水布垭导流隧洞进出口围堰施工技术

巴东水布垭水利枢纽导流隧洞进出口围堰施工技术

摘要：针对清江河水流陡涨陡落、河床狭窄、地质条件差的情况，描述了导流隧洞进、出口围堰轴线布置及基础处理设计与施工过程中的施工技术措施。

关键词：导流隧洞进出口围堰施工措施水布垭工程

1工程概况

导流隧洞是清江水布垭水利枢纽的重要临时建筑物，共有两条隧洞，布置在左岸，由进口明渠段（含进水塔、喇叭口）、洞身段、出口明渠段（含消力池）组成。进口底板高程为198m，出口底板高程为195m。

进口明渠全长86.199m（含进水塔长10m及喇叭口长15.5m），底板高程为195~198m。隧洞进口明渠与河床呈52°交角，设两个岸塔式进水口，进水塔顶高程240m米，每个闸室分为两孔，单孔过流尺寸为7.45×15.72m，中间墩厚4m，过流孔口由两个矩形断面渐变至一孔斜墙马蹄形断面（洞身段）。施工内容有进口高边坡及引水渠、进水塔、渐变段土石方开挖，混凝土浇筑、喷锚支护、固结灌浆、闸门金结安装等，除高边坡高程250m以上边坡开挖、支护施工以外，其他部位均要在围堰的保护下进行施工。

隧洞出口位于溢洪道泄槽段正下方，两条隧洞出口共用一个消力池，池中心线长60m，宽63m，底板高程191m。出口工程主要包括出口段正面边坡、侧面边坡、消力池的开挖、溢洪道泄槽段部分开挖、防淘墙明挖、洞挖工程和相应部位的混凝土工程及闸门安装。出口段上述部位除高程230以上高边坡开挖、支护以外，其余均要在出口围堰的保护下进行土石方开挖和混凝土施工。

进、出口围堰由施工单位自行设计和施工，属总价承包项目。这样施工单位就希望两条围堰的轴线长度在包络整个施工部位的同时，还要尽可能的短；围堰结构尺寸既要满足自身抗倾覆、抗滑、抗剪要求，又要经济合理。

导流隧洞进出口围堰设计洪水标准为20%，进口全年挡水水位219m。

2 水文、地质

清江处于鄂西暴雨区，水量充沛，多年平均降水量约1500mm，降水量年内分配不均，雨季4~9月降水量占全年的75~78%，其中5~8月降水量占全年的50~55%，7月雨量最多为200~300mm，冬季雨量较少，一般在20~30mm。每年6～9月为主汛期，洪峰陡涨陡落，11～4月为枯水期，多年平均流量299m3/s，实测最小流量26m3/s。

坝址全年10%、5%频率最大瞬时流量分别为9480m3/s，10800m3/s，3.3%频率最大瞬时流量11600 m3/s，0.5%频率最大瞬时流量14900 m3/s，0.2%频率最大瞬时流量16500 m3/s，11～4月时段，5%频率最大瞬时流量3960 m3/s。

导流洞进口一带，地下水位在198～200m左右，暴雨时抬高至215～220m。

导流隧洞进口围堰布置在明渠外岸坡地带，建基岩主要为栖霞组第9段硬岩，岩石条件较好。但岸坡一带其卸荷程度相对较高。进水塔建基岩体亦为栖霞组第9段硬岩，虽然岩体条件较好，但在2#导流洞口一带下伏厚度太薄，仅2.35m。围堰基础为瓦块状岩石，岩石倒悬。

从钻孔综合地质柱状图来看，出口围堰大部分基础座落在崩塌体上，崩塌体由大块石夹碎石、砂砾松散体组成，靠河床侧崩塌体厚达7.5m，靠山体侧厚在1.3~1.0m之间。出口围堰地质条件较进口围堰的要差得多。

wnb

2005年11月27日 19:36:45

2楼

3导流隧洞进口围堰设计

3.1导流标准选择

由于进口围堰设计为全年挡水围堰，故选择全年20%频率最大瞬时流量8040m3/s，相应的坝址水位高程215.6m，根据当前实测的流量Q=250m3/s对应理论水位高程199m，而实际高程203.2m，河道水位壅高4.2m，风浪爬高1.4m，按规范要求混凝土围堰安全超高0.3m，故上游导流隧洞进口围堰堰顶高程最终定为221.5m。

3.2 围堰结构型式

进口围堰为全年挡水围堰，要渡2002年汛期，再者导流洞进口位置相对出口段更为狭小，经过各种方案比较，采用混凝土重力式结构形式。

根据导流隧洞进口位置地质情况，围堰轴线位置覆盖层较薄，围堰沿轴线长度160.5m，基础最低岩石出露高程约201.0m，最大堰高20.5m，堰底最大宽度12.4m，堰顶宽2.0m，外侧垂直，内侧为1：0.70的坡度，进口围堰布置详见附图1。围堰每20m左右设横缝，1.0cm厚泡沫板分缝，塑料止水带止水。围堰基础进行防渗灌浆处理，灌浆施工平台根据地形条件确定，保证有3.0m盖重，选定W1~W2、W3~W4段高程209m，W2~W3段高程204.0m。在W2~W3段预留8米宽缺口，作为基坑开挖交通道路用，汛期前将其封堵。

4导流隧洞出口围堰设计

4.1导流时段选择

导流隧洞出口段分四个导流设计时段，2001年2月至9月，利用天然河床导流；2001年10月至2002年4月围堰挡水，束窄河床导流；2002年4月至9月，叠梁门挡水，基坑进水，河床导流；2002年10月基坑抽水，叠梁门拆除，随后拆除围堰，河床全断面导流。

4.2导流标准选择

导流隧洞是水布垭枢纽的重要临时建筑物之一，使用期为5年，为Ⅳ级临时建筑物；出口围堰为Ⅴ级临时建筑物。

按水利水电工程施工组织设计规范（SDJ338-89）要求：对于Ⅴ级临时建筑物，当采用混凝土围堰时，洪水重现期选择5～3年。由于出口围堰设计选择有效时段为2001年10月份至2002年4月底，避开了洪水时段施工，故选择11月～4月份5年洪水重现期，即20％频率最大瞬时流量为2640m3/s，相应的坝址水位为高程206.1m，考虑到河道淤塞水位壅高及围堰形成后水位抬高1.2m，风浪爬高1.4m，按规范要求混凝土围堰安全超高0.3m，故下游导流隧洞出口围堰堰顶高程最终定为高程209.0m。

wnb

2005年11月27日 19:37:20

3楼

4.3 出口围堰布置与结构设计

（1）围堰轴线布置原则

出口围堰轴线位置的选择根据清江河道地势狭窄，汛期洪水陡涨陡落的水情以及导流隧洞出口结构特性，既要满足消力池底板、左右边墙和右导墙及防淘墙槽挖和浇筑混凝土施工这个前提，又要保证清江河床汛期过流断面；而且还要经济上节约，技术上可行，围堰沿轴线方向长度171.65m，围堰布置详见附图2。

（2）围堰结构设计

由于导流隧洞进出口布置受河床地质限制，若是采用土石围堰，则围堰断面尺寸大，河床束窄过多，河床水位抬高，围堰高度和断面都要增加，不经济。经多方比较决定选用混凝土围堰。

围堰为重力式坝型，斜面坡比为1:0.61，堰底最大宽度8.0m，堰顶宽2.0m，外侧垂直，内侧为1：0.61的坡度。围堰结构水下部分为二级配混凝土，标号R28C20，水上部分为三级配片石混凝土，标号为R28C15，片石掺量不大于混凝土总量的25%。围堰20m左右设横缝一道，采用1.0cm厚泡沫板分缝，分缝处用塑料止水带止水。

5 出口围堰基础防渗灌浆

5.1防渗灌浆的设计

根据围堰轴线地层情况，为减少围堰基础渗水。围堰基础采用固结灌浆和帷幕灌浆的方式进行了防渗处理。

灌浆范围选择在围堰轴线范围内，灌浆轴线长171.65m。灌浆孔布置三排，中间一排为帷幕灌浆孔，布置在围堰轴线外侧2m处。由于防淘墙开挖最低高程在173m，所以帷幕灌浆先导孔孔底高程173m，帷幕灌浆底线高程为178m。固结灌浆设二排孔，第一、三排为固结灌浆孔。孔距2.5m，排距为3m,共176个孔，固结灌浆底线高程为189m。施工平台Ñ203m。后因防渗效果不理想，又进行了二次防渗帷幕灌浆，在围堰内侧增设支挡连续墙，墙体采用仰斜重力式墙高2~8m，顶宽3.61m，墙背坡度为1：0.3，墙面坡度为1：0.5。

5.2固结防渗灌浆施工

沿围堰轴线方向布置了两排固结灌浆孔,第一排即靠围堰外侧的一排共布置了62个固结灌浆孔，第二排靠围堰内侧共布置了60个固结灌浆孔，孔深11~15.6m，灌浆施工混凝土平台高程为203m。灌浆压力在0.3~0.5MPa之间，最终吸浆量在0.2~0.4L/min。灌浆材料：普硅32.5级水泥、砂、氯化钙、水玻璃。注入水泥746.5t，砂183.1t，水玻璃201Kg，氯化钙9303.4Kg，单位注入量水泥854.6Kg/m，砂208.65Kg/m，灌浆过程中未出现异常情况。

5.3一期防渗帷幕灌浆施工

在两排固结灌浆孔中间布置了一条防渗帷幕，共钻孔67个，孔口高程在203m，孔深一般在16m，最大孔深达29.8m，孔底高程最低处在173.2m，灌浆压力0.4~0.8MPa，吸浆量在0.2~0.4L/min。灌浆材料：普硅32.5级水泥、砂，注入水泥301.1t，砂209.6t，单位注入量水泥388.35 Kg/m，砂27.04 Kg/m，灌浆过程中未出现异常情况。

5.4灌浆效果及二次防渗帷幕灌浆施工

出口围堰在进行第一次防渗帷幕灌浆后，堰内渗水依然较大。从布置的9个检查孔的检查结果来看，通过固结和帷幕灌浆后对覆盖层防渗堵漏效果还算比较理想，但对基岩层的防渗效果却不够理想，穿过基岩段较厚的两个孔，渗漏量较大，用1：1水泥浆压浆漏浆量在50~60L/min之间，全孔压水检查漏量在40~60L/min，防淘墙的开挖由于槽内渗水严重而无法施工。对9个检查孔均采用全孔灌浆用1：1水泥浆，注入水泥20.0t。

于是采取二次灌浆施工措施。增加了16个帷幕灌浆孔灌浆平台是沿围堰内侧施工一混凝土连续墙，墙体采用仰斜式，详见附图2。帷幕孔沿平台顶距离围堰墙体0.5m处布置。孔口高程192.5~170.3m不等，灌浆最终压力在0.27~0.67MPa，最终吸浆量0.1~0.2L/min。注入C32.5水泥141.2t，单位注入量为414.18Kg/m,消耗水玻璃220Kg。

经二次帷幕灌浆以后，堰内渗水基本控制住了，施工部位设集水坑，以小型潜水泵即可确保混凝土浇筑基岩仓面无水。

wnb

2005年11月27日 19:37:46

4楼

6出口围堰堰体施工

6.1围堰基础开挖

围堰基础开挖采用长臂反铲反复清挖直至回水返清，从围堰开挖后测得的地形情况分析，围堰基础大部分位于高程197.0m左右，最低高程195.43m，围堰断面基础成不规则“V”字形。

6.2堰体混凝土施工

堰体混凝土浇筑分三期进行，高程198m以下水下混凝土浇筑为一期浇筑，高程198.0~203.0m为二期浇筑，待防渗灌浆施工完毕后进行高程203.0m以上的三期浇筑。

（1）堰体水下混凝土浇筑

根据出口围堰的布置位置及结构特点，结合目前清江水布垭坝址水位情况，水下混凝土最先施工。高程198m以下水下混凝土浇筑，主要分布在W2~W3间和W3~W4间一部分，按清挖出一段浇筑一段的程序，段与段之间连续浇筑。混凝土浇筑前，采用单层编织袋装细石碴料按结构尺寸进行码放，作为简易模板。水下混凝土为R28 200#，二级配。混凝土入仓浇筑时，先从W2点附近部位开始，采取端进法逐渐向另一端推移，16t自卸车直接入仓，用混凝土赶水。

（2）堰体水上片石混凝土施工

围堰高程198.0m以上水上部分，水上混凝土分两部分浇筑，混凝土浇筑至Ñ203.0m，作为防渗灌浆施工平台。待灌浆施工完毕后，再进行高程203.0m以上的混凝土浇筑。混凝土入仓采用自卸车运输，反铲入仓，清洗后的块石采用反铲辅以人工均匀投放在混凝土仓内。

因导流隧洞出口叠梁门在2002年10月份拆除，拆除时需将基坑内水排干，为了减少基坑一次性抽排水量，在围堰高程205.0m高程预埋两根φ400mm排水钢管，钢管出口各安装一个手动闸阀。

出口围堰于2001年10月3日开工，期间进行的固结灌浆在2001年10月25日开始，于2001年11月29日结束，一期帷幕灌浆于2001年11月9日开始，于2001年11月30日结束，第二期灌浆在2002年1月3日开始，于2002年2月8日结束，于2002年3月15日混凝土完工，围堰形成。

6.3汛期围堰堰体加固措施

围堰在运行其间由于堰体外侧基础遭遇洪水冲刷，做了三次加固处理。

2002年2月20日清江上游连降暴雨，河水陡涨，围堰W2点附近冲刷严重，因此在围堰W2点上游8m至点下游7m计15m范围内码放钢筋石笼护脚。尺寸为1´1´3m钢筋石笼，采用F20mm钢筋做主筋，F16mm钢筋做副筋。

2002年4月10日清江河再次涨水，造成W3点以上15m范围围堰基础冲刷严重，按上述同样方法码放钢筋石笼。

2002年6月3日清江河又一次降大雨，河水陡涨，上两次码放的钢筋石笼下沉，为确保围堰安全，又一次将W2点上游钢筋石笼延长了8m，这一次将W2-W3外侧码放的钢筋石笼,将笼与笼之间用钢筋焊接连成整体，并在W2点附近冲刷最严重的20m范围钢筋笼顶部浇筑盖重钢筋混凝土，标号为C15，厚度1m，宽5m，布置F16mm钢筋网。最后又在外侧抛投大块石护底。

结束语：水布垭导流隧洞进出口过流工程已于2002年10月10日以前按合同工期完工，主体工程于2002年10月26日顺利截流。导流隧洞进出围堰的设计是可行的，运行是可靠的，确保了导流隧洞进出口工程按期完工。