口水位高、洞內(nèi)滲漏量大、施工環(huán)境惡劣、工期緊等難題，本工程充分利用洞外地形提前拆除邊墻及橋墩，創(chuàng)造了1號和2號導流洞同時進洞施工的條件，并采用進洞道路填筑與抽水強排并用、加高洞內(nèi)臨時圍堰、新增臨時排水鋼管以及科學合理調(diào)配等措施進行封堵施工，既保證了封堵實體質(zhì)量，又大大縮短了施工工期，為大壩提前蓄水提供了保障。

2.1　道路填筑

初期導流洞道路填筑包括1號、2號導流洞洞內(nèi)道路填筑和洞口圍堰道路填筑。

2.1.1　就近儲備填筑料

初期導流洞出口部位受水流長期沖刷形成了大范圍的沖坑，深度約15m，致使洞口圍堰填筑工程量大大增加。而料場距離洞口較遠，將很大程度上影響導流洞封堵直線工期。為此，本工程在大壩下游圍堰平臺備存17萬m3填筑料。

2.1.2　提前拆除邊墻及橋墩

在初導洞下閘前，通過對初導洞洞口地形勘察分析，決定分別對1號導流洞左岸側邊墻及橋墩、2號導流洞右岸側邊墻及橋墩進行提前爆破拆除至1477.00m高程，并對其施工道路提前進行降面處理，爭取第一時間分別從1號導流洞左岸邊墻及2號導流洞右岸邊墻處直接開始進行導流洞出口的圍堰填筑，以實現(xiàn)提前進洞、縮短工期的目的。

2.1.3　2號導流洞封閉施工

初期導流洞下閘后，位于右岸的中期導流洞將在24h內(nèi)過流，從而阻斷從右岸到2號導流洞的施工道路，進而影響2號導流洞的施工進度。為保證2號導流洞不受中導洞過流影響而實現(xiàn)快速施工，在右岸安全區(qū)內(nèi)預備填筑料以及機械設備，并利用浮船從大壩下游圍堰運送施工人員往返右岸，進行短期封閉施工。

2.1.4　填筑施工

下閘成功后，初期導流洞出口水位為1475.40m，僅比導流洞出口底板（高程1475.00m）高出0.4m，施工按照原定方案分別從1號和2號快速進洞道路進行降面處理，同時進行圍堰道路的填筑。

2016年10月27日凌晨2點，中期導流洞過水，其回水導致初期導流洞出口水位上升至1479.80m，高出導流洞出口底板4.8m，原定方案失效，分別將1號和2號快速進洞道路加高至1480.50m，并逐步向洞內(nèi)單側平起填筑（1號洞道路布置在左岸側，2號洞道路布置在右岸側），并在洞口道路填筑一側形成閉氣。

洞內(nèi)道路填筑路面寬度7～8m，洞外圍堰填筑路面寬度約12m，高程均為1480.50m。

2.2　洞口抽水強排

2016年10月28日，洞內(nèi)道路填筑150m后，發(fā)現(xiàn)道路端頭水位有所抬高，道路填筑高程隨之增高；且此時，因洞內(nèi)填筑道路變長，自卸汽車和推土機交叉作業(yè)影響變大，填筑效率明顯降低，直接影響施工進度。因此，考慮兼用洞口抽水強排的措施降低洞內(nèi)水位，從而創(chuàng)造堵頭施工環(huán)境，減少填筑量，保證施工進度。

2.2.1　洞口抽水強排可行性分析

洞內(nèi)水位降至堵頭底板高程（1477.30m）以下后，可近似認為堵頭范圍及其上游段水流為明渠均勻流。利用明渠均勻流基本公式和滲漏量即可得出這種工況下堵頭范圍內(nèi)的理論正常水深，其計算結果見表2。

從上述計算可知，進行抽水強排后，1號、2號導流洞堵頭范圍內(nèi)水深僅有10～13cm，便于洞內(nèi)臨時圍堰和排水鋼管施工。

2.2.2　洞口抽水強排措施

根據(jù)導流洞滲漏情況，分別在1號、2號導流洞洞口布置總排量8040m3/h的9臺水泵和總排量4560m3/h的5臺水泵進行強排，將泵前水位維持在1477.00m高程以下。同時，在道路填筑施工中，采用反鏟梳理排水溝，保證排水溝的寬度和深度，防止底部局部抬高形成逆坡，進而影響抽排效果；在進洞道路需要拓寬的區(qū)域（如回車道、混凝土地泵臺、供風臺等）預埋2～5根?100的涵管，保證其過流能力。這些措施的采用，既能有效降低排水渠內(nèi)水深，又減小了堵頭下游側水位涌高。

洞口抽水強排穩(wěn)定后，實測1號、2號導流洞堵頭中間范圍水深分別為18cm、12cm，基本具備施工條件。

2.3　洞內(nèi)臨時圍堰施工

洞口抽水強排穩(wěn)定后，1號、2號導流洞堵頭范圍內(nèi)水深雖然只有12～18cm，但是依舊無法滿足臨時堵頭干地澆筑的施工環(huán)境。因此，需采用在臨時堵頭上游側布設臨時圍堰并通過引流的方式創(chuàng)造臨時堵頭干地澆筑的施工環(huán)境。

2.3.1　洞內(nèi)臨時圍堰形象

1號導流洞永久堵頭范圍內(nèi)底板保存良好，采用爆破進行拆除。為防止爆破影響，1號導流洞采用臨時排水鋼管進行引流。1號導流洞臨時圍堰澆筑完成形象如圖2所示。

2號導流洞永久堵頭范圍內(nèi)底板淘刷嚴重，在右岸側形成沖坑，左岸側約3.5m寬范圍保存良好，采用破碎錘進行拆除。因受底板拆除施工影響小，2號導流洞采用縱向圍堰進行引流。2號導流洞臨時圍堰澆筑完成形象如圖3所示。

2.3.2　上游臨時圍堰堰高確定

1號導流洞臨時堵頭施工過程中，只有2根?630的永久排水鋼管進行過流，且管路進口中心離地面約1.0m，而堵頭上游滲漏量為2.1m3/s，單管需承擔1.05m3/s的過流能力。根據(jù)設計給出的?630排水鋼管在淹沒出流的工況下過流能力計算表結果，上游水深約5.7m。因此設計給出了1號導流洞上游臨時圍堰“堰高7m、頂寬1m，底寬6m”的要求。

2號導流洞堵頭上游滲漏量為1.2m3/s，同理可得上游水深約2.9m。考慮到2號導流洞滲漏量可能進一步增加，設計給出了2號導流洞上游臨時圍堰“堰高5m、頂寬1m，底寬4.5m”的要求。

2.3.3　上游臨時圍堰分層施工

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，1號導流洞上游圍堰共分3層進行澆筑，從下至上層厚為3m、2m和2m。為了不影響第二、三層澆筑，采用在第一層內(nèi)預埋?630臨時排水鋼管的形式增大過流能力，最終達到降低上游水深至3m以下的目的。上游水位為3m的情況下，至少需4根?630的排水鋼管過流，因此施工中在1號導流洞右岸側增設2根?630的臨時排水鋼管，同時為增大其過流能力，將其軸線到底板的距離降為0.5m。

2號導流洞上游圍堰共分2層進行澆筑，從下至上層厚為3m、2m。在其左岸側增設2根?630的臨時排水鋼管。

2.3.4　上游臨時圍堰第一層分段施工

1號導流洞上游臨時圍堰第一層若采用整體澆筑的方式進行，上游水深高達2.5m，勢必會對上游模板產(chǎn)生巨大壓力，致使倉內(nèi)產(chǎn)生大量滲水，進而影響混凝土澆筑。本工程采用在左岸側預留缺口的形式進行分段澆筑，以保證第一段混凝土澆筑時上游水深不大于0.5m。通過明渠均勻流基本公式粗略計算缺口寬度至少需達到1.7m，實際施工中預留2.0m寬，實測上游水深只有0.43m。預留缺口澆筑時，分別用整塊鋼板和棉絮對缺口進行封堵，并迅速澆筑混凝土。實際施工中，混凝土澆筑速度遠遠超過上游水深上升速度，因此澆筑效果良好，未發(fā)現(xiàn)有滲水通道。

2號導流洞上游臨時圍堰第一層也采用分段澆筑，預留缺口為2.0m。

2.3.5　2號導流洞縱向圍堰堰高確定

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，2號導流洞采用縱向圍堰引流，過水渠寬2m，通過明渠均勻流基本公式計算過水渠內(nèi)水深約0.31m，考慮局部涌水和超高，確定縱向圍堰堰高為0.5m。

2.3.6　下游臨時圍堰施工

待上游臨時圍堰澆筑完成并達到一定強度后，關閉中間兩根永久排水鋼管蝶閥，進行下游臨時圍堰施工。為方便后續(xù)排水鋼管的拆裝，下游臨時圍堰采用混凝土與編織袋相結合的方式進行閉氣，形成干地施工環(huán)境。

2.4　永久堵頭段原導流洞混凝土底板拆除

按設計要求，永久堵頭范圍內(nèi)原導流洞底板混凝土均需進行拆除。考慮到1號導流洞永久堵頭底板混凝土保存良好，采用爆破進行拆除；2號導流洞永久堵頭底板混凝土沖毀嚴重，采用破碎錘進行拆除。以下著重介紹1號導流洞底板爆破拆除施工。

1號導流洞底板利用YT-28手風鉆進行造孔，裝藥爆破后，采用破碎錘配合人工進行鋼筋切割和底板拆除。考慮到原襯砌混凝土內(nèi)布置雙排鋼筋，底板爆破存在損壞臨時排水鋼管和拉裂邊墻等巨大安全隱患，本工程采用以下措施給予避免：

（1）底板切縫。利用墻鋸分別沿排水鋼管、倒角以及永久堵頭與臨時堵頭分界線進行底板切縫（圖4）。

（2）鉆斜向炮孔。利用YT-28手風鉆背向臨時排水鋼管鉆斜向炮孔（圖4）。

（3）充分利用原襯砌混凝土施工橫縫進行分區(qū)爆破。

（4）確定合理的爆破參數(shù)（表3）。

（5）爆破前利用竹夾板、炮被等覆蓋臨時排水鋼管。

1號導流洞底板爆破完成后，從上游至下游進行底板左岸側清渣至基巖，并同步進行永久排水鋼管安裝。永久堵頭安裝通水后，關閉臨時排水鋼管蝶閥并拆除臨時排水鋼管，最后進行右岸側剩余底板拆除。

2號導流洞利用破碎錘配合人工的方式，從上游至下游進行底板右岸側沖坑清理，并同步進行永久排水鋼管安裝。永久堵頭安裝通水后，關閉臨時排水鋼管蝶閥并拆除縱向圍堰，最后進行左岸側剩余底板拆除。

2.5　其他施工項目

2.5.1　原襯砌混凝土掏槽

本工程分別使用墻鋸、電鎬、爆破三種形式進行對比施工（表4）。

考慮到工期緊，本工程采用爆破的形式進行原襯砌混凝土掏槽施工，同時采用加密炮眼、減少單孔裝藥量的措施保證掏槽質(zhì)量。

2.5.2　止水止?jié){銅片安裝

本工程止水止?jié){銅片布設情況見表5。

永久堵頭每段上游側環(huán)向止水止?jié){銅片安裝采用掏槽并回填細石混凝土的方式進行。其余止?jié){銅片安裝借鑒官地水電站施工經(jīng)驗，將止水做成L形，利用膨脹螺栓加橡膠片、鋼板壓板固定的方法進行施工，如圖5所示。

2.5.3　永久堵頭邊墻鑿毛

為加快施工進度，本工程采用破碎錘振動的方式進行原襯砌混凝土邊墻鑿毛施工，鑿毛速度快、效果好。因為破碎錘工作范圍有限，剩余邊墻和頂拱采用人工借助電鉆、風鎬進行鑿毛。

2.5.4　臨時堵頭澆筑

臨時堵頭進行整體澆筑，每條導流洞布置兩臺電機拖式混凝土泵，澆筑于2016年11月19日全部完成，雙洞澆筑總量約0.8萬m3。

2.5.5　永久堵頭澆筑

永久堵頭進行分段分層澆筑，每條導流洞布置兩臺電機拖式混凝土泵，澆筑于2016年12月22日全部完成，雙洞澆筑總量約2.1萬m3。

3　結語

長河壩水電站初期導流洞封堵施工在特殊工況下順利完成，為類似工程提供了一整套封堵施工經(jīng)驗。

（1）為保證大壩提前蓄水目標，先后采用提前儲備填筑料、提前拆除邊墻及橋墩、浮船運輸材料、通過聯(lián)系孔臨時供電等措施實現(xiàn)快速進洞施工。

（2）1號、2號洞在原設計2根中間排水鋼管的基礎上，均新增2根臨時排水鋼管，靠邊墻布置。一方面，降低了上游水位，方便臨時圍堰澆筑施工；另一方面，為底板拆除施工提供場地。

（3）封堵施工中，可利用水力學知識對施工方案進行論證，確保施工方案的可行性。

（4）2016年11月9日，中導洞調(diào)控減小下泄流量，導致初導洞洞口水位迅速上漲，2號導流洞被淹。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，受水流沖刷，在中期導流洞下游形成一道高坎（高程約1481.50m），比初期導流洞洞口閉氣圍堰（高程約1480.50m）高出1.0m，控泄后挑距變小，中期導流洞下泄水落入高坎上游，使初導洞洞口水位迅速抬升。因此作者建議在施工前應充分分析和論證中期導流洞等洞室出水的影響，以便提前做好加高圍堰、備置排水設施、控泄預警等工作，避免不必要的損失。