长河坝水电站初期导流洞封堵施工组织

王亚威/中国水利水电第五工程局有限公司

【摘　要】　长河坝水电站初期导流洞封堵施工面临洞口回水深、洞内渗漏量大、洞内道路填筑方量大、距离远、施工环境恶劣、工期紧强度高等诸多难题。本工程充分利用洞外地形提前拆除边墙及桥墩，创造了1号和2号导流洞同时进洞施工的条件，并采用进洞道路填筑与抽水强排并用、加高洞内临时围堰、新增临时排水钢管以及科学合理调配等措施进行封堵施工，既保证了封堵实体质量，又大大缩短了施工工期，为大坝提前蓄水提供了保障。

【关键词】　长河坝　初期导流洞　封堵　渗漏量大　工期紧

1　工程概述

1.1　工程概况

长河坝水电站初期导流洞有两条，分别为1号导流洞和2号导流洞，均位于大坝右岸，在施工期承担导流作用。两条导流洞均为城门洞形断面，圆心角120°，断面最大尺寸为16m×16.5m，封堵部位断面尺寸为12m×14.65m，进口高程为1482.00m，出口高程为1475.00m。1号导流洞全长1061.08m，纵坡坡度6.60‰；2号导流洞全长1235.41m，纵坡坡度5.66‰（表1）。

1号导流洞堵头位于右岸帷幕灌浆轴线处，2号导流洞堵头通过将帷幕轴线下移后布置在帷幕轴线处。堵头的封堵位置如图1所示。

1.2　施工难点

在2015—2016年枯水期初期导流洞检修施工中，洞内基本无渗水，且单洞过流情况下，出口水位基本为下游黄金坪电站库水位（约1476.00m），比导流洞出口底板高程（1475.00m）高出1m左右。

初期导流洞于2016年10月26日下闸成功，相比检修施工，本次封堵施工工况复杂，施工难点多。

1.2.1　受中导洞过流及下游库水位影响，初导洞出口水位高

1号和2号导流洞下闸成功后，其出口水位为1475.40m，仅比导流洞出口底板（高程1475.00m）高出0.4m。但是，2016年10月27日凌晨2点，位于初导洞下游500m处的中期导流洞过水后，受回水影响，初期导流洞出口水位上升至1479.80m，洞口水深高达4.8m，给快速进洞施工带来极大困难。

1.2.2　洞内渗漏量大

技术员通过乘坐浮船进洞勘察发现，1号、2号导流洞洞内临时堵头上游大部分排水孔向外呈水柱形有压排水。经现场测算，1号导流洞堵头上游渗漏量达2.1m3/s，2号导流洞堵头上游渗漏量达1.2m3/s，给封堵施工带来了极大困难。

1.2.3　洞口围堰道路及进洞道路填筑方量大、距离远

初期导流洞出口部位受水流多年冲刷，淘刷严重，形成了大范围的冲坑，最大深度达15m，填筑方量达28万m3；1号和2号导流洞堵头位置分别距离洞口500m和520m，进洞道路长且窄，给洞内道路填筑、材料运输、临建布设等施工带来了极大困难。

1.2.4　施工环境恶劣

大多数施工作业为水上作业或空中作业，如前期材料运输、排水钢管架设、模板架设等均为水上作业，而架管搭设、泵管安装、止水刻槽及安装等均为高空作业；施工空间小，烟尘多，噪声大。

1.2.5　工期紧、任务重

为满足提前发电目标，下闸后需在20天内完成临时堵头浇筑、30天内完成永久堵头第一段第2层（累计高度6m）浇筑、50天内完成永久堵头第一段第四层（累计高度12.5m）以及永久堵头第二段第2层（累计高度6m）浇筑等目标，且须进行底板拆除、边墙凿毛、止水刻槽等施工。

2　施工组织

面对施工工况改变带来的洞出口水位高、洞内渗漏量大、施工环境恶劣、工期紧等难题，本工程充分利用洞外地形提前拆除边墙及桥墩，创造了1号和2号导流洞同时进洞施工的条件，并采用进洞道路填筑与抽水强排并用、加高洞内临时围堰、新增临时排水钢管以及科学合理调配等措施进行封堵施工，既保证了封堵实体质量，又大大缩短了施工工期，为大坝提前蓄水提供了保障。

2.1　道路填筑

初期导流洞道路填筑包括1号、2号导流洞洞内道路填筑和洞口围堰道路填筑。

2.1.1　就近储备填筑料

初期导流洞出口部位受水流长期冲刷形成了大范围的冲坑，深度约15m，致使洞口围堰填筑工程量大大增加。而料场距离洞口较远，将很大程度上影响导流洞封堵直线工期。为此，本工程在大坝下游围堰平台备存17万m3填筑料。

2.1.2　提前拆除边墙及桥墩

在初导洞下闸前，通过对初导洞洞口地形勘察分析，决定分别对1号导流洞左岸侧边墙及桥墩、2号导流洞右岸侧边墙及桥墩进行提前爆破拆除至1477.00m高程，并对其施工道路提前进行降面处理，争取第一时间分别从1号导流洞左岸边墙及2号导流洞右岸边墙处直接开始进行导流洞出口的围堰填筑，以实现提前进洞、缩短工期的目的。

2.1.3　2号导流洞封闭施工

初期导流洞下闸后，位于右岸的中期导流洞将在24h内过流，从而阻断从右岸到2号导流洞的施工道路，进而影响2号导流洞的施工进度。为保证2号导流洞不受中导洞过流影响而实现快速施工，在右岸安全区内预备填筑料以及机械设备，并利用浮船从大坝下游围堰运送施工人员往返右岸，进行短期封闭施工。

2.1.4　填筑施工

下闸成功后，初期导流洞出口水位为1475.40m，仅比导流洞出口底板（高程1475.00m）高出0.4m，施工按照原定方案分别从1号和2号快速进洞道路进行降面处理，同时进行围堰道路的填筑。

2016年10月27日凌晨2点，中期导流洞过水，其回水导致初期导流洞出口水位上升至1479.80m，高出导流洞出口底板4.8m，原定方案失效，分别将1号和2号快速进洞道路加高至1480.50m，并逐步向洞内单侧平起填筑（1号洞道路布置在左岸侧，2号洞道路布置在右岸侧），并在洞口道路填筑一侧形成闭气。

洞内道路填筑路面宽度7～8m，洞外围堰填筑路面宽度约12m，高程均为1480.50m。

2.2　洞口抽水强排

2016年10月28日，洞内道路填筑150m后，发现道路端头水位有所抬高，道路填筑高程随之增高；且此时，因洞内填筑道路变长，自卸汽车和推土机交叉作业影响变大，填筑效率明显降低，直接影响施工进度。因此，考虑兼用洞口抽水强排的措施降低洞内水位，从而创造堵头施工环境，减少填筑量，保证施工进度。

2.2.1　洞口抽水强排可行性分析

洞内水位降至堵头底板高程（1477.30m）以下后，可近似认为堵头范围及其上游段水流为明渠均匀流。利用明渠均匀流基本公式和渗漏量即可得出这种工况下堵头范围内的理论正常水深，其计算结果见表2。

从上述计算可知，进行抽水强排后，1号、2号导流洞堵头范围内水深仅有10～13cm，便于洞内临时围堰和排水钢管施工。

2.2.2　洞口抽水强排措施

根据导流洞渗漏情况，分别在1号、2号导流洞洞口布置总排量8040m3/h的9台水泵和总排量4560m3/h的5台水泵进行强排，将泵前水位维持在1477.00m高程以下。同时，在道路填筑施工中，采用反铲梳理排水沟，保证排水沟的宽度和深度，防止底部局部抬高形成逆坡，进而影响抽排效果；在进洞道路需要拓宽的区域（如回车道、混凝土地泵台、供风台等）预埋2～5根ϕ100的涵管，保证其过流能力。这些措施的采用，既能有效降低排水渠内水深，又减小了堵头下游侧水位涌高。

洞口抽水强排稳定后，实测1号、2号导流洞堵头中间范围水深分别为18cm、12cm，基本具备施工条件。

2.3　洞内临时围堰施工

洞口抽水强排稳定后，1号、2号导流洞堵头范围内水深虽然只有12～18cm，但是依旧无法满足临时堵头干地浇筑的施工环境。因此，需采用在临时堵头上游侧布设临时围堰并通过引流的方式创造临时堵头干地浇筑的施工环境。

2.3.1　洞内临时围堰形象

1号导流洞永久堵头范围内底板保存良好，采用爆破进行拆除。为防止爆破影响，1号导流洞采用临时排水钢管进行引流。1号导流洞临时围堰浇筑完成形象如图2所示。

2号导流洞永久堵头范围内底板淘刷严重，在右岸侧形成冲坑，左岸侧约3.5m宽范围保存良好，采用破碎锤进行拆除。因受底板拆除施工影响小，2号导流洞采用纵向围堰进行引流。2号导流洞临时围堰浇筑完成形象如图3所示。

2.3.2　上游临时围堰堰高确定

1号导流洞临时堵头施工过程中，只有2根ϕ630的永久排水钢管进行过流，且管路进口中心离地面约1.0m，而堵头上游渗漏量为2.1m3/s，单管需承担1.05m3/s的过流能力。根据设计给出的ϕ630排水钢管在淹没出流的工况下过流能力计算表结果，上游水深约5.7m。因此设计给出了1号导流洞上游临时围堰“堰高7m、顶宽1m，底宽6m”的要求。

2号导流洞堵头上游渗漏量为1.2m3/s，同理可得上游水深约2.9m。考虑到2号导流洞渗漏量可能进一步增加，设计给出了2号导流洞上游临时围堰“堰高5m、顶宽1m，底宽4.5m”的要求。

2.3.3　上游临时围堰分层施工

根据现场实际情况，1号导流洞上游围堰共分3层进行浇筑，从下至上层厚为3m、2m和2m。为了不影响第二、三层浇筑，采用在第一层内预埋ϕ630临时排水钢管的形式增大过流能力，最终达到降低上游水深至3m以下的目的。上游水位为3m的情况下，至少需4根ϕ630的排水钢管过流，因此施工中在1号导流洞右岸侧增设2根ϕ630的临时排水钢管，同时为增大其过流能力，将其轴线到底板的距离降为0.5m。

2号导流洞上游围堰共分2层进行浇筑，从下至上层厚为3m、2m。在其左岸侧增设2根ϕ630的临时排水钢管。

2.3.4　上游临时围堰第一层分段施工

1号导流洞上游临时围堰第一层若采用整体浇筑的方式进行，上游水深高达2.5m，势必会对上游模板产生巨大压力，致使仓内产生大量渗水，进而影响混凝土浇筑。本工程采用在左岸侧预留缺口的形式进行分段浇筑，以保证第一段混凝土浇筑时上游水深不大于0.5m。通过明渠均匀流基本公式粗略计算缺口宽度至少需达到1.7m，实际施工中预留2.0m宽，实测上游水深只有0.43m。预留缺口浇筑时，分别用整块钢板和棉絮对缺口进行封堵，并迅速浇筑混凝土。实际施工中，混凝土浇筑速度远远超过上游水深上升速度，因此浇筑效果良好，未发现有渗水通道。

2号导流洞上游临时围堰第一层也采用分段浇筑，预留缺口为2.0m。

2.3.5　2号导流洞纵向围堰堰高确定

根据现场实际情况，2号导流洞采用纵向围堰引流，过水渠宽2m，通过明渠均匀流基本公式计算过水渠内水深约0.31m，考虑局部涌水和超高，确定纵向围堰堰高为0.5m。

2.3.6　下游临时围堰施工

待上游临时围堰浇筑完成并达到一定强度后，关闭中间两根永久排水钢管蝶阀，进行下游临时围堰施工。为方便后续排水钢管的拆装，下游临时围堰采用混凝土与编织袋相结合的方式进行闭气，形成干地施工环境。

2.4　永久堵头段原导流洞混凝土底板拆除

按设计要求，永久堵头范围内原导流洞底板混凝土均需进行拆除。考虑到1号导流洞永久堵头底板混凝土保存良好，采用爆破进行拆除；2号导流洞永久堵头底板混凝土冲毁严重，采用破碎锤进行拆除。以下着重介绍1号导流洞底板爆破拆除施工。

1号导流洞底板利用YT-28手风钻进行造孔，装药爆破后，采用破碎锤配合人工进行钢筋切割和底板拆除。考虑到原衬砌混凝土内布置双排钢筋，底板爆破存在损坏临时排水钢管和拉裂边墙等巨大安全隐患，本工程采用以下措施给予避免：

（1）底板切缝。利用墙锯分别沿排水钢管、倒角以及永久堵头与临时堵头分界线进行底板切缝（图4）。

（2）钻斜向炮孔。利用YT-28手风钻背向临时排水钢管钻斜向炮孔（图4）。

（3）充分利用原衬砌混凝土施工横缝进行分区爆破。

（4）确定合理的爆破参数（表3）。

（5）爆破前利用竹夹板、炮被等覆盖临时排水钢管。

1号导流洞底板爆破完成后，从上游至下游进行底板左岸侧清渣至基岩，并同步进行永久排水钢管安装。永久堵头安装通水后，关闭临时排水钢管蝶阀并拆除临时排水钢管，最后进行右岸侧剩余底板拆除。

2号导流洞利用破碎锤配合人工的方式，从上游至下游进行底板右岸侧冲坑清理，并同步进行永久排水钢管安装。永久堵头安装通水后，关闭临时排水钢管蝶阀并拆除纵向围堰，最后进行左岸侧剩余底板拆除。

2.5　其他施工项目

2.5.1　原衬砌混凝土掏槽

本工程分别使用墙锯、电镐、爆破三种形式进行对比施工（表4）。

考虑到工期紧，本工程采用爆破的形式进行原衬砌混凝土掏槽施工，同时采用加密炮眼、减少单孔装药量的措施保证掏槽质量。

2.5.2　止水止浆铜片安装

本工程止水止浆铜片布设情况见表5。

永久堵头每段上游侧环向止水止浆铜片安装采用掏槽并回填细石混凝土的方式进行。其余止浆铜片安装借鉴官地水电站施工经验，将止水做成L形，利用膨胀螺栓加橡胶片、钢板压板固定的方法进行施工，如图5所示。

2.5.3　永久堵头边墙凿毛

为加快施工进度，本工程采用破碎锤振动的方式进行原衬砌混凝土边墙凿毛施工，凿毛速度快、效果好。因为破碎锤工作范围有限，剩余边墙和顶拱采用人工借助电钻、风镐进行凿毛。

2.5.4　临时堵头浇筑

临时堵头进行整体浇筑，每条导流洞布置两台电机拖式混凝土泵，浇筑于2016年11月19日全部完成，双洞浇筑总量约0.8万m3。

2.5.5　永久堵头浇筑

永久堵头进行分段分层浇筑，每条导流洞布置两台电机拖式混凝土泵，浇筑于2016年12月22日全部完成，双洞浇筑总量约2.1万m3。

3　结语

长河坝水电站初期导流洞封堵施工在特殊工况下顺利完成，为类似工程提供了一整套封堵施工经验。

（1）为保证大坝提前蓄水目标，先后采用提前储备填筑料、提前拆除边墙及桥墩、浮船运输材料、通过联系孔临时供电等措施实现快速进洞施工。

（2）1号、2号洞在原设计2根中间排水钢管的基础上，均新增2根临时排水钢管，靠边墙布置。一方面，降低了上游水位，方便临时围堰浇筑施工；另一方面，为底板拆除施工提供场地。

（3）封堵施工中，可利用水力学知识对施工方案进行论证，确保施工方案的可行性。

（4）2016年11月9日，中导洞调控减小下泄流量，导致初导洞洞口水位迅速上涨，2号导流洞被淹。事后调查发现，受水流冲刷，在中期导流洞下游形成一道高坎（高程约1481.50m），比初期导流洞洞口闭气围堰（高程约1480.50m）高出1.0m，控泄后挑距变小，中期导流洞下泄水落入高坎上游，使初导洞洞口水位迅速抬升。因此作者建议在施工前应充分分析和论证中期导流洞等洞室出水的影响，以便提前做好加高围堰、备置排水设施、控泄预警等工作，避免不必要的损失。