普西橋水電站導(dǎo)流洞臨時(shí)堵頭設(shè)計(jì)與施工

冷冰川

(云南省能源投資集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000)

普西橋水電站位于云南省墨江縣雅邑鄉(xiāng)普西村普西鐵索橋附近河段，以發(fā)電為主，水庫(kù)具有年調(diào)節(jié)能力。最大壩高140 m，水庫(kù)校核洪水位為739.06 m，正常蓄水位為737.00 m，死水位705.00 m，正常蓄水位以下庫(kù)容為5.04×108m3，總裝機(jī)容量為190 MW(2×95 MW)。普西橋水電站樞紐由面板堆石壩、右岸開(kāi)敞式溢洪道、左岸引水系統(tǒng)、左岸泄洪隧洞及左岸岸邊主副廠房等建筑物組成，樞紐等級(jí)屬二等大(2)型工程，攔河壩為1級(jí)，導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4級(jí)。

右岸溢洪道共分2孔，堰頂高程720.00 m，全長(zhǎng)886 m。左岸泄洪沖沙洞以泄洪為主，進(jìn)口高程為680.00 m，全長(zhǎng)716.61 m。導(dǎo)流洞布置在右岸，為方圓形有壓隧洞，尺寸為10 m×14 m，頂拱中心角120°，洞身段長(zhǎng)915 m。進(jìn)口引渠底板高程為614.00 m，長(zhǎng)約33.5 m，底坡為平坡；進(jìn)水塔尺寸為18 m×22 m，塔頂平臺(tái)高程為645.00 m，塔高35 m；堵頭段布置于與壩軸線相交部位，長(zhǎng)30 m，平切面上呈倒梯形瓶塞狀。

普西橋水電站導(dǎo)流洞原設(shè)計(jì)下閘時(shí)間為2013年11月下旬，在工程建設(shè)過(guò)程中，受多方面因素的影響，施工進(jìn)度滯后，首臺(tái)機(jī)組于2014年9月上旬安裝完畢、具備有水調(diào)試條件。根據(jù)實(shí)際形象進(jìn)度，為滿足普西橋水電站能在2014年年內(nèi)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，制定了2014年9月下旬導(dǎo)流洞下閘封堵的建設(shè)目標(biāo)。

1 臨時(shí)堵頭方案的必要性

若選擇在9月下旬下閘，此時(shí)阿墨江仍處于主汛期，根據(jù)《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5397-2007)[1]，普西橋水電站導(dǎo)流洞進(jìn)口封堵閘門(mén)下閘標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇月平均流量，堵頭封堵施工標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇洪水。

導(dǎo)流洞下閘后，泄洪建筑物為泄洪沖沙洞，水庫(kù)水位超過(guò)720.00 m后，溢洪道參與泄洪。在考慮水庫(kù)調(diào)蓄作用情況下，全年時(shí)段各頻率洪水調(diào)洪成果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，堵頭施工防洪水位707.53 m，高于導(dǎo)流洞進(jìn)口封堵閘門(mén)設(shè)計(jì)擋水水位(即死水位)705 m。為確保導(dǎo)流洞永久封堵體的施工安全，降低永久堵頭施工難度和施工風(fēng)險(xiǎn)，需在永久堵頭前增設(shè)臨時(shí)堵頭。

2 臨時(shí)堵頭設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)算工況

普西橋水電站導(dǎo)流洞臨時(shí)堵頭為4級(jí)臨時(shí)性建筑物，保護(hù)對(duì)象為1級(jí)永久水工建筑物，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為Ⅲ級(jí)。襯砌和圍巖為穩(wěn)定整體，臨時(shí)堵頭靠新老混凝土接觸面的摩擦力和黏聚力保持穩(wěn)定，剪應(yīng)力沿接觸面均勻分布，圍巖內(nèi)滲透水壓力忽略不計(jì)。計(jì)算工況按臨時(shí)堵頭擋水水位為校核洪水位739.06 m進(jìn)行計(jì)算。

2.2 臨時(shí)堵頭布置

考慮到封堵體混凝土澆筑單倉(cāng)長(zhǎng)度不大于20 m時(shí)，混凝土澆筑能力及溫度控制措施均不構(gòu)成制約進(jìn)度及溫控的因素。為加快施工速度，擬定臨時(shí)堵頭長(zhǎng)度為20 m，布置在永久堵頭前段，樁號(hào)導(dǎo)0+390.404 m～導(dǎo)0+410.404 m，與永久堵頭連續(xù)布置，橫斷面為10 m×14 m[2]。該段巖體結(jié)構(gòu)以中厚層狀為主，屬Ⅱ類圍巖，圍巖基本穩(wěn)定。為提高臨時(shí)堵頭與原襯砌混凝土之間的黏聚力和摩擦力，封堵前對(duì)原襯砌混凝土進(jìn)行鑿毛處理。臨時(shí)堵頭剖面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 臨時(shí)堵頭縱剖面圖

2.3 臨時(shí)堵頭抗滑穩(wěn)定計(jì)算

臨時(shí)堵頭抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5195-2004)[3]中推薦的封堵體抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式：

γ0ψ∑PR≤(fR∑WR+CRAR)/γd

式中：∑PR為滑動(dòng)面上封堵體承受的全部切向作用之和，kN；∑WR為滑動(dòng)面上封堵體全部法向作用之和，kN；γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，封堵體為Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)，取為1.1；ψ為設(shè)計(jì)狀況系數(shù)，按持久狀況考慮，取0.95；γd為結(jié)構(gòu)系數(shù)，取為1.2；fR、CR分別為封堵混凝土與原襯砌混凝土面抗剪斷摩擦系數(shù)、黏聚力，取值分別為1.0、900 kPa；材料性能分項(xiàng)系數(shù)(混凝土摩擦系數(shù)分項(xiàng)系數(shù))為1.3；黏聚力分項(xiàng)系數(shù)為3.0。

臨時(shí)堵頭計(jì)算截面考慮到施工及混凝土收縮等因素，頂接觸面質(zhì)量不易保證，對(duì)接觸面積予以折減，頂拱折減100%、兩側(cè)邊墻和底板不折減。臨時(shí)堵頭穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 導(dǎo)流洞臨時(shí)堵頭穩(wěn)定計(jì)算成果表

計(jì)算成果表明，臨時(shí)堵頭長(zhǎng)度20 m時(shí)，滿足校核洪水位739.06 m工況下的抗滑穩(wěn)定要求。

2.4 臨時(shí)堵頭安全性評(píng)價(jià)

導(dǎo)流洞封堵閘門(mén)不具備承擋高于設(shè)計(jì)擋水位的能力，并且主汛期不具備閘門(mén)、門(mén)槽等金屬設(shè)施的加固改造施工條件[4]。因此，臨時(shí)堵頭施工過(guò)程中，水庫(kù)水位不能超過(guò)死水位705.00 m。

一方面水庫(kù)水位面臨汛期上漲壓力，另一方面臨時(shí)堵頭混凝土澆筑前還需進(jìn)行出口圍堰填筑、洞內(nèi)清淤和抽排水等施工前準(zhǔn)備工作，綜合考慮，要求臨時(shí)堵頭必須在20 d內(nèi)完成施工。為盡早為導(dǎo)流洞永久封堵提供工作面，臨時(shí)堵頭在澆筑工程中不進(jìn)行溫度控制，亦不進(jìn)行固結(jié)、接觸及接縫灌漿，只進(jìn)行回填灌漿。并且由于臨時(shí)堵頭屬大體積混凝土，混凝土澆筑采用連續(xù)澆筑的方法進(jìn)行施工[5]。

3 臨時(shí)堵頭施工

3.1 施工準(zhǔn)備

下閘后，采用反鏟和自卸卡車進(jìn)行導(dǎo)流洞出口道路填筑，具備運(yùn)輸條件。同時(shí)進(jìn)行出口圍堰填筑施工，并在出口位置設(shè)置集水坑，采用2臺(tái)150 m3/h水泵將積水抽排至下游河床。另外，在導(dǎo)流洞封堵體施工完成后，受左岸泄洪沖沙洞下泄水流影響，道路將被淹沒(méi)，故后期出口圍堰不再拆除。

從導(dǎo)流洞出口進(jìn)入臨時(shí)堵頭段進(jìn)行上游側(cè)擋水坎施工，使用粘土砂袋壘砌臨時(shí)施工擋水圍堰，擋水坎混凝土整體澆筑，模板采用散裝鋼模及木模拼裝，內(nèi)拉外撐固定，并埋設(shè)排水鋼管。

3.2 混凝土澆筑

臨時(shí)堵頭混凝土由右岸混凝土拌和系統(tǒng)拌制，罐車運(yùn)輸、泵送入倉(cāng)。首先對(duì)底板及第一倉(cāng)范圍的原襯砌混凝土進(jìn)行鑿毛處理，以上部分邊澆筑邊鑿毛，采用“底部立模、邊澆邊立”的方法，即采用小鋼模在底部拼裝1.5 m高模板，外側(cè)搭設(shè)雙排鋼管架支撐，內(nèi)側(cè)采用拉筋加固。同時(shí)，為在倉(cāng)面內(nèi)部形成工作面，需在倉(cāng)面內(nèi)搭設(shè)滿堂腳手架，隨混凝土澆筑不斷加高[6]。上下游側(cè)安裝BW-II橡膠止水條，止水條在混凝土澆筑前安裝完成，安裝時(shí)采用水泥釘直接釘在前期導(dǎo)流洞洞身混凝土襯砌上。

頂拱部位預(yù)埋回填灌漿管及排氣管，將管口端部引至堵頭下游側(cè)?；靥罟酀{在最后一倉(cāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%之后進(jìn)行。灌漿管在混凝土澆筑過(guò)程中預(yù)埋，采用1 400 r/min高速制漿機(jī)制備水灰比0.5∶1的水泥凈漿，灌漿壓力0.4～0.5 MPa。施工程序見(jiàn)圖2。

圖2 臨時(shí)堵頭施工程序

3.3 施工效果

根據(jù)流域水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)預(yù)計(jì)未來(lái)2 h入庫(kù)流量小于110 m3/s，普西橋水電站導(dǎo)流洞于2014-09-20日下閘封堵，遂即開(kāi)始臨時(shí)堵頭施工，于10月9日施工完成，歷時(shí)19 d。期間，水庫(kù)水位上漲至680 m時(shí)，泄洪沖沙洞全斷面泄洪，水庫(kù)水位最高在10月1日685.4 m，未超過(guò)導(dǎo)流洞進(jìn)口封堵閘門(mén)設(shè)計(jì)擋水水位(即死水位)705 m，保證了施工安全。

4 結(jié) 語(yǔ)

普西橋水電站導(dǎo)流洞臨時(shí)堵頭作為導(dǎo)流洞封堵的關(guān)鍵項(xiàng)目，合理的方案設(shè)計(jì)和快速施工技術(shù)，既保證了主汛期下閘的工程安全，為導(dǎo)流洞永久封堵施工贏得了更多寶貴時(shí)間，更是對(duì)普西橋水電站2014年內(nèi)蓄水發(fā)電意義重大。