聶光利，劉國(guó)勇

(1.中水四川水電開(kāi)發(fā)有限公司毛爾蓋水電有限公司，成都，610041;

2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

1 工程概況

毛爾蓋水電站裝機(jī)容量420MW，擋水建筑物為碎石土心墻堆石壩，最大壩高147m，水庫(kù)總庫(kù)容5.35億m3。工程為II等大(2)型工程，首部樞紐由擋水建筑物、溢洪道、放空洞組成。開(kāi)敞式溢洪道布置在大壩左壩肩，閘室段設(shè)1孔10m×9m的閘孔，堰頂高程為2124.00m。放空洞布置在左岸，底板高程為2040.00m。

本工程壩區(qū)樞紐施工采用斷流圍堰擋水、隧洞過(guò)流，壩體工程施工采用全年導(dǎo)流方式。導(dǎo)流洞布置于左岸，導(dǎo)流洞洞身斷面為城門(mén)洞型，過(guò)水凈斷面為8m×9.5m(寬×高)，圍堰高度43m。導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室底板頂高程為1994.00m，設(shè)8m×9.5m(寬×高)平板封堵門(mén)一扇。

本工程位于四川省阿壩州黑水河干流上，年內(nèi)洪枯流量相差大，壩址處黑水河分期設(shè)計(jì)洪水見(jiàn)表1。

表1 黑水河毛爾蓋電站壩址分期設(shè)計(jì)洪水成果單位:m3/s

2 導(dǎo)流洞提前下閘時(shí)間分析及經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)河道水文特征和工程規(guī)劃總體施工進(jìn)度安排，導(dǎo)流洞于2006年7月開(kāi)工至2008年10月完工，2008年11月初導(dǎo)流洞過(guò)水，河道截流。2011年12月初，引水發(fā)電系統(tǒng)具備首臺(tái)機(jī)組發(fā)電的條件。同時(shí)根據(jù)首部工程的施工進(jìn)度安排，2011年11月初，導(dǎo)流洞下閘封堵。下閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水，月平均流量80.4m3/s，對(duì)應(yīng)下閘前水位1997.54m。2011年11月～2012年4月進(jìn)行導(dǎo)流洞的封堵施工，封堵期間攔河大壩擋水，放空洞過(guò)流，渲泄施工期間設(shè)計(jì)洪水(11月到次年4月20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn))Q=248m3/s時(shí)，上游水位2057.40m。導(dǎo)流洞封堵后，2012年汛前首部工程完工，汛期各永久水工建筑物投入正常運(yùn)行。

根據(jù)工程2010年實(shí)際施工進(jìn)度情況，大壩、溢洪道、放空洞可以在2011年4月底完工，比原來(lái)規(guī)劃進(jìn)度提前12個(gè)月，首部樞紐具備提前下閘蓄水的條件。提前下閘蓄水將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

導(dǎo)流洞洞身結(jié)構(gòu)按安全抵擋74m外水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)擋水位為2068.0m。倘若由于其他不確定因素導(dǎo)致5月前不能完成一期堵頭封堵施工，上游最高庫(kù)水位將超過(guò)洞身結(jié)構(gòu)安全承載水位，結(jié)構(gòu)存在安全風(fēng)險(xiǎn)。即導(dǎo)流洞一期封堵施工的安全時(shí)段截至2011年4月底，為此要求導(dǎo)流洞一期堵頭應(yīng)在4月底前完成。根據(jù)一期堵頭施工進(jìn)度分析成果，在施工較為順利的情況下導(dǎo)流洞下閘至一期堵頭完建共需31天，因此，導(dǎo)流洞下閘時(shí)間應(yīng)在2011年3月31日前。

影響工程下閘時(shí)間的因素主要有:工程建設(shè)進(jìn)度，移民安置進(jìn)度，環(huán)保審查，下閘蓄水驗(yàn)收流程。根據(jù)工程建設(shè)進(jìn)度安排，溢洪道及廠(chǎng)房進(jìn)水口工程在2011年1月20日前全部完建，2011年3月中旬大壩填筑可達(dá)到2124.0m(溢洪道進(jìn)口底板高程)，工程建設(shè)進(jìn)度不影響下閘計(jì)劃;根據(jù)移民安置驗(yàn)收節(jié)點(diǎn)時(shí)間要求，工程區(qū)移民及庫(kù)底清理應(yīng)于2011年1月5日前完成，2011年1月31日通過(guò)省移民局終驗(yàn)并獲取終驗(yàn)報(bào)告;根據(jù)“環(huán)保驗(yàn)收節(jié)點(diǎn)時(shí)間”要求，2010年11月30日前提出水庫(kù)蓄水環(huán)保專(zhuān)項(xiàng)驗(yàn)收申請(qǐng)，2011年2月21～28日，組織水庫(kù)蓄水環(huán)保專(zhuān)項(xiàng)驗(yàn)收;環(huán)保專(zhuān)項(xiàng)驗(yàn)收通過(guò)后再進(jìn)行水庫(kù)蓄水安全鑒定驗(yàn)收。根據(jù)各項(xiàng)驗(yàn)收程序通常用時(shí)情況，分析得出工程下閘蓄水最早時(shí)間為2011年3月15日。

通過(guò)以上分析認(rèn)為，本工程導(dǎo)流洞下閘封堵時(shí)間最遲不晚于2011年3月31日，在有條件情況下，應(yīng)盡早提前下閘。綜合分析影響工程下閘時(shí)間的各因素，為確保各流程的順利實(shí)施，推薦本工程導(dǎo)流洞下閘時(shí)間為2011年3月15日。

提前下閘蓄水給毛爾蓋電站帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)利益，可增加毛爾蓋電站發(fā)電量約3.03億kW.h，增加發(fā)電效益約13089.60萬(wàn)元。毛爾蓋水電站提前下閘蓄水，給下游色爾古電站、柳坪電站帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)利益，共可增加發(fā)電量約0.23億kW.h，可增加發(fā)電效益約2793.60萬(wàn)元。因此毛爾蓋電站提前下閘蓄水可以帶來(lái)15882.6萬(wàn)元發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)計(jì)算，導(dǎo)流洞一、二期封堵(含加固費(fèi)用)共需費(fèi)用437.7萬(wàn)元，與原設(shè)計(jì)相比增加費(fèi)用159.4萬(wàn)元。

因此提前下閘可帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益15723.2萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)上十分可觀。

3 風(fēng)險(xiǎn)管理措施

針對(duì)實(shí)際的施工進(jìn)度，調(diào)整了工程施工導(dǎo)流規(guī)劃，根據(jù)研究導(dǎo)流洞必須于汛前3月中旬下閘蓄水，比原計(jì)劃提前8個(gè)月。下閘后，導(dǎo)流洞封堵期正是汛期，按規(guī)范要求計(jì)算閘門(mén)的最大擋水水頭達(dá)到139m，超過(guò)了原閘門(mén)擋水能力(74m)。因此，導(dǎo)流洞提前下閘蓄水帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也帶來(lái)了大的工程風(fēng)險(xiǎn)。綜合分析后認(rèn)為主要有以下風(fēng)險(xiǎn):(1)閘門(mén)擋水風(fēng)險(xiǎn);(2)導(dǎo)流洞原襯砌結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn);(3)堵頭施工安全風(fēng)險(xiǎn);(4)導(dǎo)流洞進(jìn)口突然潰決的風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 閘門(mén)擋水風(fēng)險(xiǎn)管控

閘門(mén)擋水水平由原設(shè)計(jì)的74m提高到139m，且閘門(mén)、閘室已施工，改建已不可能。根據(jù)計(jì)算，導(dǎo)流洞閘門(mén)設(shè)計(jì)水頭74m時(shí)，導(dǎo)流洞門(mén)葉主梁的最大彎曲應(yīng)力σ=202.6MPa，已經(jīng)很接近Q345B的鋼材容許應(yīng)力［σ］=205MPa;門(mén)槽主軌底板彎曲應(yīng)力σ=154.3MPa＜［σ］=171MPa。由于閘室門(mén)槽預(yù)埋件已埋設(shè)，門(mén)槽主軌已安裝，且導(dǎo)流洞已過(guò)水，金屬結(jié)構(gòu)能加固的只有門(mén)葉，通過(guò)對(duì)門(mén)葉進(jìn)行加固處理后，門(mén)槽主軌能承受的最大水頭為81m，也遠(yuǎn)低于封堵期外水水頭。針對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)研究后采用在門(mén)后回填15m長(zhǎng)的混凝土，其長(zhǎng)度除填滿(mǎn)閘門(mén)后閘室段空腔外，再進(jìn)入導(dǎo)流洞2m?；靥罨炷劣袃蓚€(gè)主要作用，一是能擋封堵期外水推力，二是加固導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡。

3.2 導(dǎo)流洞原襯砌和堵頭施工期風(fēng)險(xiǎn)管控

導(dǎo)流洞洞身全長(zhǎng)869.91m，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，進(jìn)口段多為Ⅳ類(lèi)圍巖，襯砌厚度1.0m;洞身中間段圍巖主要為Ⅲ－2類(lèi)，其次為Ⅳ類(lèi)，局部Ⅴ類(lèi)，襯砌厚度為0.6m～1.0m;出口段圍巖主要為Ⅴ類(lèi)，襯砌厚度1.0m。其中，對(duì)進(jìn)出口及處于強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷的洞段圍巖，進(jìn)行固結(jié)灌漿。

3月中旬下閘封堵導(dǎo)流洞，封堵施工的安全時(shí)段僅為3月～4月。根據(jù)對(duì)導(dǎo)流洞永久堵頭施工進(jìn)度分析，由于永久堵頭施工工序復(fù)雜(排水、澆筑混凝土、灌漿等項(xiàng)目)，在下閘后的一個(gè)月內(nèi)不能完成永久堵頭封堵的全部項(xiàng)目。進(jìn)入汛期后，永久堵頭封堵施工期進(jìn)口閘門(mén)及洞身段結(jié)構(gòu)將面臨極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。而若將堵頭分段施工，利用較為安全的3～4月施工一期堵頭，并利用一期堵頭來(lái)抵擋二期堵頭施工期的高外水，既可滿(mǎn)足一期堵頭施工期安全，又可降低二期堵頭施工期的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對(duì)本工程下閘蓄水實(shí)際情況，在下閘封堵工期相對(duì)較緊的情況下，研究采用了永久堵頭分期分段施工。

導(dǎo)流洞原設(shè)計(jì)封堵期最大外水壓力74m，現(xiàn)封堵期可能面對(duì)的外水壓力比其高了65m，洞身結(jié)構(gòu)安全復(fù)核選擇導(dǎo)流洞進(jìn)口段0+030.0m斷面。根據(jù)洞身開(kāi)挖揭示的圍巖情況，對(duì)洞周進(jìn)行固結(jié)灌漿加固，選取外水折減系數(shù)為0.6。在洞身現(xiàn)有結(jié)構(gòu)配筋情況下，底板中部、邊墻下部及中部結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度將達(dá)到0.51mm，且邊墻中部受拉鋼筋最大拉應(yīng)力達(dá)到324.8MPa，均超過(guò)規(guī)范要求范圍，結(jié)構(gòu)安全性無(wú)法保證。其風(fēng)險(xiǎn)是外水將使混凝土襯砌開(kāi)裂，洞內(nèi)滲水劇增，封堵施工無(wú)法進(jìn)行。對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)，加固襯砌也是一種辦法，但將使施工工期大增，4月底無(wú)法完工，無(wú)法避開(kāi)度汛風(fēng)險(xiǎn)。因此，導(dǎo)流洞封堵如何分段設(shè)置，以避開(kāi)襯砌結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)尤為重要。

原導(dǎo)流洞永久堵頭布置在洞身0+530.0m～0+560.0m。根據(jù)永久堵頭布置，一期堵頭可考慮設(shè)置在緊鄰閘門(mén)后及二期堵頭前兩種方案。

通過(guò)對(duì)洞身穩(wěn)定復(fù)核成果分析，在導(dǎo)流洞下閘后工程不同蓄水方案情況下，若將一期堵頭設(shè)置在進(jìn)口閘門(mén)后，一、二期堵頭間洞身結(jié)構(gòu)裂縫均超過(guò)規(guī)范規(guī)定值，洞身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全風(fēng)險(xiǎn)均較大。此外，導(dǎo)流洞運(yùn)行已超過(guò)2年，洞身襯砌可能的沖蝕破壞將使導(dǎo)流洞承擔(dān)外水能力進(jìn)一步降低，洞身滲水量增大，甚至可能造成結(jié)構(gòu)破壞。同時(shí)，由于閘門(mén)密封不嚴(yán)等問(wèn)題造成的滲漏，將增大二期堵頭施工期排水難度，影響二期堵頭施工進(jìn)度，二期堵頭施工期面臨較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

將一期堵頭布置在二期堵頭前，與二期堵頭緊鄰布置，可有效避免洞身及閘門(mén)大量滲水以及洞身段結(jié)構(gòu)破壞給二期堵頭施工帶來(lái)的施工、安全風(fēng)險(xiǎn)。二期堵頭施工期由一期堵頭承擔(dān)封堵期高外水，一期堵頭的穩(wěn)定可通過(guò)封堵長(zhǎng)度解決，但因二期堵頭下游洞身襯砌結(jié)構(gòu)外水水頭仍較高，需復(fù)核堵頭下游原襯砌結(jié)構(gòu)的安全性。

二期堵頭下游洞身選取典型斷面0+530.0m為結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算代表性斷面，該段圍巖類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)，襯砌厚度80cm，考慮到二期堵頭段洞身施工中已進(jìn)行了固結(jié)灌漿(樁號(hào)0+530.0m～0+560.0m段，灌漿壓力3.0MPa～4.5Mpa，且質(zhì)量檢測(cè)成果表明，檢查孔壓水試驗(yàn)最大透水率為0.868Lu)，并且大壩帷幕灌漿已完成，實(shí)際灌漿壓力為3.2MPa～3.6MPa，質(zhì)量檢測(cè)成果表明，檢查孔壓水試驗(yàn)最大透水率為0.638Lu。同時(shí)，考慮到該段洞身布設(shè)排水孔折減外壓作用，根據(jù)《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL5077－1997)規(guī)定，重力壩在采用防滲帷幕和排水孔時(shí)，排水孔后水壓折減系數(shù)可取為0.2，洞身結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算中外水水頭折減系數(shù)取為0.2。計(jì)算結(jié)果顯示，最大裂縫開(kāi)展寬度0.2mm，鋼筋最大應(yīng)力111MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

因此，通過(guò)合理地增加封堵混凝土段長(zhǎng)，分期施工，避開(kāi)了導(dǎo)流洞原襯砌結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)和堵頭汛期施工風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 導(dǎo)流洞進(jìn)口突然潰決的風(fēng)險(xiǎn)管控

導(dǎo)流洞堵頭采用分期分段施工方式，二期堵頭施工期間由原導(dǎo)流洞閘門(mén)及洞身抵擋封堵期外水，若上游水位超過(guò)原結(jié)構(gòu)承載能力，將由一期堵頭承載。但原襯砌結(jié)構(gòu)在承載高外水時(shí)發(fā)生突潰，將對(duì)一期堵頭結(jié)構(gòu)造成威脅。針對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)導(dǎo)流洞地質(zhì)情況進(jìn)行分析研究。

根據(jù)洞身開(kāi)挖揭示情況，進(jìn)口段0+000.0～0+030.0m洞身整體為Ⅴ類(lèi)圍巖，巖體風(fēng)化卸荷較強(qiáng)，裂隙發(fā)育，裂面普遍銹染、張開(kāi)，為強(qiáng)卸荷弱風(fēng)化巖體，呈碎裂結(jié)構(gòu);0+030.0m～0+224.0m洞身整體為Ⅳ類(lèi)圍巖，巖體微～弱風(fēng)化，完整性差～較破碎，多呈互層狀～碎裂結(jié)構(gòu)，進(jìn)口洞段開(kāi)挖揭示表明，洞室洞壁干燥或局部濕潤(rùn)，說(shuō)明洞室?guī)r體透水性較弱。以上洞段實(shí)施了固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿入巖深度4m，灌漿壓力0.8MPa，以加固圍巖。

導(dǎo)流洞進(jìn)口段洞身上覆巖體最小厚度約14m，近2倍隧洞寬度，在二期封堵期施工高外水139m作用下，水力坡降約為9.2，考慮圍巖加固后可以滿(mǎn)足滲透破壞要求。同時(shí)，類(lèi)比瀑布溝導(dǎo)流洞下閘情況，其封堵期實(shí)際外水水頭為117m，隧洞洞徑13m×16.5m(寬×高，大于本工程8m×9.5m)，洞頂巖體覆蓋厚度為18m(含混凝土回填厚度)，圍巖類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)，通過(guò)監(jiān)測(cè)，封堵期施工安全沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題;為保證洞室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從安全的角度出發(fā)，在下閘前對(duì)進(jìn)口洞臉邊坡進(jìn)行固結(jié)灌漿施工，以提高圍巖整體承載力，經(jīng)過(guò)固結(jié)灌漿加固后，在高外水作用下發(fā)生突潰可能性較小。

4 導(dǎo)流洞下閘封堵施工預(yù)案

導(dǎo)流洞在汛前下閘封堵，增加了導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)本身和封堵期施工安全風(fēng)險(xiǎn)，雖然采取工程措施后，風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍，但仍需采取一定的施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。經(jīng)研究后采取以下措施和預(yù)案。

(1)下閘前對(duì)導(dǎo)流洞閘門(mén)及門(mén)槽重新檢修;

(2)為解決下閘后因閘門(mén)安裝不到位或門(mén)葉間縫隙過(guò)大造成的滲漏量大等問(wèn)題，在進(jìn)口準(zhǔn)備足量堵漏材料(可采用棉被、黃豆、粘土袋等)，并確保導(dǎo)流洞進(jìn)口道路暢通;

(3)導(dǎo)流洞封堵施工通道為導(dǎo)流洞出口，下閘后應(yīng)立即填筑出口圍堰和洞內(nèi)道路。但因洞身及閘門(mén)滲漏量過(guò)大可能導(dǎo)致圍堰填筑困難，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行堵漏處理，洞身則需在下閘前進(jìn)行洞外灌漿處理。在導(dǎo)流洞出口準(zhǔn)備足量的填筑料，并配備一定數(shù)量的抽水泵備用;

(4)若一期堵頭施工期間洞內(nèi)滲水量較大，將對(duì)封堵施工造成影響，應(yīng)增加洞內(nèi)排水鋼管數(shù)量，并配有相應(yīng)的閥門(mén)，堵頭下游應(yīng)備足量的抽排設(shè)備。若施工過(guò)程中堵頭段洞身滲漏量大影響堵頭混凝土澆筑，應(yīng)采取有效的防水、排水措施，如高壓灌漿止漏、遮雨棚、排水管等，保證混凝土澆筑進(jìn)度和質(zhì)量。若二期堵頭施工期間發(fā)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水，首先應(yīng)根據(jù)堵頭下部埋設(shè)鋼管出流量及上游監(jiān)測(cè)成果，判斷堵頭前洞身是否平壓，考慮到一期堵頭施工質(zhì)量及齡期保證性差，應(yīng)及時(shí)組織專(zhuān)家組討論是否將排水鋼管關(guān)閉。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述風(fēng)險(xiǎn)分析和提出的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，導(dǎo)流洞提前下閘方案通過(guò)了主管部門(mén)的審核批準(zhǔn)。2011年3月22日，毛爾蓋水電站導(dǎo)流洞比可研階段審定日期提前8個(gè)月下閘。2011年7月10日，二期堵頭施工完畢，水庫(kù)順利蓄水，成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的目標(biāo)。