黄金坪水电站导流洞出口垮塌应急治理工程技术

【摘 要】大渡河黄金坪水电站导流洞出口在截流后首汛出现垮塌险情，本文主要介绍了险情原因分析、应急治理措施及险情部位安全现状简评，通过对导流洞过流能力和围堰挡水高程复核，表明汛期电站安全度汛是有保障的。

【关键词】丁字坝；备料；应急治理；工程技术

1工程及险情过程简述

黄金坪水电站在2011年12月中旬实现大江截流，采取导流洞与泄洪洞汛期联合泄流模式。右岸布置的主要泄水建筑物为一条导流洞，左岸布置一条进口高程较高的水工永久泄洪洞。其中导流建筑物为4级，导流标准为20年一遇，设计联合导流流量5190　m3/s。

2012年7月2日凌晨，坝址处河道流量达到3350m3/s时，下游围堰桩号（纵）0+165～0+185护坡后围堰坡脚被淘空出现塌陷，　7月3日凌晨7时护坡混凝土板折断并向下沉陷。经勘查，下游围堰（纵）0+115～0+165段EL1418.2m马道以下混凝土均出现被水流淘空且局部拉裂移位现象，马道与上部护坡结合部位已出现深长裂缝，且（纵）0+165下游侧护坡整体受损严重。

2险情原因分析

根据导流洞出口水流流态，结合出口附近建筑物平面布置与结构型式，现对发生险情的主要原因分析如下：

（1）导流洞出口左侧距下游围堰边坡距离约30m，右侧为龙达沟泥石流沟坡面堆积体前缘左侧，导流洞出口狭窄，水流扩散面较小。受地形地质条件和永久枢纽建筑物布置制约，其出口布置较为困难，出口直线段较短，水流比较紊乱，由于隧洞泄流量较大、水流集中，能量大，对河道的冲刷较严重。由此可见，出口两岸的结构布置造成导流洞出流与原水力模型试验有较大差异，主流在出口明渠内偏向右岸，明渠末端形成的主冲坑贴近8#公路坡脚，造成该部位首先垮塌；主流则正对纵向围堰，其回水和撞击面板改向后的主流分别在横向围堰和纵向围堰末端形成险情。

（2）当导流洞泄流量达到2500m3/s时，导流洞出口已经出现明满流交替工况发生，说明现场河床变迁等原因已使导流洞出口水流流态已异于原设计。受水流冲击，冲坑最初形成位置应在下游公路护坡DX0+020附近，洪水淘刷造成软弱砂层段基础钢管桩遭受破坏，分析认为这是导致右岸公路护坡首先垮塌的主要原因。目前冲坑向上游发展，在上游（导）0+802m后偏右冲出一范围较大的深坑，估计冲坑深度15～20m。水流在冲坑扩散，与沿围堰的回流互相冲击，在围堰边坡上形成波浪，波浪爬高局部超过5m。

（3）由于在汛期进占下游围堰戗堤（EL1418.2m以下），出于加大抛投作业面和抛投强度的需要，考虑围堰防渗墙施工平台宽度，下游围堰堰体断面自下而上在设计断面基础上加宽约10m。右岸的龙达沟坡积体为自然堆积体，布置8#公路时，出于降低高程、减少开挖量以及跨导流洞出口桥梁施工需要，也侵占了部分河道行洪断面。

（4）下游围堰基础覆盖层均以粗颗粒为主，卵砾石构成骨架，且浅表局部有架空现象。由于出口主流直冲对岸纵向围堰0+165m部位，水流撞击护坡面板后，主流顺0+165m桩号迎水面向下游冲刷，回流顺该部位以上至横向围堰。流量3000m3/s时，估测回流流速在5～6m/s，对堰脚基础覆盖层淘刷较为严重，导致面板沉陷出现裂缝。分析认为围堰出现的险情主要是由于导流洞出流的主流正对纵向围堰段，其回水淘刷横向围堰、主流撞击0+165m下游迎水面造成的。

3抢险应急治理措施

出现险情后，各参建单位的专家赶赴现场，在研究设计图纸、查勘现场、听取汇报基础上，经与会人员研究、讨论后，针对各部位险情成因、发展趋势进行了分析，并对重点部位提出了以下抢险措施：

（1）右岸护坡垮塌后，冲坑不断向上游和龙达沟发展，为确保导流洞桥台稳定，在导流洞右侧桩号（导）0+752m附近基岩与覆盖层分界线部位进行固结灌浆，以增强该部位岩石的整体性，提高抗冲能力；在跨导流洞出口桥左桥墩基础下游、左岸两侧采取混凝土连排桩围护桥墩，桥台基础采用帷幕灌浆阻水和加固。

（2）流量回落时，择机在上游侧路基垮塌端头进行回填C20堵头混凝土施工，以形成混凝土刚性体堵头，抵抗冲坑向上游发展，保护未垮塌的上游侧路基。

（3）下游围堰横向段（XW）0+410m附近设置1座长10m、宽10m丁字坝，采用大块石从堰面抛投进占，迎水面块石串护坡脚，阻止回流淘刷围堰护坡；横向段（XW）0+450m至右堰肩范围内抛填大块石、石串、合金网兜，防止回流及导流洞出口冲坑发展威胁下游围堰。

（4）下游围堰纵向段（XW）0+300m处设置1座长10m、宽10m丁字坝，采用大块石从堰面抛投进占，迎水面块石串护脚，防止回流淘刷。

（5）在水流直冲部位下游围堰纵向段（XW）0+165m附近范围抛投6m3、9m3四面体及块石串，抵御洪水直接冲击迎水面混凝土护坡。同时在纵向段（XW）0+165m段上下游侧采用砂袋加高堰顶1m至EL1423m高程，防止水流直接拍打面板涌浪至堰顶。

（6）组织吊车和运输车辆集中进行四面体运输和堰面备料，收集坝肩和基坑开挖的孤石进行备料，石渣填筑砂袋背后形成机械便道，以便出现险情时第一时间具备抛投条件。

4几点认识

（1）在导流洞出口流态明显异于设计并发生险情后，应对工程建筑物和相邻构筑物的安全稳定（包括导流和挡水建筑物的能力复核）进行深入分析，并有针对性地进行防护或拆除，避免现场不当施工扰动造成越抢越险的被动局面。应立足于分析险情成因，预见发展趋势，并采取超前、主动的防护措施，有效抑制险情的进一步发展与扩大。

（2）本次导流洞出口险情的治理结合实际工程特点和水情趋势分为三个阶段：应急处理、防护加固、全面恢复。目前大渡河流量800～900m3/s，黄金坪水电站导流洞出口及下游围堰已完成第二个阶段的防护加固工作，受损部位已处于安全稳定状态，相信在即将来临的枯水期完成8#公路恢复，龙达沟边坡治理、冲坑及下游围堰防护、泄洪洞出口边墙加高等工作后，下游围堰和大坝基坑的安全是有保障的，保证了电站后续建设正常有序施工，在做好各项防洪度汛工作后，可安全平稳地度过后续2个汛期，为实现电站导流洞在2014年11月下闸封堵的里程节点打下坚实的基础。

（3）本电站导流建筑物是临时工程，使用年限相对较短；从导流建筑物级别、使用年限和投资考虑，一般情况下不做消能措施，对下游岸坡防护也较弱。因此，类似工程导流建筑物安全与经济的最优结合是我们在设计阶段和施工阶段应重点研究的课题。如能在水力模型试验、设计和施工阶段作好相应预控工作，并遵循上一阶段科研成果和客观规律，带来的整体目标效益将是喜人的。

作者简介：

吴勇（1975年—），男，重庆璧山，本科，高级工程师，注册监理工程师，从事水利水电工程建设监理和咨询工作.