【摘要】導(dǎo)流隧洞堵頭施工工序復(fù)雜，工期控制亦相當(dāng)嚴(yán)格。本文導(dǎo)流隧洞堵頭承受水壓力大，堵頭斷面設(shè)計(jì)為截錐形，堵頭長度僅為洞徑的1.96倍。堵頭段的施工從原斷面的擴(kuò)挖、錨筋的施工、觀測儀器的安裝、混凝土的澆筑、回填灌漿至擋水運(yùn)行僅34天。在施工過程中為確保高溫條件下混凝土順利泵送和澆筑質(zhì)量采取了一系統(tǒng)的措施，并以理論計(jì)算和實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這些措施的有效性。該研究對水工隧洞堵頭的設(shè)計(jì)和施工具有參考價(jià)值，為類似工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
　　【關(guān)鍵詞】導(dǎo)流隧洞，堵頭設(shè)計(jì)，施工措施，溫度控制
　　1概述
　　該水電站為引水式開發(fā)，主要建筑物有碾壓混凝土拱壩，右岸1#、2#泄洪洞、引水發(fā)電系統(tǒng)和地面廠房組成。導(dǎo)流隧洞長380m，城門洞型，斷面為6×5.25m(高×寬)。堵頭承受水壓力達(dá)87.5m水頭。導(dǎo)流隧洞封堵是該水電站蓄水的最后一項(xiàng)工程，導(dǎo)流隧洞封堵后，該水電站即可運(yùn)行發(fā)電。
　　2堵頭設(shè)計(jì)
　　2.1堵頭設(shè)計(jì)的原則與假定
　　由于堵頭設(shè)計(jì)在水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范中沒有相應(yīng)條款可循，一般根據(jù)工程的具體情況，擬定出堵頭的設(shè)計(jì)原則，并作出相應(yīng)的假定進(jìn)行計(jì)算。多數(shù)設(shè)計(jì)者采用的原則和假定如下[1]：
　　(1)堵頭屬永久建筑物，設(shè)計(jì)和校核標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)的水工建筑物相似；
　　(2)堵頭應(yīng)安全可靠，穩(wěn)定性和防滲性好，堵頭應(yīng)與大壩的防滲帷幕形成整體；
　　(3)水壓力（必要時(shí)計(jì)入浮托力）是作用于堵頭的唯一外荷載；
　　(4)堵頭是水頭荷載沿周界產(chǎn)生靜剪力的剛性體，剪應(yīng)力沿周邊均勻分布；
　　(5)堵頭混凝土的抗壓強(qiáng)度是安全的，只作抗滑穩(wěn)定計(jì)算；
　　(6)實(shí)際存在的地應(yīng)力、圍巖高低不平形成的嵌槽抗剪力等作為額外安全儲(chǔ)備，不參與計(jì)算[2]。
　　通過對已運(yùn)行堵頭的觀測和分析，這些假定基本上滿足了堵頭的使用要求。近年來，采用有限元對一部分大型工程堵頭和周圍一定范圍內(nèi)的巖體進(jìn)行分析計(jì)算，也證明了按上述原則和假定設(shè)計(jì)的堵頭是完全能夠長期安全運(yùn)行的。
　　2.2堵頭穩(wěn)定計(jì)算
　　導(dǎo)流隧洞堵頭穩(wěn)定計(jì)算：水庫在正常蓄水位和校核洪水位情況下，導(dǎo)流隧洞堵頭及堵頭區(qū)圍巖安全穩(wěn)定，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊》：
　　(1)抗剪斷強(qiáng)度公式：
　　
　　式中：P─設(shè)計(jì)水頭的總推力，以87.5m水頭計(jì)算
　　K─安全系數(shù)，規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)工況K=2.5，校核工況K=3
　　L、A、S─堵頭長度、斷面面積和斷面周長
　　r─混凝土容重，取r=2.5t/m3
　　─抗剪斷面積有效系數(shù)，取0.7～0.75
　　f─混凝土與巖石接觸面的摩擦系數(shù)
　　C─混凝土與巖石接觸面的抗剪斷凝聚力
　　(2)各種荷載作用的分項(xiàng)系數(shù)公式：
　　
　　式中：K1─摩擦力的分項(xiàng)系數(shù)，取1.3
　　K2─凝聚力的分項(xiàng)系數(shù)，取3
　　K3─水平推力荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1
　　K4─混凝土自重分項(xiàng)系數(shù)，取0.9
　　(3)計(jì)算結(jié)果
　　根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL319-2005)附錄D，II類圍巖混凝土與巖石接觸面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（f=0.75~0.65，C=1.10~1.30Mpa）。并參照已建工程經(jīng)驗(yàn)及本工程巖體抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)，取f=0.7，C=1.15Mpa。計(jì)算出堵頭長度L=15m。堵頭位于導(dǎo)流隧洞0+150~0+165m段，該位置巖性好，為II類圍巖。
　　2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　導(dǎo)流隧洞堵頭為永久工程，屬三級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年重現(xiàn)期洪水，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年重現(xiàn)期洪水。由于本工程堵頭擋水位水頭較高，堵頭所受荷載大，因此堵頭型式采用截錐形以增加堵頭抗滑穩(wěn)定性，擴(kuò)挖后堵頭最大斷面尺寸B×H=7m×7.65m。底板及邊墻布置錨筋(Φ20，L=2.6m，梅花型布置，間排距1.5m)，為解決施工期堵頭上游封堵閘門的滲漏排泄問題，在堵頭底部布置2根Φ150排水管(待堵頭回填灌漿后進(jìn)行封堵)。導(dǎo)流隧洞設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖1所示。
　　
　　                        
　　　　
　　                                                           圖1導(dǎo)流隧洞堵頭結(jié)構(gòu)圖（單位：m）
　　2.4設(shè)計(jì)主要工程量
　　導(dǎo)流隧洞堵頭設(shè)計(jì)工程量見表1。
　　表1導(dǎo)流隧洞堵頭設(shè)計(jì)工程量表

                     
　　3施工技術(shù)措施
　　3.1施工準(zhǔn)備
　　導(dǎo)流隧洞進(jìn)水口下閘后，在封堵段上游用砂袋做一臨時(shí)小圍堰擋滲漏水，并用2根Φ150排水管將滲水引至堵頭下游，作為堵頭施工期臨時(shí)性排水設(shè)施。以防止在進(jìn)行導(dǎo)流隧洞封堵段擴(kuò)挖和澆筑混凝土過程中水流的干擾。待排水系統(tǒng)形成后，進(jìn)行封堵位置的擴(kuò)挖、錨筋等施工工作。
　　3.1.1封堵段的擴(kuò)挖
　　封堵混凝土位于導(dǎo)流隧洞0+150～0+165段，該段巖性為花崗巖，為II類圍巖。擴(kuò)挖采用手風(fēng)鉆鉆孔。爆破工程多以建筑物所在位置的最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為判別爆破振動(dòng)對建筑物的破壞標(biāo)準(zhǔn)。為控制爆破沖擊波對圍巖的影響，采用的經(jīng)驗(yàn)公式[3]：
　　V=K（Q1/3/R）a
　　式中：V─爆破地震對建筑物及地基產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)垂直振動(dòng)速度（cm/s）
　　K─與巖土性質(zhì)、地形和爆破條件有關(guān)的系數(shù)，取150
　　a─爆破地震隨距離衰減系數(shù)，取1.5
　　Q─炸藥量，延期爆破時(shí)最大單響藥量（kg）
　　R─從爆破地點(diǎn)藥量分布的幾何中心至被保護(hù)對象的水平距離（m）
　　R─爆破中心點(diǎn)離觀測點(diǎn)距離
　　根據(jù)破壞標(biāo)準(zhǔn)，V≤5cm/s時(shí)，可充分保證圍巖的安全。計(jì)算出最大單響爆破藥量：Qmax=71.1kg，在此藥量下的爆破將安全可靠。本工程爆破網(wǎng)絡(luò)采用孔間微差順序爆破方式。藥卷為Φ32mm，2#巖石乳化炸藥，單支藥卷長度20cm，單支藥卷重量200g。鉆孔內(nèi)裝入ms10段非電雷管，孔間用ms2段非電雷管聯(lián)接，排間用ms5段非電雷管聯(lián)接。控制的爆破最大單響藥量不超過25kg，完全滿足安全要求，從而保證了爆破對圍巖的破壞影響，工程實(shí)際爆破效果很好。
　　3.1.2封堵段的錨筋
　　設(shè)計(jì)采用的錨筋規(guī)格為Φ20，單根長為2.6m，其中伸入基巖2.0m，外露0.6m。錨筋孔用手風(fēng)鉆鉆孔。錨筋孔鉆孔前先由測量人員根據(jù)審定的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行實(shí)地放樣、安裝樣架，然后按要求施鉆。鉆孔過程中重點(diǎn)是對孔深、孔斜等項(xiàng)目的控制。施工工藝圖如下圖2所示。
　　                   
　                                                                              　圖2錨筋施工工藝流程圖
　　3.2混凝土澆筑
　　澆筑前先將封堵段底板上的泥土等雜物清除，將封堵段邊頂拱的油、粉塵等清洗干凈。堵頭上、游模板用組合鋼模板，頂拱部位用木板補(bǔ)縫，模板密封情況好。澆筑混凝土前先鋪一層2cm厚的水泥砂漿。以保證基巖面和混凝土之間的凝結(jié)力。
　　為加快施工進(jìn)行，混凝土一次全斷面澆筑完成。鑒于洞內(nèi)施工的特殊性，混凝土澆筑采用混凝土泵運(yùn)至倉面。混凝土泵設(shè)在導(dǎo)流隧洞出口位置，混凝土經(jīng)拌合樓生產(chǎn)后，由自卸汽車運(yùn)至導(dǎo)流隧洞出口位置，由裝載機(jī)轉(zhuǎn)料至混凝土泵，再由混凝土泵送至封堵位置，總運(yùn)距2.8km，其中泵送距離為220m。倉面作業(yè)時(shí)搭設(shè)工作平臺(tái)，人工用高頻振搗棒進(jìn)行振搗。
　　3.3混凝土澆筑中的溫控措施
　　為實(shí)現(xiàn)早日發(fā)電，導(dǎo)流隧洞封堵混凝土一次澆筑完成，混凝土方量大，澆筑期間為夏季。在高溫下，導(dǎo)流隧洞封堵混凝土有效進(jìn)行溫控是保證封堵部位不滲水的關(guān)鍵。大體積混凝土由外荷載引起的裂縫的可能性很小，而混凝土硬化期間水化過程釋放的水化熱，澆筑溫度所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素。混凝土的最高溫升值主要由澆筑溫度和水泥水化熱兩部分組成。因此，減少水泥用量、降低混凝土出機(jī)溫度和控制混凝土的澆筑溫度是限制混凝土內(nèi)部最高溫升和混凝土內(nèi)外溫差的關(guān)鍵。為達(dá)到既能控制溫度裂縫，又能在高溫情況下順利泵送混凝土，主要采用了如下方式。
　　3.3.1限制水泥用量，降低混凝土內(nèi)部水化熱
　　(1)選用水化熱低的水泥
　　采用發(fā)熱量低的水泥和減少單位水泥用量，是降低混凝土水化熱溫升的最有效措施。根據(jù)試驗(yàn)表明，不同品種水泥單位發(fā)熱量相差10cal/g。本部位使用水化熱較低的42.5型水泥，其早期的水化熱比同齡期的普通硅酸鹽水泥低，3d的水化熱約低20%。
　　(2)摻加磨細(xì)粉煤灰
　　堵頭混凝土摻入了成都華能電廠的磨細(xì)Ⅱ級(jí)粉煤灰，根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料表明，這樣不僅改善混凝土的粘聚性和可泵性，而且可節(jié)約水泥。每方混凝土中的水泥用量，每減少10kg，其水化熱將混凝土的溫度相應(yīng)降低落1~1.2℃。
　　(3)選用優(yōu)質(zhì)外加劑
　　堵頭混凝土摻入了山西凱迪建材有限公司生產(chǎn)的UEA微膨脹劑。該微膨脹劑在空氣中膨脹率28d達(dá)0.0017%，在水中膨脹率28d達(dá)0.079%。從而能有效的抵消水化熱溫升引起的混凝土收縮變形。
　　3.3.2原材料降溫，控制混凝土出機(jī)溫度
　　出機(jī)溫度指混凝土組成材料經(jīng)攪拌出機(jī)后測得的混凝土拌合物溫度。為降低混凝土的出機(jī)溫度，關(guān)鍵是對原材料采取了如下的降溫措施：
　　(1)在砂石料倉安設(shè)水管，在中午高溫期間噴霧保濕。
　　(2)控制混凝土中水的溫度，混凝土中水的用量雖然較少，但它的比熱較大，故需降低水的初始溫度。該部位拌合用水溫控制在12℃以下。
　　3.3.3加強(qiáng)混凝土保濕保溫養(yǎng)護(hù)
　　堵頭混凝土澆筑完并達(dá)到拆模強(qiáng)度后，并不立即拆除下游面模板，這樣可以減少混凝土中心與表面的溫差，防止產(chǎn)生溫差裂縫。當(dāng)實(shí)測混凝土中心溫度下降后，拆除下游面模板，并進(jìn)行表面灑水養(yǎng)護(hù)，防止產(chǎn)生表面裂縫。
　　3.3.4對混凝土溫度進(jìn)行內(nèi)部監(jiān)控，及時(shí)掌握混凝土溫度變化動(dòng)態(tài)
　　該導(dǎo)流隧洞封堵混凝土內(nèi)共埋有四支溫度計(jì)，基巖內(nèi)埋有兩支混凝土。對混凝土進(jìn)行溫度觀測的目的是為了掌撐混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫升和混凝土中心至表面的溫度梯度，并確定最佳接縫灌漿時(shí)間。根據(jù)觀測結(jié)果，導(dǎo)流隧洞封堵混凝土內(nèi)部溫度變化見圖3所示。其最高溫度出現(xiàn)在澆筑混凝土后的第七天，達(dá)到了61.4℃。
　　                   
　                                               　圖3混凝土內(nèi)部溫度~時(shí)間關(guān)系圖
　　3.4回填灌漿
　　堵頭混凝土在頂層施工條件面狹小，施工人員無法進(jìn)入，很難將頂部澆滿。為此在頂拱預(yù)埋回填灌漿管。回填灌漿管路采用鍍鋅鋼管，灌漿壓力控制在0.3~0.5Mpa范圍內(nèi)。回填和固結(jié)灌漿采用P•O42.5水泥，水泥各類性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。回填灌漿按分序加密的原則進(jìn)行，分為兩個(gè)次序施工，各次序灌漿的間隔時(shí)間不得小于48小時(shí)。回填灌漿采用純壓式灌漿法，漿液水灰比位為1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1（重量比）4個(gè)比級(jí)，在設(shè)計(jì)壓力下，灌漿孔停止吸漿，即結(jié)束回填灌漿。
　　3.5排水管封堵
　　當(dāng)回填灌漿滿足強(qiáng)度要求后，即進(jìn)行2根Φ150排水管的灌漿封堵。為便于在灌漿過程中漿液不通過排水管進(jìn)行上游，在安設(shè)排水管時(shí)，在排水管進(jìn)口設(shè)有逆止閥，當(dāng)灌漿壓力達(dá)到一定值時(shí)，逆止閥即可逆向關(guān)閉，從而阻止?jié){液通過排水管進(jìn)入上游。
　　3.6接縫灌漿
　　接縫灌漿是為了充填堵頭混凝土后期冷卻收縮與基巖面之間的縫面。接縫灌漿需待混凝土的溫度與基巖溫度相同，并待接縫寬度大于0.5mm以上（混凝土摻入了膨脹劑，在一定程度上可以補(bǔ)償一部分收縮裂縫）才進(jìn)行。根據(jù)觀測結(jié)果，在蓄水前不具體灌漿條件，實(shí)際接縫灌漿是在蓄水達(dá)六個(gè)月后才進(jìn)行的。
　　4結(jié)束語
　　(1)該導(dǎo)流隧洞堵頭施工，從2007年5月10日開始進(jìn)行洞身斷面的擴(kuò)挖至6月12日開始擋水發(fā)電，根據(jù)近兩年多時(shí)間的監(jiān)測資料分析成果和運(yùn)行結(jié)果看，尚未出現(xiàn)裂縫，堵頭四周無一點(diǎn)漏水現(xiàn)象，堵頭下游面混凝土表面也無一點(diǎn)滲水現(xiàn)象，堵頭運(yùn)行正常。該導(dǎo)流隧洞封堵混凝土在工期要求十分嚴(yán)格下獲得了成功。這一成功經(jīng)驗(yàn)為今后的水電工程隧洞堵頭設(shè)計(jì)和施工起到很好的借鑒作用。
　　(2)從觀測結(jié)果看，混凝土中心最高溫度盡管達(dá)到了61.4℃，但混凝土內(nèi)外未出現(xiàn)收縮裂縫，主要是因?yàn)榛炷�土中摻入了微膨脹劑UEA，在一定程度上抵消了混凝土的收縮變形。
　　(3)從設(shè)計(jì)上看，混凝土內(nèi)部溫度降低至與基巖面相同通常需要一個(gè)漫長的過程，而導(dǎo)流隧洞封堵段能否擋水發(fā)電直接影響著工程效益。該導(dǎo)流隧洞封堵混凝土是在未進(jìn)行接縫灌漿條件下?lián)跛�發(fā)電，在一定程度上承擔(dān)著風(fēng)險(xiǎn)。因此，需采取相應(yīng)降低風(fēng)險(xiǎn)的措施還需進(jìn)一步探索。
　　參考文獻(xiàn)
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　　[3]任尚卿陳飛水利水電工程爆破施工技術(shù)規(guī)范DLT5135-2001，2002