望謨縣桑郎水庫導流洞缺陷補救方案

何茂松 吳 浩

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院）

1 工程概況

貴州省望謨縣桑郎水庫位于貴州省黔西南布依族苗族自治州望謨縣桑郎鎮(zhèn)，距州政府興義市184.00 km，距桑郎鎮(zhèn)4.00 km。水庫為中型，工程等別為Ⅲ等，工程是集發(fā)電、灌溉、供水為一體的綜合利用水利工程，水庫正常蓄水位505.00 m，總庫容1 480.00萬m3。大壩樞紐由碾壓混凝土拱壩、左岸引水隧洞及沖砂底孔組成，大壩壩頂高程507.00 m，最大壩高90.00 m，壩頂寬5.00 m、壩底寬17.50 m，壩頂溢流堰頂高程500.00 m，設(shè)3孔5.00 m（高）×8.00 m（寬）弧型閘門，溢流凈寬24.00 m。沖沙底孔布置在大壩左端非溢流壩段，進口底板高程475.00 m,孔尺寸為2.00 m×2.00 m，設(shè)弧型工作閘門。

導流洞布置于右岸，進口高程441.00 m，出口高程435.30m，底坡為2.93%，導流洞長237.00 m。導流洞進口設(shè)二道鋼筋混凝土疊梁閘門。導流洞斷面設(shè)計為城門洞型，頂拱中心角120°，斷面為4.00 m×4.50 m（寬×高），頂拱半徑為2.30 m。堵頭位于D0+82.00～D0+102.00 m，隧洞前82.00 m 隧洞采用40 cm厚C25鋼筋混凝土襯砌，后段采用C20噴混凝土，厚10 cm。鋼筋混凝土采用環(huán)向鋼筋為25 mm，間距20 cm，縱向鋼筋16 mm，間距300 cm。

2 導流洞工程存在主要問題

施工單位于2010年12月16日進駐施工現(xiàn)場。2011年5月10日開始導流洞進口段鋼筋混凝土襯砌，由于汛期洪水影響，于2011年5月22日停止混凝土澆筑，襯砌完成0+000.00～0+003.00段共3.00 m。此后，大壩開始澆筑，導流洞一直未進行襯砌。

由于堵頭前隧洞未襯砌，且受臨時道路開挖影響，該段圍巖體較薄，最低厚度約3.00 m，地質(zhì)條件較差，巖層層面與河床大致呈連通狀，如在此條件下進行大壩下閘蓄水，水位不斷升高，導流洞被外水擊穿風險非常大，嚴重影響堵頭封堵施工安全，存在重大安全隱患。

3 導流洞工程現(xiàn)狀對下閘蓄水安全影響分析

3.1 導流隧洞進口巖體質(zhì)量評價

導流隧洞進口山體陡峭，地層巖性為大塘組第三段（C1d3）深灰色薄至中厚層灰?guī)r夾硅質(zhì)巖，層間普遍夾0.50～4.00 cm厚的灰黑色薄層鈣炭質(zhì)泥巖與方解石脈，為薄至中厚層互層狀巖體，巖層產(chǎn)狀：303°∠33°，傾向上游。沿層面、裂面有少量泥質(zhì)、鐵錳質(zhì)浸染，裂隙多為方解石脈充填，深部閉合較好；層間為原生夾層，未泥化，為軟弱夾層，巖層層面起伏不平，軟弱夾層厚度變化大，成分變化大，炭質(zhì)泥巖多呈透鏡狀分布，被鈣質(zhì)泥巖或方解石包裹；巖石為較硬-堅硬巖，巖體較完整。

3.2 洞室圍巖滲透穩(wěn)定分析

導流洞進口位于庫內(nèi)右岸上游，底板高程441.00 m，導流隧洞進口因便道向山體內(nèi)側(cè)擴挖，使該段形成倒懸體，巖體厚度最薄部位約3.00 m。當下閘蓄水時，庫水將逐漸升高，圍巖所受最大外水壓力61.00 m。進口形成的順向臨空不利組合體，外水壓力對該段圍巖產(chǎn)生擠壓破壞,外側(cè)段巖體較薄,直接會被擠壓破壞,同時,外水沿層間滲入,當外水壓力變大,會在導流洞頂拱層間形成高壓滲透力,對導流洞產(chǎn)生滲透破壞，形成導流洞被擊穿安全隱患。綜上所述，導流洞進口閘門至堵頭段圍巖現(xiàn)階段穩(wěn)定性較好，但下閘蓄水后在高外水作用下，0+000.00～0+015.00 段左側(cè)壁順向切腳巖體產(chǎn)生擠壓破壞的可能性大；0+015.00～0+025.00段左側(cè)壁順向切腳巖體產(chǎn)生擠壓破壞的可能性小，但存在發(fā)生線流、股狀出水的可能；0+025.00～0+082.00段存在滲水、滴水現(xiàn)象的可能性大。

4 導流洞工程補救方案

4.1 方案布置

根據(jù)導流洞工程現(xiàn)狀，為保證下閘蓄水安全，導流洞工程需采取可靠補救方案，初步擬定如下兩種方案進行比較。

方案一：新建臨時導流洞

在大壩左岸新增一條臨時導流隧洞，利用該洞臨時導流，對原右岸導流洞進行襯砌及補缺處理，待原有導流隧洞襯砌處理完成后，對新建臨時導流洞進行封堵，最后對原導流洞封堵施工。

方案二：混凝土貼坡?lián)鯄庸?/p>

在導流洞前段山體外側(cè)，因施工便道開挖形成缺口部位，以及薄弱地段，整體貼坡澆筑鋼筋混凝土防滲擋墻，對相應(yīng)易滲部位巖體采取固結(jié)和防滲灌漿處理，利用鋼筋混凝土貼坡?lián)鯄Φ挚雇馑畨毫Α?/p>

4.2 新增臨時導流洞方案設(shè)計

4.2.1 臨時導流標準及程序

工程為中型水庫，Ⅲ等工程，大壩等主要建筑物為3級，次要建筑物為4 級，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2017）的規(guī)定，相應(yīng)的導流臨時建筑物為5級，采用5年一遇重現(xiàn)期洪水作為導流設(shè)計標準。

方案擬采取臨時攔斷原河床，臨時導流隧洞過水導流方式。選定11 月1 日至次年3 月31 日5 個月作為枯水期導流時段，相應(yīng)時段20%頻率洪水流量為53.00 m3/s。導流程序如下：①第1年4月進行臨時導流洞施工，汛期只按排臨時導流洞下游施工工作面，進口預(yù)留巖塞段，臨時導流洞施工期間利用原導流洞過水。②第1年11月上旬，對臨時導流洞進口遺留段進行施工；第1年12月至第2年1月，臨時導流洞過流，原導流洞襯砌施工；第2年2月臨時導流隧洞封堵，原導流洞過流。③第2年3月?lián)駲C進行下閘蓄水，原導流洞堵頭封堵。

4.2.2 臨時導流建筑物設(shè)計

臨時導流擋水建筑物為上、下游臨時圍堰，泄水建筑物為臨時導流隧洞，建筑物級別為5 級。臨時導流洞布置在左岸，進口高程為411.00 m，出口高程439.00 m，底坡為1.22%，導流洞長163.96 m。封堵段長20 m。導流洞斷面設(shè)計為城門洞型，頂拱半徑為2.00 m，中心角122.08°，斷面為3.50 m×4.00 m（寬×高）。

上游圍堰布置于原導流洞進口與臨時導流洞進口之間，下游圍堰布置于原導流洞出口。上、下游圍堰均為土石不過水圍堰，上游圍堰頂部高程為648.00 m，頂寬4.00 m，堰最大堰高6.50 m，上、下游邊坡均為1∶2；下游圍堰頂部高程為436.50 m，頂寬4.00 m，最大堰高3.50 m，上、下游邊坡均為1：2，圍堰堰體和基礎(chǔ)均采用黏土防滲。

4.3 混凝土擋墻加固設(shè)計

4.3.1 方案總體布置

根據(jù)導流洞工程邊坡地形地質(zhì)條件，在導流洞進口段薄弱山體外側(cè)增加混凝土貼坡?lián)鯄?，擋墻?2 m，厚2 m，采用鋼筋混凝土，內(nèi)側(cè)豎向主鋼筋直徑28 mm，擋墻內(nèi)側(cè)每米范圍內(nèi)配10根鋼筋，外側(cè)豎向主鋼筋直徑25 mm，外側(cè)每米范圍內(nèi)配10根鋼筋，橫向分布筋直徑20 mm，間距20 cm，每米寬擋墻需設(shè)置?16 拉筋2 排，拉筋間距30 cm，排距50 cm。同時在薄弱段及擋墻周邊圍巖增加防滲灌漿，減少外水滲透，滿足下閘蓄水后堵頭安全施工要求。

4.3.2 計算條件

①水庫工程規(guī)模為Ⅲ等中型，主要建筑物級別為3 級，導流建筑物為5 級。地震基本烈度為Ⅵ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，不考慮地震作用。②水庫正常蓄水位：505.00 m；根據(jù)下閘蓄水計劃，水庫2月下閘蓄水，堵頭封堵時段為2個月，最高水位將升到478.50 m高程，考慮施工難度較大，工期可能延后，采用水位高程為502.00 m為計算水位。

4.3.3 設(shè)計計算

由于導流洞進口段為大塘組第一段（C1d1）：深灰、灰黑色薄層夾中厚層灰?guī)r上，由于裂縫較發(fā)育，側(cè)面圍巖體較薄，不考慮圍巖支承作用，擋墻支撐主要為隧洞頂部及底部兩部分巖體，計算跨度從隧洞頂部至底部，最大凈跨度6.50 m，考慮最不利條件下?lián)鯄Φ氖芰芭浣钣嬎?。擋墻采用鋼筋混凝土襯砌，襯厚200 cm?？紤]下閘蓄水期間，水位最高至502.00 m 高程，外水位最大為62.00 m，根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)做不同的荷載組合進行計算?；炷翐鯄χ饕芰唸D見圖1。

圖1 混凝土擋墻受力分析簡圖

4.3.3 貼坡?lián)鯄Ψ罎B布置

4.3.3.1 貼坡?lián)鯄Ψ罎B灌漿

導流洞進口地層巖性為大塘組第三段（C1d3）深灰色薄至中厚層灰?guī)r夾硅質(zhì)巖，該部位裂隙較發(fā)育，裂面有泥質(zhì)、鐵錳質(zhì)浸染跡象及方解石脈被溶蝕現(xiàn)象，軟弱夾層，強風化帶內(nèi)裂隙多張開夾泥，裂隙連通率80%左右，弱風化帶內(nèi)裂隙多閉合，或方解石脈膠結(jié)，裂隙連通率50%～60%。擋墻修建后外水將沿擋墻外側(cè)層間滲透，對圍巖產(chǎn)生滲透破壞，需對外側(cè)裂縫進行灌漿。

防滲灌漿布置于擋墻四周，由于巖層裂隙傾上游，灌漿孔盡量垂直層間布置。灌漿長度穿以過隧洞周邊主要滲透裂隙為止。沿擋墻四周各2排布置，間排距1.50 m。由于裂隙傾向洞側(cè)布置，為保證上排孔穿過隧洞頂拱裂隙，盡量與裂縫垂直布置，并留有適當長度，上排灌漿孔長10.00 m，向上傾角約30°。為控制底板繞滲，下側(cè)布置2排，長度8 m，穿過隧洞底板巖層。水平趾腳板上布置2排灌漿孔，長度8.00 m，垂直向下布置。擋墻上游側(cè)布置2排灌漿孔，間排距1.50 m，水平布置，孔深入距隧洞壁0.50 m外，擋墻下游側(cè)布置2排，長度6.00 m。

4.3.3.2 擋墻下游側(cè)防滲布置

擋墻下游側(cè)0+015～0+025段受大壩右壩肩開挖和施工便道開挖影響小，圍巖沿層面厚度9.00～14.00 m，該段可能產(chǎn)生導流洞內(nèi)出現(xiàn)較大滲水、線流甚至股狀涌水情況，不利組合體產(chǎn)生擠壓滑動破壞可能性較??；0+025～0+082 段為導流洞轉(zhuǎn)彎段，圍巖沿層面厚度14.00～25.00 m，該段導流洞內(nèi)可能出現(xiàn)滲水、滴水現(xiàn)象。為降低滲水對導流洞施工期間影響，考慮大壩至擋墻段裂隙進行防滲灌漿，灌漿孔水平布置，布置范圍以穿過導流洞頂部裂隙為準，灌漿孔長6.00 m，間排距2.00 m。

4.4 方案比較

①從工程投資比較，方案一總投資為279.05萬元，方案二總投資為165.90 萬元。②從工期比較，方案一總工期為11 個月，方案二總工期為3 個月。由于汛期洪水較大，導游洞無法施工，方案一需跨第2年汛期，影響水庫工程第2年下閘蓄水計劃安排，將推遲到第3年下半年下閘蓄水。③方案一新建臨時導流洞穿過左壩肩，新建臨時導流洞爆破施工將對壩基防滲造成影響。

綜上所述，方案二投資較小，施工工期短，對下閘蓄水影響小，同時，對大壩結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生較大影響，推薦方案二混凝土擋墻加固方案為導流洞工程補救方案。

5 結(jié)語

現(xiàn)工程已下閘蓄水，根據(jù)現(xiàn)場施工，下閘后，洞內(nèi)滲流量較小，堵頭施工期間無太大變化，擋墻運行安全，工程圓滿完成下閘蓄水工作。