浅析波波娜水电站长引水隧洞施工支洞封堵设计

'广西水利水电GXWATERRISOURCES＆HYDROPOWERENGINEERING2012(2)·规划设计·波波娜水电站长引水隧洞施工支洞封堵设计张万军(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000)【摘要1针对波波娜水电站长引水隧洞6条施工支洞的特点，选择柱形堵头，采用5种常用的堵头长度计算公式计算堵头长度，分析比较其结果，并结合工程实际，综合考虑各种因素确定堵头长度，最后对堵头灌浆进行设计。实施后，6条施工支洞堵头均安全运行。【关键词】施工支洞；堵头；封堵；灌浆【中图分类号】TV554【文献标识码】B【文章编号】1003—1510(2012)02—0058—04为中型。水工建筑物按Ⅶ度地震设防；各主要建筑1工程概况物级别如下：拦河坝、泄洪冲沙建筑物、发电引水系统及厂房为3级建筑物；次要建筑物为4级；临时建波波娜水电站工程由拦河坝、泄水建筑物、发电引水系统及电站厂房等主要建筑物组成。水库筑物为5级。发电洞、压力钢管施工支洞堵头属于永久挡水建筑物，设计标准与发电洞、压力钢管相正常蓄水位1856．2in，校核蓄水位1858．1In。工程同，为3级建筑物。等别为Ⅲ等中型，发电引水系统为3级建筑物。发3．2堵头型式电洞低压洞段长12057．385m与调压井相连，调压井后接压力钢管斜井段。隧洞为圆形断面，洞径堵头型式有截锥形、短钉形、拱形、柱形等，截5．4in，纵坡1／380，底板高程1841．000—1810．857m，锥形堵头能将压力较均匀地传至洞壁严实，受力较好；短钉形在钉头部位应力较集中，受力不均匀；拱压力钢管斜井段长290．075，内径4．6m，纵坡1：0．8391，上弯段起始断面中心高程1813．157ITI，下弯段末断形堵头混凝土量少，但是对岩石承压及防渗要求较面中心点高程1590．947In。高，一般用于岩体坚固、防渗性较好的地层；柱形堵头不能充分利用崖壁的承压，只能依靠自重摩擦力及粘聚力达到稳定；由于前3种形式均需要在施工2施工支洞布置支洞开挖过程中进行不规则扩挖，在施工爆破中很本工程引水隧洞是控制施工工期的关键项目，难一次成形，而二次开挖往往会影响工期，为加快根据发电引水系统布置特点，综合分析施工交通、施工进度，本工程选择柱形堵头。施工进度和地形等因素，布置1#m4#施工支洞，分别3．3堵头长度计算位于发电洞桩号1+577．322、5+963．785、7+807．864、堵头长度是封堵设计的核心问题，堵头承受的11+590．112。为方便施工，施工过程中在发电引水基本荷载一般有水压力、扬压力、自重和混凝土与洞桩号0+131．220、压力钢管斜井段增设5包工支洞基岩粘聚力及摩擦力。我国工程实例较多，计算方和支洞。各施工支洞均为城门洞形，1"-5支洞布法多种多样，没有统一的原则，其计算方法主要有置在洞线左侧，6支洞布置在洞线右侧。5种。3．3．1经验公式3堵头设计L=Dh／50(1)3．1设计标准式中：混凝土堵头等效直径，in；波波娜水电站工程等别为Ⅲ等工程，工程规模——堵头迎水面作用水头，m。【收稿日期】2012—03—07[作者简介】张万军(1984一)，男，甘肃武威人，新疆水利水电勘测设计研究院助理工程师，学士，从事施工组织设计工作。58 广西水利水电GXWATERRISOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2012(2)3．3．2《水工隧洞设计规~>)(SL279—2002)t公式聚力；≥[vIA(2)——摩擦力安全系数，1．o5～1．15，本次计算取1．15。式中：卜堵头迎水面承受的总水压，MN；——粘聚力安全系数，一般应大于4，建】——允许剪应力，取0．2—0．3MPa；议4—6，本次计算取6。A——堵头剪切面周长，In。公式(t)只考虑了封堵水头和作用面积，而没3．3．3《水工隧洞设计规范》(DL／T5195—2004)t1有考虑在不同地质条件下混凝土与围岩粘聚力的公式变化，地质条件较好时可以进行估算，在地质条件作用效用函数：S(·)=ZP；较差时，误差很大，存在安全隐患；公式(2)按刚体抗力函数：R(·)=厂R∑w+C。(3)静态剪切原理计算封堵长度的方法，但是也没有考式中：∑PR——滑动面上堵头承受的全部切向虑混凝土与围岩的相互作用对封堵长度的影响，其作用之和，kN；中【T]的选值较为关键，取0．2—0-3MPa相当于安全∑W——滑动面上堵头全部法向作用之系数为2．5—3．0；公式(3)按承载了极限状态进行计和，向下为正，kN；算，计算时计入基础面的摩擦力和除顶部以外混凝—昆凝土与围岩(或混凝土)的摩擦系数；．土与围岩间的粘聚力，而在工程实际操作中，很难C——混凝土与围岩(或混凝土)的粘聚确保两侧墙混凝土与围岩完全结合，故本公式计算力，kPa；的封堵长度一般偏小；公式(4)对摩擦力和粘聚力A一除顶部外，堵头疑蜢-白g面积m2。取了一个综合安全系数，不能有效反应摩擦力和粘3-3．4《施工组织设计手册》公式聚力安全系数的区别；公式(5)对摩擦力和粘聚力L=KP／(ARf+f)(4)取分项安全系数。3．3．5《施工组织设计手册》公式由于各公式的计算结果相差较大，所以单纯的(警+)(5)采用一种计算方法来确定堵头的长度是不合理的。封堵水头、堵头的断面尺寸、围岩情况都可能式中：A、S-断面面积和断面周长，m、m；成为控制堵头长度的因素，堵头过长会增加不必要设计水头的总推力，MN；的经济损失，过短则会在永久运行中存在安全隐安全系数；患，一旦破坏会造成严重的经济损失。因此，堵头—昆凝土浮容重(2．4—1．0)×10MN／m；长度的确定要综合考虑，往往通过上述几个公式的一混凝土与岩石的摩擦系数；．对比并结合实际情况来联合确定。A——抗剪断面积有效系数，底板取1．0，侧墙3．4堵头长度计算取0．5；3．4．1各施工支洞基本资料(见表1)c——混凝土与岩石接触面的抗剪断凝此处需要设计人员特别注意：调压井前接发电表1各施工支洞基本资料表引水洞低压引水洞段和后接压力钢管斜井段。调头稳定受发电洞内水压力控制，按发电洞内水压力压井最高涌浪水位尾1866．90In，而设计、校核库水计算堵头长度。在设计过程中，设计人员经常会在位分别为1856．2、1858．1m。根据水锤压力计算，边墙及底板设置锚杆，但在计算时未考虑锚杆抗剪1、2、3、5施工支洞堵头稳定受库水位控制，按水力，可作为安全储备。库设计、校核水位计算堵头长度；、6施工支洞堵3．4．2各施工支洞封堵计算结果(见表2)59 张万军：波波娜水电站长引水隧洞施工支洞封堵设计由于1、2、3、5施工支洞封堵水头较低，计算及检修进人孔的设置，堵头长度取值均比计算值偏堵头长度均较小，考虑到水力渗透影响，灌浆廊道大，施工支洞和6髓工支洞按计算结果选值。表2各施工支洞封堵计算结果表3．5堵头灌浆设计足设计要求；3．5．1回填灌浆(3)固结灌浆孔钻孔结束后须进行钻孔冲洗，(1)堵头顶部回填灌浆应在混凝土浇筑完毕并冲净孔内岩粉、泥渣；达到设计强度的70％后进行，灌浆范围为拱顶(4)固结灌浆孔在灌浆前采用压力水对裂隙冲120。，灌浆压力0．3—0．4MPa；洗，直至回水清为止。冲洗压力为灌浆压力的(2)回填灌浆范围：顶部基岩与一次支护接触80％：面、一次支护与封堵混凝土接触面；(5)固结灌浆按环间分序、环内加密的原则进(3)实体段通过预埋在拱顶的灌浆管施灌，灌行，环间宜分为两个次序；浆系统外露管长度不小于15cm；(6)固结灌浆采用单孔灌浆的方法，但在注入(4)回填灌浆前须对混凝土缺陷等进行全面检量较小地段，同一环上的灌浆孔可并联灌浆，孑L数查，对可能漏浆的部位应先行处理；可为2个，孑L位保持对称；(5)回填灌浆分为两个次序进行，两序孔中都(7)固结灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变应包括顶孔；换，浆液水灰比可采用3：1、2：1、1：1、0．5：l等4个(6)回填灌浆施工应自低的一端开始，向高的比级，具体水灰比的比级根据试验确定；一端推进。同一区段内的同一次序孔全部钻完后，(8)固结灌浆浆液的变换：当灌浆压力保持不再进行灌浆。也可单孔分序钻进和灌浆；变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持(7)回填灌浆的浆液水灰比为O．5：1的水泥续升高时，不得改变水灰比；当某级浆液的注入量浆。孔隙大的部位可灌注水泥砂浆，但掺砂量不应已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压大于水泥重量的200％；力和注人率均无改变或改变不显著时，应改浓一级(8)回填灌浆在规定的压力下，灌浆孔停止吸水灰比；当注入率大于30L／min时，可根据具体情况浆后，并继续灌注10min即可结束；越级变浓；(9)低处孔灌浆时，高处孔可用于排气、排水。(9)固结灌浆在0．5—0．7MPa压力下，注入率不当高处孑L排出浓浆(接近或等于注入浆液的水灰大于0．4L／rain时，延续30min，即可结束；比)后，可将低处孔堵塞，改从高处孔灌浆，依次类(10)灌浆孔灌浆结束后，排除钻孔内的积水和推，直至结束。污物，采用压力灌浆法进行封孑L，并将孔口抹平。3．5．2固结灌浆3．6材料(1)堵头段洞身固结灌浆压力取1．0一1．2MPa，(1)堵头混凝土：采用微膨胀混凝土、强度标号钻灌深度应深入岩石4．0m，灌浆孔排距2．0m；C20、抗渗标号W6，混凝土配合比设计要经试验(2)固结灌浆孔采用风钻或其它型式钻机钻确定；孔，终孔直径不小于38mm，孔位、孔向和孔深要满(2)水泥：采用高抗硫、低热水泥，每方混凝土 广西水利水电GXWATERRISOURCES＆HYDROPOWERENGINEERING2012(2)水泥用量不超过250kg；起设计人员高度重视，不仅是体形和长度设计，防(3)粉煤灰：堵头混凝土中掺的粉煤灰应为精止渗漏也是至关重要，要选用新技术、新材料、新工选的粉煤灰，不粗于同时使用的水泥，烧失量小于艺保证浇筑质量及灌浆质量。本工程于2010年l18％，SO含量小于3％；月开始生产运行，目前6条施工支洞堵头均安全(4)灌浆浆液：采用纯水泥浆，水泥标号不低于运行。42．5R；(5)灌浆管：选用镀锌钢管，管径为DN38；参考文献(6)锚筋设计：堵头段底板和边墙设计625锚[1]水工隧洞设计规范IS】，SL279—2002．筋，梅花型布置，间排距为2．5m，锚筋深入岩体内长[2]水工隧洞设计规范【s】，DL／T5195—2004．度不小于2．5m、深入堵头混凝土1．0m。【3】水利电力部水利水电建设总局．水利水电工程施工组织设计手册【M1．北京：中国水利水电出版社，1996．4结语(责任编辑：周群)堵头在水工建筑物永久运行中的作用非常重要，直接影响到工程安全和经济效益。所以必须引ConstructionaditclosingdesignforlongdiversiontunnelofBobonaHydropowerStationZHANGWan-jun(XinjiangSurveyandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropower，Urumqi830000，China)Abstract：ForthesixconstructionaditsoflongdiversiontunnelofBobonaHydropowerStation。column—shapebulkheadwasdesignedaccordingtotheircharacteristics．FivekindsofconventionalformulaswereadoptedtocalCU．1atethebulkheadlength．Thebulkheadlengthwasdeterminedandbulkheadgroutingwasdesignedbasedonanaly．sisandcomparisonofallcalculationresults。combinedwithconstructionpracticeandtakingintoaccountallrelatedfactors．Thebulkheadsofall6aditshaveworkedsafelysinceconstructionwascompleted．Keywords：Constructionadit；bulkhead；close；grouting(上接第57页)Flooddischargetunneldeepradialservi●cegat·eseal-i-nga"esi-gnoI⋯KenSwatHydroProjectonManasRiverCHENHong-yan(Survey，PlanningandDesignInstituteofXinjiangProductionandConstructionCorps，Shihezi832000，China)Abstract：TheflooddischargetunnelofKenSwatHydroProjectinXi~iangUigurAutonomousReigionisdesignedwithdeepradialservicegatewithstandinghighwaterhead．Combinedwiththecharacteristicsofthegate。anintro—ductionwasmadeonitssealingdesignandmaterialselection．Conventionaldesignwasadoptedforgatesideandbottomsealing．Fortopsealing，theschemeincorporatingP-typegateleafsealingwithlintelhingedwaterstopwasrecommendedaftercomparisonandselectionofmuhiplealternatives．Rubber—plasticcompositewaterstopwasde—terminedassealingmateria1．Keywords：Gate；sealing；design；material'