探討涵洞的施工方法及封堵措施

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一、壩下涵洞封堵措施

壩下病害涵洞的存在，將嚴(yán)重危及大壩安全，我省對(duì)壩內(nèi)陶瓷涵管、磚石方管視為存在滲流穩(wěn)定安全問題，必須予以報(bào)廢或更新改造。對(duì)壩下涵洞封堵處理之前，應(yīng)對(duì)老涵洞進(jìn)行全面察勘，根據(jù)老涵洞洞身材質(zhì)、尺寸大小、滲漏情況、破壞程度等分析原因所在，結(jié)合大壩的加固情況及施工條件設(shè)計(jì)切實(shí)可行的封堵措施。根據(jù)壩的類型不同，通常采用的方法也不一樣，介紹涵洞封堵灌漿一些經(jīng)驗(yàn)及斜墻土壩和心墻土壩的封堵方案。

1．斜墻土壩或均質(zhì)土壩的封堵措施

對(duì)斜墻土壩或均質(zhì)土壩涵洞，沿老涵洞進(jìn)口開挖至基巖，澆筑細(xì)石砼堵頭和砼截流墻，并采用粘土分層填筑并碾壓，采用截?cái)酀B流通道的方式封堵壩下涵洞，其主要工序如下：在壩前坡開挖截?cái)喾潘?~15m；對(duì)開挖基坑后的放水涵洞（設(shè)砼堵頭段）四周管壁灌水泥漿；涵洞內(nèi)澆筑5~20m（壩軸線上游部位）砼堵頭，再在放水涵洞頭（基坑下游面）澆筑砼截流墻；預(yù)埋灌漿管，對(duì)設(shè)砼堵頭的放水涵洞段進(jìn)行回填灌漿；基坑粘土填筑（可配置復(fù)合土工膜）及保護(hù)層鋪設(shè)，涵洞下游段做為排水設(shè)施保留，出口1.5~3m范圍增設(shè)排水措施。

2．粘土心墻壩的封堵措施

心墻土壩在大壩上游坡開挖，截?cái)鄩蜗潞矗捎庙欧舛拢骂^的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際要求確定，一般取5m為宜，出口采用砼封堵，長(zhǎng)度可取2m，對(duì)中間洞段采用水泥砂漿或水泥粘土砂漿進(jìn)行填充，對(duì)斷面比較大的涵洞，條件允許情況下，可采用人工填筑（砌筑）片石、卵石，再進(jìn)行灌漿，可減少灌漿工程量。在封堵段內(nèi)沿涵洞頂部安裝多根灌漿管、排氣排水管。待砂漿凝固收縮以后，在出口位置鉆孔，再在涵洞出口灌水泥漿，直到漿液從涵洞進(jìn)口流出并封死出口鉆孔，待進(jìn)口不進(jìn)漿為止（反復(fù)補(bǔ)充灌漿，一般以補(bǔ)充灌漿3次為宜）。心墻上游側(cè)采用沖抓套井回填粘土防滲墻或倒掛井防滲墻來截?cái)嗬虾础：聪掠味巫鰹榕潘O(shè)施保留，出口1.5~3m范圍增設(shè)排水措施。

3．涵洞封堵灌漿

土料應(yīng)經(jīng)過試驗(yàn)采用合格的粘土加工而成（最好是廠家提供的粘土粉），砂選用堅(jiān)硬、潔凈的河砂，含泥量和有機(jī)質(zhì)含量不大于3%。洞壁接觸部位采用的為純水泥漿，水泥標(biāo)號(hào)為R42.5以上。灌漿一般要求采用多缸活塞式灌漿泵。純水泥漿、水泥砂漿、水泥粘土砂漿配合比漿液濃度應(yīng)由稀到濃，純水可按逐級(jí)加濃，當(dāng)吸漿量大時(shí)，保持灌漿壓力不變，可適當(dāng)調(diào)整泥漿濃度。水泥砂漿灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃，第一次漿液漿液水泥砂重量比可取，第二次漿液水泥砂重量比可取并可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。水泥粘土砂漿應(yīng)做配合比試驗(yàn)，常用的水泥、粘土、砂、水的配合比第一次取第二次取灌漿壓力洞壁接觸灌漿壓力根據(jù)防滲設(shè)計(jì)要求確定，小型水庫(kù)一般初定為0.1~0.3MPa，具體可根據(jù)施工的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。小型水庫(kù)壩下涵洞回填灌漿壓力第一次初定在20KPa~40KPa，第二次可控制在50KPa~100KPa，一般要求灌漿壓力不大于100KPa。灌漿接觸灌漿施工時(shí)，灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時(shí)且灌漿時(shí)間已達(dá)30min，應(yīng)改變一級(jí)水灰比。回填灌漿施工時(shí)，當(dāng)灌漿壓力保持不變，灌漿時(shí)間已達(dá)30min，不再吸漿，可結(jié)束灌漿。在灌漿過程中，灌漿壓力突然發(fā)生變化或者注入率突然改變時(shí)，應(yīng)立即查明原因，并采取及時(shí)進(jìn)行處理。

二、壩下涵洞封堵措施

涵洞封堵后，需新建放水設(shè)施代替原涵洞放水，根據(jù)實(shí)際情況，選用虹吸管、輸水隧洞、輸水水平洞等。虹吸管對(duì)于壩高不大的水庫(kù)（一般15m內(nèi)），老涵洞封堵后，新建虹吸管。虹吸管是一種壓力輸水管道，在管內(nèi)造成真空，使作用在上游水面的大氣壓強(qiáng)和虹吸管內(nèi)壓強(qiáng)之間產(chǎn)生壓力差，實(shí)際中，一般要求虹吸管上、下游水頭差要3m以上（有條件的地方宜適當(dāng)大一點(diǎn)），管頂?shù)陌惭b高度一般控制在7.0m以內(nèi)（水頭差較大時(shí)，液體容易產(chǎn)生汽化，破壞水流的連續(xù)性，運(yùn)行一段時(shí)間會(huì)斷流）；虹吸管的優(yōu)點(diǎn)是能跨越大壩，減少土石方開挖。虹吸管管材宜采用PE管和鋼管（小口徑采用PE管較多，大口徑一般為鍍鋅鋼管）。工作時(shí)，通過進(jìn)水口對(duì)虹吸管進(jìn)行充水（排氣管排氣）后，打開出口閥門，虹吸管開始放水，如真空不被破壞，出口水流平順、飽滿，運(yùn)行的情況就比較好，就能夠替換壩下涵洞放水。通常虹吸管的管道沿壩坡鋪設(shè)，在相應(yīng)位置設(shè)置支墩及鎮(zhèn)墩；出水口設(shè)置閘閥，調(diào)節(jié)控制流量；駝峰上游端設(shè)置充水和排氣管并設(shè)控制室控制。在運(yùn)行中虹吸管管道常會(huì)有空氣進(jìn)入，空氣在管道駝峰處積聚，破環(huán)管頂真空，影響虹吸管流態(tài)和流量，當(dāng)空氣積聚到一定程度，壓力差小于上下游水位差，就會(huì)斷流，故常在虹吸管駝峰處設(shè)置一個(gè)真空液氣交換箱，真空液氣交換箱的功能是把跑入管道中的空氣與箱中的水體進(jìn)行交換，這樣可以保證虹吸管的正常運(yùn)行輸水隧洞輸水隧洞代替壩下涵洞，能從根本上消除壩下涵洞帶來的種種安全隱患，但施工時(shí)間長(zhǎng)，水庫(kù)需要放空，且投資較大，隧洞采用炸藥爆破，施工管理等較麻煩。新開隧洞常采用常規(guī)城門洞型，洞徑為滿足施工需要，常取寬1.8m，高2.0m左右，洞線一般布置在大壩兩岸山體中，進(jìn)口布置插板式閘門及啟閉設(shè)施。隧洞進(jìn)出口需離壩頭、溢洪道均需有一定的安全距離。輸水隧洞由于進(jìn)口布置在庫(kù)區(qū)內(nèi)，進(jìn)口頂部受水壓影響，對(duì)進(jìn)口段設(shè)計(jì)一般要求襯砌并做灌漿處理，防止?jié)B透破環(huán)引發(fā)洞頂塌陷造成險(xiǎn)情輸水水平洞水平洞是近幾年在加固工程中采用的，實(shí)踐證明，水平洞在小型水庫(kù)加固中可代替放水隧洞。水平洞除了隧洞的優(yōu)點(diǎn)外，施工方便且工期快，投資較省，無須炸藥，對(duì)山體的擾動(dòng)小。缺點(diǎn)是水平洞由于工藝要求，基本不能轉(zhuǎn)彎（最大轉(zhuǎn)彎角度6°），受地形條件限制，此外，水平洞成洞洞徑小，對(duì)放水量要求大的水庫(kù)不適合采用（一般洞徑1.0m以內(nèi)），且隨洞徑增大投資增加較大。水平洞成洞后，一般內(nèi)襯管道，管壁采用回填灌漿充填密實(shí)。進(jìn)水口設(shè)插板門和啟閉設(shè)施，出口設(shè)閥門控制。施工時(shí)，先對(duì)水平洞進(jìn)出口進(jìn)行明挖，確定洞軸線，然后鉆一個(gè)導(dǎo)向孔，待導(dǎo)向孔貫通后，再在導(dǎo)向鉆頭后換上螺旋擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行反向擴(kuò)孔，根據(jù)需要洞徑大小選擇不同直徑的螺旋擴(kuò)孔鉆頭，同時(shí)將待鋪管線回拉入鉆孔內(nèi)，當(dāng)全部鉆桿被拖回時(shí)，鋪管工作同時(shí)也就完成。拉管時(shí)應(yīng)將擴(kuò)孔器接在鉆桿上，然后通過單動(dòng)接頭連接到管子的拉頭上，單動(dòng)接頭可防止管線與擴(kuò)孔器一回轉(zhuǎn)，保證管線能夠平滑地回拖成功。

三、結(jié)論語(yǔ)

以上兩種涵洞封堵宜結(jié)合大壩加固，根據(jù)不同的實(shí)際情況略有不同。此外，涵洞封堵工程量雖小，但工序多，難度高，是小型水庫(kù)加固中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

作者：何遠(yuǎn)通單位：臺(tái)州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院