对水工隧洞封堵体设计与施工的探讨

【摘要】水工隧洞的封堵体是维系水工建筑物安全稳定的重要组成部分。本文笔者结合自己多年来的研究和实际工作经验，主要对水工隧洞封堵体的设计及施工进行了分析，供相关人员参考。

【关键字】水工隧洞；封堵体；设计；施工

1、水工隧洞封堵体的设计

1.1 封堵体的位置

对于水工隧洞封堵体的位置确定，应该结合围岩工程的地质以及相应的水文情况，同时还要考虑已有的支护以及衬砌情况进行确定。我们根据封堵体所处的不同的位置，可以将封堵体分成支洞封堵以及主洞封堵两种。

（1）支洞封堵体的位置。进行支洞封堵体的位置确定，选择的余地一般比较大，但是，我们在进行支洞封堵的设计时必须要注意以下几个问题。首先是支洞和主洞的交叉口处不能出现较大的软弱夹层或者是破碎带。其次就是尽量不要将支洞的封堵体设计成永久性的建筑物。

（2）主洞封堵体的布置。在进行主洞封堵体的设置时，我们应该注意以下几个问题。首先要考虑地质条件，应该尽可能的将主洞的封堵体设置在地质条件较好的地方。其次是如何布置大坝防渗帷幕，如果该帷幕比较深，同时还同主洞交叉时，应该将主洞封堵体设置在大坝的帷幕线上，如果帷幕的深度和隧洞间隔较远时，就比较随意，但是，最好将其布置在上游位置。再次是是否要进行后期改建。如果导流隧洞同其他的隧洞出现结合，那么应该将封堵体尽可能的同永久性建筑物相结合设置。

1.2 封堵体的体型选择分析

在进行封堵体的体型选择时，我们应该结合封堵体具体承受的水压力、施工的具体方法、封堵的材料以及相应的地质条件等条件进行，必须要保证安全，在这个前提下实现最大限度的超载能力。在进行体型的选择时，应注意以下问题。

（1）水头。对于中高水头的水工隧洞一般选择瓶塞式封堵体，具有较高超载能力，对于第水头的隧洞一般选择等截面柱状的封堵体。

（2）断面。方圆形的断面隧洞最好选择瓶塞式封堵体，有利于其进行混凝土的浇筑和灌浆，圆形的隧洞最好选择等截面柱状封堵体，有利于施工。

（3）施工。隧洞施工的工期较短，因此应该选择体型较为简单的封堵体进行。

1.3 封堵体的受力特性

封堵体的受力主要有围岩应力重与灌浆应力，其承受的主要荷载有水压力、渗透压力地址荷载等。其围岩应力，一般将洞体进行开挖，此时应力就会出现，并且其洞的切向应力会随着径向应力的减小而增大，直到洞的四周径向应力达到零为止。在第二次出现应力重分布时，隧洞周围的岩石水分充足，也就是能够封堵蓄满水，此时围岩应力的水平分量与垂直分量之比也会相应的得到改变，因而可以使洞周围各点变形。第二次应力重产生后，造成封堵体受到围岩的压力的现象。此外，还受到灌浆应力的影响。当完成混凝土浇筑工作以后，需要对封堵体进行回填工作，如果需要，还要再进行第二次这样的工作，这就要求对围岩进行固结灌浆与周边进行接触灌浆。在灌浆之后封堵体的周围会产生一种额外的附加径向应力，主要是能够产生弹性抗力，弹性抗力的主要就是封堵体与围岩相互作用而产生的。

1.4 封堵体的设计等级及设计原则

封堵体的设计等级主要与挡水时充当的作用有关。充当坝体作用的封堵体，其设计等级应与坝体保持一致，过坝涵洞封堵体实际上是坝体的一部分，导流隧洞主洞封堵体尽管上游有衬砌结构和闸门保护，但其设计水位一般都比大坝的设计水位低，其作用一般不予考虑，因此导流隧洞主洞封堵体仍是大坝的一部分。充当围岩作用的封堵体应与所在主洞的建筑物设计等级保持一致。充当围堰作用的封堵体，其建筑物设计等级一般为IV级，但当拦洪库容超过1.0亿M3时，建筑物设计等级应提高一级，按III级建筑物设计。

2、封堵体施工

2.1 封堵体施工材料的选用

在封堵体施工过程中，在材料选用上需要按照一定的原则进行，许多工程采用一般会采用在混凝土内添加复合型膨胀剂的方法，这样能在一定程度上提高施工效率。在施工过程中掺入膨胀剂，一方面避免混凝土的收缩，另一方面还可以向围岩施加一定的压应力，增加封堵体的稳定性。因此在封堵体混凝土施工中应尽量采取以下措施：淤采用微膨胀水泥，并尽可能减少单位水泥用量；于做好配合比设计，尽量加大骨料粒径，并掺入适量的粉煤灰；盂封堵体属大体积混凝土，应采取有效的温控措施；榆当封堵体的长度大于20m时，可取消横缝而采用错台浇铸法。

2.2 混凝土施工及温控措施

由于施工单位的施工水平、能力和混凝土收缩温度等因素，并参照目前已建成大型水电工程的施工经验，水工隧洞封堵体混凝土浇筑分段长度一般多采用10m。但由于封堵体固结灌浆，以前的水工隧洞施工支洞的封堵体混凝土内都需要预先留下灌浆廊道。然后在灌浆结束后回填混凝土。但是在灌浆廊道回填混凝土完成后，封堵体内会多了一个结构面，这对封堵体的稳定性和整体性有不良影响，而且接缝灌浆必须采用埋管法，这在无形中提升了封堵工程任务量。所以取消灌浆廊道对封堵体的安全运行大有裨益的，而对于封堵体固结灌浆的问题，可使用在水工隧洞内的封堵体部位进行加深和加强固结灌浆或在无盖重灌浆方式提前灌浆的方法来解决，固结灌浆的范围覆盖封堵体实体段长度的80%即可满足需求。

封堵体属于大体积混凝土，为了防止施工过程中因混凝土温度收缩产生较大拉应力而形成裂缝，需要采用的温度控制方法如下：（1）采取合理的分层厚度。根据DL/T5144—2001《水工混凝土施工规范》的要求，基础混凝土和老混凝土约束部位浇筑层厚度控制在1～2m，其余部位控制在3.0m以内；（2）要严格控制混凝土层间间隔时间。尤其是要控制混凝土浇筑的间隔，以避免因为升温而导致混凝土内部产生叠加效应。根据现有的新浇混凝土内部温度监测资料显示来看，一般情况下，在第七天时，大体积新浇混凝土内部的温度达到最高，之后，温度逐渐下降，直到60d左右时，温度基本恢复稳定。因此，封堵体混凝土层的时间间隔最好为7-10d；（3）采用水化热较低的水泥。在满足封堵混凝土各项设计指标的前提下，应采用水化热低的水泥，并优化配合比设计，采取掺加外加剂等综合措施，从而减少混凝土的单位水泥用量；（4）采用一些列综合措施来节约混凝土单位的成本，如可以采用外加剂的等方法；（5）在封堵体内埋设冷却水管进行通水冷却。采用通水冷却的方法后，可使封堵体混凝土层间间隔时间缩短至4-5d；（6）在封堵体内埋入温度计和测缝计。这样能够通过监测，及时得到温度计量数据，进而采取措施，有效避免混凝土开裂现象。

小 结

水工隧洞封堵是水工建筑物的重要组成部分，其施工也是工程建设中的重要环节之一，在设计施工中应引起足够重视。在水工隧洞封堵体的设计与施工中应着重注意以下几点：

（1）水工隧洞封堵体的体型应尽量简单，且具有较强的超载能力；

（2）封堵体属大体积混凝土，应采取有效的温控措施，必要时可采用微膨胀混凝土，既可控制温度，又能减少接缝灌浆或回填灌浆工作量；

（3）沿顶部和周边缝漏水是封堵失败和失事的主要原因之一，因此封堵体必须做好回填灌浆，必要时应进行二次回填灌浆，在灌浆设计时应考虑二次灌浆问题，做好二次灌浆准备；

（4）对于大型封堵体，应尽量采用三维有限单元法进行计算，以便准确地掌握封堵体的受力特性。

参考文献

[1]DL/T5144—2001，水工混凝土施工规范[s].中国电力出版社，2001

[2]张志杰.水工隧洞封堵体设计与施工[J].湖南水利发电，2004

[3]骆明亮，王东.水工隧洞封堵体设计探讨[J].城市建设理论研究，2013