黄壁庄水库重力坝进水口钢围堰封堵施工技术论文

黄壁庄水库重力坝进水口钢围堰封堵施工技术

【摘要】黄壁庄重力坝发电洞和灌溉洞内的检修门、工作门及其埋件经过多年锈蚀，闸门漏水量较大，威胁下游安全，为满足洞内更换施工条件，须在上游设置围堰；采用钢围堰封堵发电洞及灌溉洞进水口实现更换洞内闸门和埋件的施工方法，取得了巨大的经济和社会效益。

【关键词】钢围堰；灌溉洞；发电洞；封堵；吊装

abstract: after years of rust, the access door, gate and embedded parts of the power generation tunnel of gravity dam in yellow bizhuang reservoir and the tunnel of irrigation water inlet get into the trouble of a large amount of water leakage, which threats the safety of the downstream. in order to meet the change of construction condition, the upstream cofferdam must be equipped; the application of steel cofferdam sealing between the power generation tunnel of gravity dam in yellow bizhuang reservoir and the hole of irrigation water inlet aims to gain the replacement of the gate and embedded parts, which achieves enormous economic and social benefits.

key words: steel cofferdam; irrigation tunnel; power generation tunnel; plugging; hoisting

中图分类号：tv551.3[文献标识码] a文章编号：

1前言

黄壁庄水库重力坝发电洞与灌溉洞进水口钢围堰工程属于河北省黄壁庄水库除险加固重力坝金结设备制造、安装及相关工程的临建工工程，是整个工程施工的关键技术，直接影响着工程的施工进度及施工质量。黄壁庄水库建筑物主要由主坝、副坝、电站重力坝、正常溢洪道、非正常溢洪道等组成。本工程分布在电站重力坝区域内。

重力坝发电洞和灌溉洞内的平板检修闸门、快速工作闸门、及其埋件是50年代制造、安装的，经过多年运行，闸门、埋件锈蚀严重，闸门漏水较大，第一威胁下游安全、第二浪费宝贵的水资源，需要对闸门及门槽进行更新改造。因闸门门槽底坎高程较低，在施工过程必须在上游设置围堰挡水，为洞内检修门槽、工作门槽的更新改造提供必备作业条件。 2围堰方案的确定

一种方案采用土石围堰将重力坝上游库水全部拦住，但成本高、周期长，而且在此期间会导致电厂无法运行，下游农田无法灌溉，施工完毕后围堰拆除更为困难。一种采用土石导流围堰，一个一个地将需要改建的孔口封住，则位于中间孔的围堰无法施工，且围堰拆除是个大难题。后来我们借鉴国内经验，并经过多方面论证，决定使用深水钢围堰封堵导流底孔，这种方式节省了大量的临建工程和施工机械购置费，并能在基本不影响水库运用的情况下，完成底孔检修门槽改建施工，由于采用了钢闸门，这样一来，在三个洞口

基本情况相同时，围堰可以重复利用，减少了围堰制作时间，施工时间短，具有较好的经济和社会效益。此次采用钢围堰封堵发电洞和灌溉洞进水口，更换洞内闸门和埋件的施工方法，是经过对现场进行全面考察，并通过严密论证后才决定下来，后来的工程实践证明，此种封堵方法是经济的、可靠的、成功的。 以下将从设计和施工两个方面进行介绍： 3.钢围堰设计 3.1钢围堰设计原理

因灌溉洞和发电洞内的检修门、工作门埋件需要更换，所以必须使洞内形成旱地以进行施工，为了达到目的，我们借鉴了水工平板钢闸门封水相同的原理，用钢结构本身的钢性挡住水压力，利用水压力使橡胶水封与洞口混凝土面严密接触以达到止水的目的，由于洞口混凝土支承表面无埋件，且凸凹不平，因此封水材料的选用对钢围堰的封水情况起这关键性的作用，经过反复比较和试验，钢围堰采用了高抗压和高抗剪的特种水封，利用其高抗压、高抗剪性的综合性能达到止水目的。如图所示： 3.2水下测量

3.2.1水下建筑基本情况勘测

黄壁庄水库重力坝修建于50年代，由于施工时间久远，没有留下完整的竣工资料，甲方不能提供详细的断面图，我们也没有关于水下建筑情况的详细资料，经过多年运行，水下建筑情况较为复杂，在这种情况下，组织了有经验的设计人员和潜水员对水下建筑情况

进行实际勘测。

首先，设计人员和潜水员仔细研究现有资料，建立起水下建筑物几何形状的基本概念，由于年代久远，淤泥堵塞严重，首先必须进行水下清理。水下清理包括流沙清理，还包含水下建筑拆卸〈水下混凝土及锚钩〉。然后潜水员下水进行测量。根据潜水安全规程要求，潜水员在水下作业时间不能超过1小时，为减少设计测量周期，由四名潜水员轮流下水测量，潜水员在水下通过对讲电话同地面设计人员沟通，根据潜水员的描述，设计人员绘出草图，经潜水员出水认定后确定水下建筑物基本尺寸。 3.2.2水下测量方法 （1）粗测

为了测量水下建筑物外形尺寸，为设计提供依据，由四名潜水员在水下通过探摸、手测了解止水面表面状况，采用拉钢丝线，剪铅丝的办法测量止水面直线度，铅丝剪断后送上水面，用盒尺测量铅丝尺寸等方法确定了洞口的基本体型、止水面直线度和长宽高尺寸。

（2）细测：

根据粗测结果得知，洞口进口四边混凝土止水面高底不平，并且不知其扭曲有多大，为验证这些情况，为设计提供准确数据，采用了钢结构测量框。准确测量孔首喇叭口四周止水面凹凸实况，记录谷峰值，为设计封堵闸门配置随行吻触水封样式提供准确数据。一般混凝土止水面最大凹凸值内其水封宜做成实心水封，当最大凹

坑深度≥4cm，最大凸起≥4cm时，水封宜做成腔袋式，以便安装就位后灌注水泥沙浆膨胀随形。

随形水封由特定配方005硬橡胶和007软橡胶组成，005橡胶承压能力大，007橡胶极为柔韧有很大的可塑性。005橡胶和007橡胶配合使用刚柔相济，可保证水封在运行状态下能与凹凸混凝土止水表面随形吻触严密封水，是潜孔封堵闸门钢围堰闭流可靠性的所在。

测量框为矩形钢制框架，用钢板、型钢等材料组焊而成。面板在下游，顶部设吊耳，面板成“n”形，底面与水平面平行，在侧止水、顶止水部位，各钻三排φ22测孔，测孔背面焊φ22/φ34×70mm导向管，管内穿φ20×400mm尼尤棒，用紧定螺钉控制尼尤棒伸出面板长度，测孔行距×列距＝100×300mm；底止水测孔设两排，测棒与水面垂直，测孔行距×列距＝100×300mm，在纵横边框上分别焊上对称中心标记小短杆。 3.3钢围堰设计方案 3.3.1钢围堰堰体设计形式

露顶拱形钢堰封水高度最小15米，上下游宽度大，重量大，且吊点远离坝面，吊装困难，另外，洞口底部混凝土止水面不在同一高程，封水难度大，安装周期长，互换性能差，成本高。采用平板钢围堰作为堰体形式，减小了围堰尺寸和重量，为吊装和止水堵漏创造了便利条件，降低了制造难度，减少安装周期，节约成本。

3.3.2钢围堰细节设计

（1）根据前期水下测量资料，通过对灌溉洞及两个发电洞口的对照比较，两孔发电洞进水口除了洞底有局部差别之外，其它尺寸基本相同，灌溉洞进水口是由三个小洞口组成，左右两孔尺寸相同，中间孔较小。钢围堰可设计成一孔多用，既可用于两孔发电洞进水口的封堵，又能改装成两个小围堰封堵灌溉洞进水口的左右两个小洞口，灌溉洞中间孔封堵钢围堰可用灌溉洞检修门改制。另外，为了兼顾灌溉和发电，施工过程是间断性的，可以安排在工程间断时进行钢围堰改造工作，所以一孔多用是可行的，经过实践证明，此种设计极大地降底了施工成本。

（2）根据前期水下测量资料，三孔洞口混凝土止水表面凹凸不平，举例说明：1#发电洞进水口洞顶门楣处的不平度达70mm，洞口底槛有深度400mm～700mm沟槽，宽度700mm～1000mm不等。其它洞口也有类似情况。为了适应混凝土止水表面凹凸不平的特点，橡皮水封设计成由两种型号橡皮组成，上边止水部分软，下边支承部分硬，既能封水又起到支承作用，钢围堰不设专用的支承滑块。另外，钢围堰底水封设计成刀型水封加l形水封，l形水封在水压作用下，可部分封堵洞底不平的小凹坑，减少钢围堰漏水量。对于洞口底部较大凹坑，有的是在钢围堰底部焊钢结构伸到凹坑处，有的是用活动的钢结构挡在凹坑处，然后用再用棉卷将钢结构与凹坑之间的间隙堵住。

（3）发电洞洞口宽7.554米，钢围堰宽7.374米，每侧橡皮水

封在混凝土上的止水宽度只有90毫米，侧水封橡皮的最大压应力为8mpa，远大于水压强度0.15mpa。

（4）由于钢围堰尺寸较大，另外，钢围堰安装位置距坝顶最有利吊装位置的最小水平距离为17米，若重量过大，则会增加吊装难度，因此，从设计角度出发，在保证强度的前提下，尽量从结构上减轻其重量，另外，钢围堰材料采用16mn，大大减轻了总重量。 （5）根据水下测量资料，经过强度计算，发电洞钢围堰尺寸设计为1135mm×5885mm×7374mm，总重1.65×104kg，为了便于制造和运输，设计分两节制造。 4施工

4.1现场组装钢围堰

根据设计图纸，按照dl/t5018《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》制造钢围堰，为了争取工期拟在厂内集中下料，数控切割，机床刨边、铣边、齐头、钻孔制作构件，在制造厂完成制造后，分两节运至工地，在工地现场选择适当位置搭设平台组装钢围堰，平台是由圆木墩搭成，钢围堰在平台上组装，调平时在木墩上加设锲铁，调平后检查尺寸，然后焊接，焊完后进行探伤，合格后整体调形，防腐，全部过程按工艺流程卡严格进行形位偏差和焊接质量检验，产品经业主监理工程师联合验收合格后安装水封，做好吊装准备。 4.2钢围堰吊装

由于现场位置所限，加上钢围堰重量较大，故采用75t轮胎吊

车吊装，先将钢围堰吊装至预设的1#钢梁吊点，将钢围堰挂在1#钢梁上，钢梁下的吊点采用20t重型滑轮组，滑轮组与预设的卷扬机通过钢绳连接，2#钢梁吊点的20t滑轮组也与卷扬机连接，将1#、2#钢梁吊点与钢围堰连接，卷扬机通过两个吊点的起落，将钢围堰平移至安装位置上方，然后将两个吊点同时下落，将钢围沉入水中，使其基本处于所需封堵洞口上游位置（见图1：钢围堰吊装布置图）。封堵灌溉洞和2#发电洞时使用1#和2#钢梁吊点，封堵1#发电洞时使用2#和3#钢梁吊点（1#、2#和3#钢梁支承在重坝原建筑物上）。

4.3水下封堵

潜水员潜入水中，通过水下指挥，将钢围堰调整至安装位置，钢围堰下游面板预设有吊点，通过钢绳穿过检修门槽，从下游牵拉钢围堰，使其贴于洞口混凝土面上，底部凹坑用钢结构封堵，潜水员水下检查钢围堰与混凝土之间的间隙，用棉卷将较大的间隙塞住，潜水员出水，然后开启钢围堰下游工作门，使钢围堰上下游形成水压差，将围堰封堵于洞口。从下游洞内观察钢围堰，发现局部有漏点，从围堰上游倾泄灰渣、袋装渣土来堵塞较大漏点，然后潜水员下水用棉卷及棉絮堵塞较小漏点，通过水下封堵，钢围堰局部还存在渗漏，漏水点主要在孔口底部凹坑处，漏水量约30立方米/小时。

为了节省资金，对洞口的混凝土止水面只用了较为准确的潜水测量方法，既没有进行水下摄像，又没有对止水面凹坑做精确测量，

若对洞口四周混凝土止水面不平度情况能测量精确，则采用钢围堰封堵可做到基本不漏。 5遇到的问题及解决方法

根据测量结果，1#发电洞洞底的南角有水泥编织袋和凸起混凝土，为使钢围堰能够落到洞底，将堰体右侧底部切割一个宽980mm高580mm的缺口，围堰放入洞口后，发现水泥编织袋活动了，将围堰提出水面，清除编织袋，在割口处补了490mm宽的钢板，围堰入水后，发现割口小了80mm，将围堰提出水面，割去80mm，再入水，合适。

根据测量结果，发电洞2#洞底有一通长沟槽，底水封恰落在沟槽位置，将钢围堰提出水面，将底水封位置向上游平移。 在封堵2#发电洞过程中，围堰上下游总是达不到平压，开始怀疑是钢围堰与洞口混凝土之间存在较大漏点，经潜水员反复查找，未找到漏点，后怀疑是原建筑物上存在漏点，经多次排查，终于在原建筑物顶部发现两个直径100mm的漏洞，是原来重力坝坝前帷幕灌浆后留下的孔洞，将两个孔洞堵住后，钢围堰才顺利封堵2#发电洞。 6结束语

采用平板钢围堰封堵技术较露顶拱形围堰和土石围堰堵水有较大的优势，体现了巨大的经济效益和社会效益。采用钢围堰封堵技术，精确的水下测量是顺利施工的前提；由于现场空间所限，钢围堰吊装较为复杂，有较大难度；另外，在施工过程中存在一些难以

预测的因素，如原建筑物存在的缺陷等，要求施工单位随时能拿出应急措施。

我们建议，若有类似工程，应充分考虑其施工难度。另外，在设计大坝时，建议预先考虑对检修门埋件的检修，可在过水洞口处设置不锈钢埋件，并在相应位置设置起重设备，预设检修钢围堰，则可达到一劳永逸的目的。 参考文献

[1]电力工业标准汇编—水电卷—金属结构；

[2]黄河中游主要枢纽工程设计施工技术——三门峡水利枢纽二期改建工程特种深水围堰设计与施工。

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