技术创新

    导流洞的封堵是水利工程建设的重要内容，其直接关系到水利工程的整体施工效率，同时也会对水电站的如期发电造成间接影响。因此，在水利工程的建设过程中，我们需要加强导流洞的封堵，推动水利工程施工质量的提高。导流洞的封堵具体包括导流洞的进口设计以及洞内堵塞体的设计等内容，文章以下结合新疆地区的肯斯瓦特水利枢纽工程这一实例展开具体分析，探讨水利工程中导流洞的设计与施工技术。
    一、肯斯瓦特水利枢纽工程概况
    1．肯斯瓦特水利枢纽工程主要信息
    该工程主要包括五个组成部分，分别为：拦河面板坝、发电洞、泄洪洞、电站厂房以及右岸溢洪道。该工程水库正常时候的水位大约在990m，校核蓄水位则为993.49m。工程属于大（2）型Ⅱ等建筑等级，被评定为4 级导流建筑物。导流洞的总长度为903.5m，将其设计为“龙抬头”的形式并与泄洪洞结合。隧洞的断面采用的是城门洞形的形式，洞身尺寸如下：宽为6m，高为6.7m，纵坡i 为0.0095。
    2．工程的支洞布置
    根据导流洞的洞线特点，该工程结合地形、交通以及施工周期等各方面的情况之后决定将以导流洞的洞线左侧位置作为施工支洞的布设地点，桩号为0+264。施工支洞的全长有106.88m，洞身尺寸如下：宽为7.7m，高为5.5m，纵坡i 为0.0165。
    二、导流洞的设计过程
    1．设计条件
    （1）地质条件。导流洞封堵段洞身的岩性主要以泥质砂岩夹为主，为块状构造，呈厚层状，属软岩类型。洞身的岩体以Ⅳ类围岩为主，弱风化，断层结构不发育，成洞条件一般。（2）设计基础。根据肯斯瓦特水利枢纽工程的基本概况，该工程属于大（2）型Ⅱ等级别，导流建筑物的级别为4 级，并且施工的支洞布置在库盘内，所以整体的设计标准可以按照导流洞的设计标准执行，定为4 级建筑物。（3）堵头型式。堵头共有四种形式，分别为柱型、截锥型、瓶塞型以及拱型，后三种堵头的受力情况比较好，但缺点是很难在施工中一次成形。如果进行二次开挖又会耽误施工进度，并且还会造成较大的经济浪费，增加施工成本。为了确保如期完工并减少施工成本，该工程最后决定采用柱形堵头。设计示意图如下图1 所示。
                  
    2．导流洞堵头长度的计算过程
    （1）堵头安全系数的计算公式
    水利工程中不用封死施工支洞，浇筑长度适宜的混凝土就可以让其发挥永久挡水的目的。因此，在导流洞的封堵设计过程中，堵头长度的计算就是整个设计的核心问题。堵头需要承受自重、水压力以及摩擦力等基本载荷，因此其需要具有一定的安全系数，具体计算公式如下：
     
    上式中，K 代表抗滑稳定安全系数，一般情况下，设计工况的K 不可小于3，校核工况的K 不可小于2.5；f 代表岩石与混凝土之间的抗剪断摩擦系数，由于该工程导流洞洞身所处的为Ⅳ类围岩，因此计算时取f=0.8；A 代表堵头断面的面积，单位为平方米；ρ代表全堵头的混凝土浮容重，单位为千牛/m3；S 代表堵头的断面周长，单位为米；λ代表抗剪断面积的有效系数，结合该工程的具体情况，最终在计算时取λ=0.7；C 代表的是岩石与混凝土这二者接触面的抗剪断凝聚力，由于该工程属于Ⅳ类围岩，因此可取C 取为300kn/m2。
    （2）载荷组合的设计
    根据以上载荷种类的相关信息，共设计出了以下两种载荷组合：1）基本载荷组合：包括处于正常990.0m 蓄水位时水的推力以及堵体的自重；2）特殊载荷组合：包括处于校核的993.49m 蓄水位时水的推力以及堵体的自重。按照抗剪断公式进行计算时，基本载荷组合的K 值应该大于等于3，而特殊载荷组合的K 值应该不小于2.5。
    为了确保计算所得结果符合相关的施工规范以及工程的建设要求，本次设计需要对以上两种情况分别进行试算，得到堵头的长度。
    根据以上公式（1）计算得到的抗滑稳定系数、水推力以及堵体自重的结果如下表1、表2 以及表3。
               
    结合以上计算结果可知，可以将施工支洞封堵头的长度设计为22.0m。
    3．导流洞堵头的细部设计
    （1）堵头使用强度标号为C20 的混凝土进行施工，并使用低热微膨胀水泥，当砼浇筑施工的强度达到70%左右时就可以采用回填灌浆的方式对顶拱进行施工。（2）堵头的灌浆施工包括围岩固结灌浆、顶部回填灌浆以及接触灌浆这三个方面的内容。（3）围岩固结灌浆施工过程中所使用钢管的直径应该在为5cm 左右，顶部回填灌浆施工则可以使用直径为5cm 的聚氯乙烯管，埋设时外露的管口长度应该大于15cm。第四，砼出机口的温度应该控制在15℃以内，入仓温度应该控制在15℃以内，浇筑温度应该控制在15℃以内。
    三、导流洞堵头的施工技术分析   
    1．施工材料的准备
    结合工程的实际情况，该工程共需要准备以下施工材料：569m3 左右标号为C20 的砼；固结所需灌浆在250m2 左右，回填所需灌浆在250m2 左右，接缝所需灌浆在250m2 左右；预埋固结灌浆所需的总管在为104m 左右，预埋回填灌浆所需的总管长在37m 左右，管材均使用直径为5cm 的聚氯乙烯管。   
    2．导流洞堵头的施工流程   
    （1）堵头砼的浇筑
    堵头砼的浇筑主要分为二期，一期的施工任务主要为浇筑全洞的前5m 以及后17m 的周边砼，浇筑廊道段砼的浇筑则全部属于二期施工。
    完成导流洞最后一仓的封堵施工即可以开始浇筑支洞的砼结构，首先需要清除洞壁的浮土以及洞底的淤泥，之后进行造孔和埋管，最后完成第一期砼的浇筑。等到第一期砼结构达到设计强度后立即开始灌浆施工，完成灌浆施工之后浇筑廊道砼。需要注意的是，廊道砼的顶部需要预留通气管和进浆管，因此在完成浇筑后将通气管和进浆管留在砼中直接灌浆。
              
    （2）模板的安装
    采用组合模板浇筑支洞砼，浇筑过程中使用单排架来支撑组合钢模外架，用剪刀撑并按照从洞顶向洞底的顺序进行搭设，然后与支洞周边的钢拱支架实现连接，并在地面上打地锚，将外架连接成整体后，用对拉杆连接导流洞封堵钢模台车以及组合钢模板，直到完成砼的浇筑才能将钢模台车解体。
    （3）灌浆管的布置
    确定好布孔位置之后，在需要布孔的位置凿孔道，深度为50cm，然后对灌浆管的前端进行焊接，保证焊接形状为圆台形，圆台大圆面积应该与孔道一致，而小圆的大小则同于灌浆管的外径，材质选用的是铁皮，厚度为0.33mm。孔成形后，将灌浆管塞到距离孔部底20cm 左右深度的位置并马上固定好，使用锚固剂将孔道塞紧实。等锚固剂硬化之后，在外面刷上2~3cm 的砂浆。然后直接让预埋灌浆管的后端伸出模板外一定距离并固定在合适位置，将其焊接在预埋灌浆管处。
    四、结束语
    综上所述，水利工程中导流洞的封堵设计具体包括导流洞的进口设计以及洞内堵塞体的设计等内容。在具体施工过程中，需要结合工程的地质条件、相关设计标准来选择堵头型式和计算导流洞堵头长度并进行导流洞堵头的细部设计。结合工程实际情况确定了堵头的长度以后就可以进行施工，主要包括堵头砼的浇筑、模板的安装以及灌浆管的布置等流程。