肯斯瓦特水利樞紐工程導流洞下閘封堵施工技術(shù)及經(jīng)驗

王 軍

(新疆農(nóng)八師肯斯瓦特水利樞紐工程建設管理局,新疆 石河子 832000)

文章編號：1006—2610(2015)03—0045—04

肯斯瓦特水利樞紐工程導流洞下閘封堵施工技術(shù)及經(jīng)驗

王 軍

(新疆農(nóng)八師肯斯瓦特水利樞紐工程建設管理局,新疆 石河子 832000)

結(jié)合新疆肯斯瓦特水利樞紐2次下閘封堵的施工過程，從結(jié)構(gòu)設計、下閘準備和實施堵漏3個方面討論下閘和封堵中應當著重注意的事項，為類似工程提供一些參考和借鑒。

導流洞；封堵；下閘；肯斯瓦特水利樞紐工程

1 工程概況

肯斯瓦特水利樞紐工程位于新疆昌吉州瑪納斯縣和塔城地區(qū)沙灣縣界河——瑪納斯河中游的肯斯瓦特河段，壩址以上流域面積4 637 km2, 多年平均年徑流量12.21億m3，具有防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用功能。樞紐工程由攔河壩、右岸溢洪道、泄洪洞、發(fā)電引水系統(tǒng)組成。水庫正常蓄水位990 m，最大壩高129.4 m，總庫容1.88億m3，電站裝機容量100 MW，屬大(2)型Ⅱ等工程。導流洞布置在大壩左岸，以“龍?zhí)ь^”形式與泄洪洞相結(jié)合，由閘井段、洞身段、出口明渠段和消能段組成。導流洞洞身段長903.5 m，其中洞身段0+570 m樁號以后的洞段與泄洪洞以龍?zhí)ь^式相結(jié)合。

導流洞洞身段為城門洞形，過水斷面6 m×6.7 m。依據(jù)地質(zhì)條件和導流洞與永久建筑物結(jié)合的要求，隧洞底板2.5 m高以下的部分采用摻有HF外加劑的C40混凝土，以上的部分為C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.8～1.2 m，縱坡0.95%。導流洞進口采用岸塔式進水塔，塔高30 m。進口底板高程為880.00 m。設一扇平板滑動鋼閘門，孔口尺寸6 m×5.4 m，面板布置在下游，水封采用P型水封后止水，閘門在882.6 m水位以下關(guān)閉，啟閉設備選用2×630 kN的雙吊點固定卷揚式啟閉機操作，保證在水位上升至進水塔頂高程時，能夠順利提升閘門。導流洞工程于2009年10月開工，2010年10月26日順利實現(xiàn)導流。大壩工程于2011年4月開始填筑，至2014年9月大壩已填筑至996 m的設計高程，一期面板已全部完工，二期面板分縫止水尚未完成，已完成下閘蓄水安全鑒定，具備下閘蓄水條件。

2 下閘及封堵時段的選擇

按照《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》中對水庫下閘蓄水時段的要求“下閘及封堵時段宜選擇在汛后枯水期初”，考慮到水庫庫容及下游生態(tài)用水等因素，通常情況下，業(yè)主方為水庫早日達到設計蓄水水位，使水利工程盡快發(fā)揮效益，均傾向于選擇較早的蓄水時段，但是較大的來水流量也使得下閘后水位上升速度較快，留給下閘后的閘門缺陷處理和堵漏時間很短，容易造成部分小的缺陷來不及處理而釀成較大的事故。因此，在選擇下閘及封堵時段時，也應當將下閘過程中的缺陷處理和堵漏時間作為一個影響因素。

肯斯瓦特水利樞紐工程所在的瑪納斯河9月底開始進入枯水期，該時段河道來水量較穩(wěn)定，重現(xiàn)期5年一遇的旬平均流量為36.0 m3/s，10年一遇的旬平均流量為39.5 m3/s，5年一遇和10年一遇洪水相差不大，故選擇重現(xiàn)期10年一遇標準，相應截流流量為39.5 m3/s，下閘時間初步確定為2014年10月1日，通過查閱水庫庫容-水位曲線得知，從下閘到水位上升至啟閉機平臺大約為48 h。但由于2014年新疆北疆地區(qū)遭遇了30年一遇的大旱，為保證下游的農(nóng)業(yè)灌溉，被迫將下閘蓄水日期推遲至12月16日，此時大河來水流量為15 m3/s，可以推算出從下閘到水位上升至啟閉機平臺時間延長為96 h，給導流洞下閘堵漏留有充足的時間，但是由于進入冬季后的氣溫急速降低，給導流洞堵頭混凝土施工帶來了一定的困難。

3 導流洞下閘前的準備

導流洞下閘后，閘前水位上升至啟閉機平臺的時間較短，通常預留給處理閘門缺陷和堵漏工期極為緊張，很難有試驗和返工的條件。同時受場地等條件限制，各種堵漏材料的堆放和機械設備使用存在著較大的困難，因此，對下閘后可能出現(xiàn)的各種情況要有充分的科學分析、周密考慮、嚴密組織，必須做到堵漏一次成功和萬無一失。

導流洞下閘前的準備工作主要由以下幾個方面：

(1) 門槽檢查、清理，摸清水下門槽及混凝土被水流沖刷情況，并提前研究相應的應急措施，確保下閘一次成功。

肯斯瓦特水利樞紐導流洞12月16日下閘前，對閘門和閘槽進行了檢查，檢查的方式主要以肉眼觀察為主，以鋼釬插搗輔助。檢查結(jié)果為閘門結(jié)構(gòu)部分完好，P型止水橡膠完整，彈性良好，未出現(xiàn)老化等跡象。水面以上部分的閘槽包括門楣雖然有水流沖刷的痕跡，但并未產(chǎn)生損壞，水面以下閘槽內(nèi)的保護門槽已不知去向，估計為洪水期間被大的樹木撞擊后被水流沖出帶走，通過鋼釬插搗，感覺水下門槽和底板表面較為光滑，未發(fā)現(xiàn)明顯的坑槽和雜物堆積，只是在插搗閘底板時，發(fā)現(xiàn)一側(cè)的閘底板硬度有細微的區(qū)別，總體上看，閘槽磨損較為輕微，不影響閘門的下閘封堵。

(2) 堵漏材料的選擇。通過對類似工程堵漏的經(jīng)驗分析，在閘門堵漏材料分別選用了柔性料卷、袋裝爐渣和黃土3種材料，其中柔性料卷專門適用于截堵閘底板上小于10 cm坑槽，其布置在閘門上游面距地緣1 m處沿閘門寬度方向，設置一長度與閘門寬度相同、直徑約40 cm的柔性材料卷，材料卷以粗鐵絲為骨心，用濕棉絮鋪砂土等物裹卷，外用細帆布、麻袋麻繩捆包，兩端的鐵絲固定于閘門頂部，待閘門落到閘底后，即解開鐵絲，料卷即以自重落至閘門底止水前，通過水流的帶動和吸附作用，起到迅速填堵坑槽的作用。

選擇爐渣作為堵漏材料是因為同砂礫石相比較，具有自重輕，在水流中停留時間較長以及容易受到水流帶動和吸附等特點，在閘門堵漏中得到了一定的經(jīng)驗。

袋裝爐渣主要用于封堵閘門底止水較大的坑槽，散裝爐渣主要用于封堵頂止水、側(cè)止水以及填充袋裝爐渣之間的縫隙，爐渣數(shù)量是以最不利的情況準備，即將閘門上游側(cè)全部填滿至大三角形來考慮，本工程共準備了160 m3爐渣，袋裝爐渣約100 m3，散裝爐渣約60 m3。黃土的主要作用為覆蓋在爐渣表面，減小爐渣的滲透流量。上述材料在下閘前均準備好并堆放至最上層的啟閉機平臺上。

(3) 下閘及堵漏施工人員的準備及分組。下閘工作涉及到多工種工作，施工場地極為狹窄，應當在下閘前合理地進行分工分組，各組間各司其職，各負其責，減少相互干擾，同時也避免發(fā)生安全事故。肯斯瓦特水利樞紐工程在下閘前共分了3個工作組。第1組為機電設備操作組，主要負責閘門等機電設備的操作，包括通過通氣孔架設照明燈具和通信線路，使得下閘后能夠迅速觀察到閘后的漏水情況；第2組為堵漏施工組，主要負責在下閘后，根據(jù)觀察和指揮組的指揮，盡快地將各種堵漏物資按要求進行拋填；第3組為觀察指揮組，主要負責下閘后，穿戴好防水服裝盡快到達閘后，觀察閘門漏水水量和位置，并指揮堵漏施工組定點拋填堵漏。

4 下閘及堵漏施工技術(shù)

在完成下閘前的各項準備工作后，即可下閘工作。

第1次下閘?？纤雇咛厮麡屑~工程12月16日早10：00開始下閘，12：00閘門開度儀顯示閘門降落至閘底板，下午16：00，觀察指揮組到達閘后，發(fā)現(xiàn)閘底板鋪設的厚度為24 mm鋼板在左側(cè)位置有50 cm寬度被撕裂并向后翻起，形成了主要的漏水點，漏水量約為0.5 m3/s，頂止水、側(cè)止水及其余部分的底止水有少量的滲水，可忽略不計，初步判斷底止水沖蝕坑槽寬度50 cm，深度約25 cm，柔性材料卷未按預設狀態(tài)發(fā)揮作用，指揮堵漏施工組向漏水點定點拋填袋裝爐渣，隨之漏水量逐步減小至0.1 m3/s，隨后繼續(xù)拋填散裝爐渣和黃土，漏水量繼續(xù)減少至0，頂止水和側(cè)止水原來少量的滲水也完全消失。因此認為閘門封堵成功。然而，在下閘后的約72 h，水位上升至25 m時，原本封堵完好的閘門突然開始漏水，出現(xiàn)高速射流現(xiàn)象，水霧噴射距離約有40 m，并且伴有尖銳轟鳴聲，水量也迅速增大至1.5 m3/s，給其后混凝土堵頭施工人員造成巨大的心理恐懼感，不斷地再次拋投袋裝、散裝爐渣等封堵材料，漏水量未見減少，漏水顏色也不再發(fā)生變化，可以斷定再次拋填的堵漏材料沒有到達預設位置。

根據(jù)孔口過流公式估算可能的最大漏水量：

式中：Q為孔口流量；α為孔口流量系數(shù)；A為孔口過流面積；g為重力加速度；h為閘前水頭。

由上述公式可知，閘底板坑槽漏水量與水頭的1/2次方成正比，當前水頭為27 m，流量約1.5 m3/s，當水頭上升至限制水位64 m時，估算流量將達到2.31 m3/s，雖然也處在可處理的范圍內(nèi)，但上述估算是假定坑槽的形狀和面積在此過程中不發(fā)生變化前提下，隨著水頭增高，壓力和流速增大，坑槽發(fā)生混凝土沖蝕破壞可能性也在不斷加大，一旦發(fā)生此類情況，后果難以預料和控制。為確保萬無一失，經(jīng)研究決定提出閘門，放空水庫，重新進行下閘。

在隨后的原因分析會上，我們總結(jié)第1次下閘失敗的原因有以下幾點：

(1) 準備工作不充分。在進行閘底板插搗檢查時就已感覺左側(cè)閘底板有異，但未發(fā)現(xiàn)有凸起和凹下部分，沒有引起足夠的重視，現(xiàn)在分析，可能是由于大河流量小，流速較低，部分小顆粒的砂礫石填塞至坑槽內(nèi)，鋼釬插搗不夠仔細，未能發(fā)現(xiàn)這一問題。下閘后，散裝爐渣填塞了砂礫石間的縫隙，造成封堵成功的假象，但隨著水壓力的增大，坑槽內(nèi)原來穩(wěn)定的散粒體發(fā)生剪切破壞，因此閘門出現(xiàn)了突然的漏水現(xiàn)象。

(2) 封堵材料拋填的不夠準確和及時。第1次拋填材料封堵見效后，沒有及時地將全部堵漏材料一次拋填完成。當發(fā)生再次滲漏后，水位已大幅度的上升，袋裝爐渣容重較輕，定位能力較差，并且閘門頂距前胸墻只有45 cm的間隙，部分袋裝爐渣受到阻卡后即擔空在閘門頂部和前胸墻間，其后拋填的爐渣已不能落至閘底止水處，也就是在發(fā)生滲漏再次拋填沒有效果的原因。

(3) 本工程閘門為后止水，面板設置在閘門下游側(cè)，設計單位由于缺乏設計經(jīng)驗，將閘門橫隔板上全部開了漏水孔，這樣就造成再將閘門包括頂部全部填埋在封堵材料前，由于閘門上下聯(lián)通，堵漏材料無法發(fā)揮作用。

第2次下閘。通過分析第1次下閘失敗的原因，第2次下閘前，采取了以下措施

(1) 用鋼板封閉了閘門橫隔板上的全部排水孔，以保證堵漏材料在填堵至閘門最下一層橫隔板后，就能夠迅速封堵閘門底板漏水。

(2) 在閘底板坑槽對應的閘門底止水處每隔10 cm加焊了垂直方向的直徑40 mm的鋼管，并在其中插入32 mm的可上下活動的螺紋鋼，當閘門降至閘底板時，螺紋鋼可插入底部的坑槽，減少發(fā)生剪切破壞的可能性。

(3) 將原來全部堆放在啟閉機平臺上各種封堵材料分配堆放至導流洞閘井下部的幾個平臺上，一方面可以加快封堵材料的拋填速度，另一方面也增加了定點拋填的精度。

(4) 在閘門頂和前胸墻上裝設了導向板，避免了拋填的袋裝爐渣擱置和堆疊在閘門頂部和胸墻之間，從啟閉機平臺向下至閘門頂部架設了一趟溜槽，專門用于定點拋投散裝爐渣，避免爐渣在水中分散。

完成上述準備工作后，12月21日再次下閘，通過閘后的觀測，閘門漏水點和漏水量同第1次基本一樣，進行初次拋填后，漏水量從0.5 m3/s下降至0，在閘后使用鐵錘垂直敲打插在鋼管中的鋼筋，使之盡可能地釘入地板的坑槽內(nèi)，隨后，在漏水點后鋪設麻袋，并在其上使用編織袋裝混凝土堆疊壓重，沒有使用混凝土現(xiàn)澆的原因是擔心隨著閘前水位的上升，產(chǎn)生新的滲漏后，造成混凝土破壞。在閘前不斷地拋填堵漏材料的同時，不斷地利用鉛垂測量閘前堵漏材料的堆積高度，當堵漏材料已堆積至閘門頂部，閘前已形成完整的三角體時，堵漏材料的拋填工作即告結(jié)束。為掌握滲漏情況，在閘后設置了專門的值班觀測組，通過觀察，隨著閘前水位的上升，重新又出現(xiàn)了滲水現(xiàn)象，但直至導流洞堵頭施工完成，最大滲漏水量沒有超過0.2 m3/s，水流平穩(wěn)無聲，沒有出現(xiàn)高速射流現(xiàn)象，對導流洞堵頭的施工沒有造成任何影響，第2次下閘圓滿成功，完成封堵后的閘門見圖1。

圖1 完成封堵后的閘門圖

5 結(jié) 語

(1) 肯斯瓦特水利樞紐導流洞閘底板采用了厚度為24 mm的鋼板作為護襯，但是沒有經(jīng)受住4個洪水期泥沙的沖蝕磨損，造成了較為嚴重的損害，給下閘封堵帶來了一定的困難。分析其原因，一方面鋼板厚度不足導致?lián)p壞，另一方面，鋼板下的混凝土受限于澆筑條件，水灰比過大并且不夠飽滿，抗沖耐磨能力較弱，造成鋼板磨穿后，混凝土也迅速破壞。在肯斯瓦特水利樞紐下游、與導流洞同等環(huán)境和條件的一級水電站采用了在高標號混凝土上用環(huán)氧砂漿粘貼200 mm×200 mm×50 mm鑄鐵塊的抗磨結(jié)構(gòu)，經(jīng)過3 a的運行，取得了良好的效果，因此，在多泥沙和推移質(zhì)的河流上可考慮一級水電站的方案。

(2) 閘槽和閘底板的檢查、清理是準備工作的重點，特別是閘底板的檢查，受條件的限制，具有一定的困難，不應放過任何可疑的一點，一定要摸清真實情況，有針對性地做好下閘堵漏準備。

(3) 下閘堵漏取得初步成果后，不應掉以輕心。隨著水位上升，壓力的增大，堵漏材料存在著發(fā)生剪切破壞的可能，這也是本工程第1次下閘失敗的主要原因。

(4) 在結(jié)構(gòu)設計中，應當為閘門堵漏創(chuàng)造條件，胸墻和閘門間的距離最好能夠達到1 m以上，避免堵漏材料阻卡在其中。

(5) 如果有可能，應盡量將底止水設置在閘門上游側(cè)，可大幅度地減少底止水的堵漏難度。

(6) 應當充分利用下閘工作完成的初期、水位不高、漏水量不大的條件，在閘后設置阻水體，避免出現(xiàn)高速射流和混凝土破壞。

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Technology and Experience of Plugging Construction of Diversion Tunnel, Kenswat Project

WANG Jun

(Kenswat Project Construction Administration of 8th Division of Xinjiang Production and Construction Corps,Shihezi, Xinjiang 832000,China)

In combination of the 2nd gate application and plugging operation of Keswat Project, attention in the gate application and plugging operation are discussed in terms of structural design, gate application preparation and leakage blocking. This provides similar projects with reference and tips.

diversion tunnel; plugging; gate application; Keswat Project

2014-07-15

王軍(1969- )，男，四川省華鎣市人，從事水電工程建設施工管理.

TV551

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.013