1、梨園水電站導流洞堵頭排水管封堵事故處理劉永波 許霓 歐崗（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司）摘 要：梨園水電站導流洞永久堵頭接縫灌漿完成后，堵頭下部預留的DN300排水管為避免銹蝕，需關閉出口閘閥并灌注濃水泥漿填實，灌漿過程中排水管出口明桿閘閥的閘板在灌漿脈動壓力下無預兆突然破壞，無法形成靜水環境填充濃漿的實施條件，需采取其它封堵方案進行處理。根據現場實際情況，采取了排水管套接自制閘閥管臨時止水，然后澆筑大體積悶頭混凝土埋封的處理措施。本文詳細介紹了該處理措施的具體方案，并探討從中得到的啟示。1 工程簡介梨園水電站位于金沙江中游河段，工程以以發電為主，兼有防洪、旅游等綜合效益，正常蓄水位

2、1618m，庫容7.27億m3，裝機容量2400MW。電站樞紐由混凝土面板堆石壩、右岸溢洪道、左岸泄洪沖沙洞、左岸引水系統、地面發電廠房等建筑物組成。梨園水電站采用全年圍堰一次斷流、右岸兩條導流洞泄流的導流方式。導流洞進口高程1497m，出口高程1495m，均為圓拱直墻形斷面，襯砌后凈空尺寸1518m。導流永久堵頭位于大壩帷幕線下游56m處，為瓶塞式實體混凝土結構，長度35m；由于下閘后水庫水位上升較快，為確保永久封堵體施工安全，在永久堵頭上游迎水面處增設一道混凝土臨時堵頭，臨時堵頭長度20m。2 排水管注漿施工事故及原因分析2.1注漿封管事故過程本工程于2014年11月10日下閘，同年11月

3、底臨時堵頭澆筑完成；2015年1月中旬永久堵頭澆筑完成，6月上旬堵頭接縫灌漿完成，具備堵頭下部排水管封堵條件。每個堵頭在其下部設置了兩根DN300排水管，用以排除施工期間的積水，排水管進口設置逆止閥，出口設置手動明桿閘閥，關閉出口閘閥后，管內形成靜水條件，然后壓入0.5:1濃水泥漿填充全管。排水管布置見圖1所示。封管注漿系統設置在排水管出口，6月11日上午開始壓漿作業，期間上游水位與庫水位1618m一致（進口閘門嚴重漏水），擋水水頭約127m。經試驗，灌漿壓力取1.4MPa可壓入濃漿置換管內積水，注漿開始僅10min左右，出口閘閥閘板即突發大變形，噴涌而出的高壓水流瞬間沖出尚未凝固的水泥漿液，

4、灌漿封管作業宣告失敗。圖1 導流洞排水管示意圖2.2原因分析封堵體方案設計為臨時堵頭與永久堵頭分離布置，臨時堵頭布置在大壩帷幕軸線上，與下游永久堵頭間隔約50m，二者之間洞室空腔儲水容積約1.2萬m3，注漿前先全開出口閘閥放水以降低上游水位，正常情況下可為注漿堵管作業提供約2436h的低壓注漿時間。后經專家審議，有關單位自行調整為臨時堵頭與永久堵頭合并布置，造成排水管封堵時無法降低上游水位的困難局面，卻未相應更換高一級工作閘閥。實測上游水位與庫水位1618m一致，擋水水頭約127m，進口逆止閥最大工作壓力為4.0MPa、出口閘閥最大工作壓力為1.6MPa，實際采用的平均灌漿壓力為1.4MPa，

5、由于柱塞式灌漿泵固有的壓力脈動性特點，最大脈動灌漿壓力高達2.02.2MPa，遠遠超出閘閥允許工作壓力，閘閥破壞從而導致壓漿失敗的施工事故。3 排水管封堵事故處理3.1總體方案由于永久堵頭主體已經施工完成，阻斷了從排水管進口關閉的通道條件；高水頭高流速情況下也不具備從灌漿廊道鉆孔進入排水管注漿封堵的可行性，因此只能考慮從排水管出口工作面著手進行處理。處理方案應滿足以下總體要求：1、滿足帶壓封堵要求；2、滿足封堵體結構強度要求；3、滿足長期運行安全和耐久性要求；4、滿足施工安全可行和工期短的要求。根據上述總體要求并結合現場實際情況，處理方案為首先在出口處焊接自制封口鋼套管止水，然后再澆筑悶頭大體

6、積混凝土埋封加固。封堵方案示意見圖2。圖2 排水管封堵方案示意圖（半剖面）3.2封口鋼套管封口鋼套管主要起到臨時帶壓封閉排水管，為后續悶頭混凝土施工創造條件，不考慮長期運行影響。設計要點如下：1、鋼套管最小尺寸根據排水管及閘閥實體的封閉及加工、焊接等施工要求綜合確定，在滿足上述條件情況下，盡量取較小值。套管尺寸實際取值為凈空直徑800mm，長度1000mm，采用Q235材質鋼板卷焊。2、套管筒體鋼板厚度根據公式=Pr/（0d0）計算，計算最小厚度為2.7mm，實際選用鋼板厚度4.0mm。3、套管與排水管連接面的環向焊縫強度采用公式t=F/（Lmin）復核，計算焊縫強度為t=166MPat=14

7、2 MPa，需對稱設置4塊加固連接板。4、經結構復核計算，套管筒體無需設置加勁環。5、為滿足套管施工的無水焊接環境，需在套管底部設置2套閘閥排水，焊接完成后再關閉，確保悶頭大體積混凝土干地澆筑。套管結構見圖3。圖3 封口鋼套管示意圖3.3大體積悶頭混凝土封口鋼套管施工完成并排除積水后，即可立模澆筑悶頭混凝土，設計要點如下：1、混凝土配合比及材料1）混凝土性能設計除滿足強度要求外，還應滿足長期運行的耐久性和抗滲性要求，設計標號為C2820W8F100。2）洞內空間較小，采用混凝土泵車入倉，通過優化混凝土配和比以滿足泵送混凝土對和易性的要求：粉煤灰等量替代法摻量15%，摻減水劑后最大水灰比0.55

8、，塌落度120160mm。3）二級配混凝土，采用下咱日砂石系統生產的優良人工砂石料拌制；水泥選用P.O42.5中熱硅酸鹽水泥。2、穩定及應力計算混凝土悶頭整體穩定及結構應力分析分別采用剛體極限平衡法及三維有限元法進行計算。1）整體穩定抗滑穩定計算公式：0S()R()/d式中，作用效用函數S（）PR抗力函數R（）fRWR+CRAR考慮到施工及混凝土收縮等因素，悶頭與原襯砌邊墻接觸面質量不易保證，忽略該接觸面黏聚力和摩阻力；由于洞內滲滲水影響，底板汪水排除不盡，可能形成低黏聚弱面，為確保安全，作用效應不計入黏聚力，僅考慮悶頭混凝土在自重作用下的摩阻抗力，摩擦阻力系數fR取0.6。經計算，混凝土悶頭

9、最小幾何尺寸為6m4m4m（長寬高），確保排水管（含封口套管）全部包在混凝土內，且套管在混凝土悶頭內各個方向埋藏厚度均不小于2m。圖4 悶頭大體積混凝土幾何尺寸圖2、應力分析悶頭混凝土為非桿體系的大體積結構，采用三維有限元軟件進行應力分析。計算模型采用混凝土專用單元SOLID65模擬，考慮套管銹蝕失效情況下127m水頭的內水均布荷載作用在悶頭內部空腔，悶頭底板（與原襯砌接觸面，Y向）及尾部（與堵頭接觸面，Z向）施加法向約束。有限元分析幾何模型見圖5。圖5 悶頭大體積混凝土計算模型根據計算結果分析，悶頭空腔在內水均布荷載作用下變形較小約0.6mm；最大壓應力1.54MPa，在允許抗壓強度9.6M

10、Pa以內；最大拉應力1.79MPa，超過允許抗拉強度1.1MPa，需通過結構配筋解決。悶頭混凝土應力及變形云圖見圖67。表1 計算成果匯總表最大主應力（MPa，第一主應力）最大變形（mm）拉應力壓應力最大拉應力位置最大值最大值出現位置1.79-1.54空腔頂部圓板外圈0.598空腔頂部圓板中央圖6 第一主應力云圖圖7 第一主應力沿軸線水平切片3、結構配筋由于混凝土材料力學性能非均質特點，在內水荷載作用下，空腔周壁出現應力集中點，最大拉應力1.79MPa，遠遠超過允許拉應力值，將引起局部塑性變形或開裂，需對局部受拉區適當配筋，約束混凝土塑性變形，形成三向受壓應力狀態，提高結構抗拉抗裂能力，確保悶

11、頭結構長期運行安全。大體積混凝土局部受拉鋼筋配筋按混凝土設計規范推薦公式計算，并按最小配筋率min0.2%進行復核。局部受拉區鋼筋最小面積As,min=kckftAc/fy式中，kc、k為應力分布系數、應力非線性調整系數，分別取1.0、0.5；ft、fy為混凝土抗拉強度、鋼筋抗拉強度設計值，分別取1.1MPa、335MPa；Ac為局部受拉區面積，mm2。根據配筋公式及有限元應力云圖計算，需在空腔外側2.2m長度范圍內配置環向箍筋，直徑18mm，間距200mm，保護層厚度5mm；在空腔外側3.6m長度范圍內配置縱向鋼筋，直徑18mm，間距200mm。結構配筋見圖8。圖8 受拉區配筋示意圖4、止水處理由于不具備排水管管內灌漿填實施工條件，為防止管內高壓水體沿混凝土接觸界面持續出滲，影響長期運行安全，需采取可靠的止水防滲處理措施，具體要求如下：1）新老混凝土界面鑿毛加糙，改善縫面結合性能；2）在悶頭與后方混凝土堵頭界面設一排跨縫插筋，限制裂縫開度；3）在排水管上距后方混凝土堵頭0.5m處設置一道800mm止水環；4）排水管外壁包裹一層混凝土面板嵌縫用柔性自封閉止水材料。5 結語梨園水電站導流洞堵頭排水管封堵事故采取上述處理措施，從悶頭內預埋的滲壓計