本发明属于水工工程施工技术领域，尤其涉及一种基于喀斯特地貌的导流洞封堵结构及方法。
背景技术：
万家口子水电站工程坝址位于北盘江干流上游革香河上，是北盘江干流水电开发的第4级，工程规模为大（2）型，以发电为主，主要建筑物有：碾压混凝土拱坝、坝顶溢流表孔、消能水垫塘、坝身冲沙中孔、引水系统、地面厂房及开关站等。
水库正常蓄水位高程1450m，大坝坝顶高程1452.50m，最大坝高167.5m，为当前在建最高碾压混凝土双曲拱坝，水库总库容2.793×108m3，电站装机容量为180mw（2×90mw），多年平均发电量7.1亿kw.h。导流洞位于左岸，断面形状为城门洞形，洞径一般为4.5×6.0m（宽×高），堵头段洞径最大5.5×7.2m（宽×高），进口底板高程1300.10m，出口底板高程1297.10m，洞身全长893.10m。
导流洞进口闸门2017年2月9日下闸，2月11日导流洞洞身围岩出现渗水，0+080～0+120段出现3处集中涌水点，涌水点位于右边墙和顶拱上，涌水量随着库水位抬高不断增加，3月23日最大流量约14.1m3/s，平均流速约0.895m/s，此后，随着上游库水位的波动，漏水量在13～14.1m3/s之间，洞内水深约3m，出口处水位高程约1300m。导流洞内水深流急，施工面狭窄，堵头封堵存在重大安全施工隐患，同时面临材料运输、临时导排水、混凝土浇筑、堵头结构稳定等诸多施工难题，封堵极为困难。
技术实现要素：
面对导流洞封堵安全隐患突出、工期短、施工难度大的严峻形势，在深入分析导流洞整体稳定问题、洞内流量流速变化规律后，制定了以“洞内封堵为主，洞外防渗为辅”的原则，决定采用临时堵头加永久堵头的封堵方案，通过采用上述的水电站导流洞封堵结构，能够有效的保证对导流洞进行封堵，进而保证了大坝的安全。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：基于喀斯特地貌的导流洞封堵结构，在原导流洞的混凝土衬砌内部沿着水流方向依次设置有第一段临时堵头、第二段临时堵头和永久堵头；在第一段临时堵头的上游安装有挡水钢闸门，在挡水钢闸门之后安装有叠梁门，所述叠梁门通过多根立柱配合定位，在原导流洞的混凝土衬砌的底部设置有底层排水钢管和顶层排水钢管，两层排水钢管堆叠布置，在顶层排水钢管的出水口安装有第一碟阀，所述底层排水钢管的出水口安装有两个间隔布置的第二蝶阀和第三蝶阀。
所述原导流洞的内部设置有用于洞内所需设备、材料运输的人行通道，所述人行通道包括从洞口至第一段临时堵头处搭设的满堂钢管支架，所述满堂钢管支架包括用于大型手推车运输钢管、型钢的左幅运输通道；用于行人通行的中间通道；用于布置供风管和泵管的右幅通道。
所述挡水钢闸门包括门板立柱，所述门板立柱采用槽钢，所述门板立柱通过多根均布的插筋固定在混凝土衬砌上，在门板立柱上滑动配合安装有钢板门，所述钢板门的其中一面焊接有交叉肋，在钢板门的顶部焊接有三角架，所述三脚架的顶部通过吊钩与牵引装置相连，并控制钢板门的下放。
所述牵引装置包括牵引钢丝绳，所述牵引钢丝绳绕过定滑轮，所述定滑轮安装在顶部横梁的中间位置，所述顶部横梁固定安装在混凝土衬砌的顶部，所述牵引钢丝绳穿过钢丝绳套管，并将牵引钢丝绳的末端通过固定接头定位固定在混凝土衬砌的侧壁上。
所述混凝土衬砌的侧壁上设置有脚手架工作平台，所述脚手架工作平台共有三层，第一层平台用作排水钢管拼装平台，平台面高出水面至少0.5m，第二层用作混凝土入仓平台，平台面高出第一层平台面至少1.5m，第三层作为加固平台。
所述第二段临时堵头内部的底层排水钢管和顶层排水钢管的顶部设置有空腔模板，位于顶层排水钢管末端底部位置设置有预留灌浆空腔。
所述预留灌浆空腔所在位置设置有多台潜水泵，所述潜水泵的排水泵管延伸到永久堵头的位置，所述预留灌浆空腔所在位置连通有排水管，在排水管所在位置的两端设置有散装水泥袋围堰。
所述叠梁门分上、下游两部分，两部分各用多根型钢叠放，型钢缝采取满焊。
所述永久堵头采用永久帷幕灌浆堵头。
任意一项所述基于喀斯特地貌的导流洞封堵结构，它包括以下步骤：
step1，搭建施工通道及脚手架工作平台：为快速到达工作面，施工道路综合考虑设备材料运输、管路敷设及安全撤离通道等因素确定，从洞口至临时堵头处搭设满堂钢管支架，左幅作为运输通道，全线铺设钢模板；右幅满铺竹踏板，靠边墙布置供风管、泵管；中间作为人行通道；搭设三层脚手架施工平台，第一层平台用作排水钢管拼装平台，第二层用作混凝土入仓平台，第三层作为加固平台；
step2，安装挡水钢闸门：首先在导流洞的洞口安装两根门板立柱，作为钢板门的导轨，再安装定滑轮，牵引钢丝绳用钢丝绳套管隔离保护，钢丝绳套管穿过第一段临时堵头，下游端通过固定接头固定于右侧边墙，再由牵引钢丝绳勾住钢板门顶部的三角架；
step3，安装叠梁门，先安装门式钢架，在横梁上挂葫芦，中间3根立柱与横向垫管型钢焊接成整体，用葫芦人工配合就位，距水面一定距离处焊叠梁门限位型钢，在限位型钢上方进行叠梁门拼装，叠梁门分上下游两部分制作，型钢缝采取满焊，排水钢管就位后，用葫芦先放上游第一部分叠梁门，在水推力和人工辅助下使叠梁门在排水管顶部紧贴型钢立柱，焊接加固，再放下游侧第二部分叠梁门，两部分焊接成整体，最后剩余空位用型钢叠至洞顶处；
step4，制作安装底层排水钢管和顶层排水钢管，采用满堂支架，立管根据排水钢管间距精确定位，竖向分三层，排架管与两侧边墙插筋焊接，铺满钢模板，作为排水管拼装平台，再拼装排水钢管，四条排水钢管拼装完毕后，用型钢焊接成整体，用葫芦整体起吊，将四根排水钢管整体入水就位；
step5，浇筑第一段临时堵头的混凝土，首先处理基础面，采用电锤人工凿毛处理，然后止水及模板安装，上游端利用叠梁门作围堰，排水管间间隔及两侧面先用膜袋灌浆封堵，然后用土工布和棉絮塞缝；下游端模板采用组合钢模板，模板前在排水管间间隔安装膜袋，用棉絮塞缝，用土工布铺盖，码放袋装水泥作下游围堰；在洞壁周边预埋回填灌浆和接缝灌浆管路，回填灌浆管沿顶拱轮廓线均匀布置；基础面、止水及模板、预埋灌浆管检查验收后，进行混凝土浇筑，进而完成第一段临时堵头的浇筑封堵；
step6，关闭第一碟阀、第二蝶阀和第三蝶阀，对底层排水钢管和顶层排水钢管进行关闭；
step7，浇筑第二段临时堵头的混凝土，关闭排水管蝶阀，进行灌浆堵水处理后，采取引排措施；在仓内做两道小围堰，上游围堰以上作集水空腔，在集水空腔内安装型钢钢架，制作管棚，敷设底模板，仓内安装排水管、潜水泵排出集水空腔渗漏水；再用混凝土通仓浇筑，从下游往上游浇筑，采用一级配微膨胀泵送混凝土浇筑；混凝土强度满足要求后，先进行顶部同填灌浆、接触灌浆处理，然后关闭排水管闸门，对集水空腔回填灌浆处理；
step8，永久堵头堵头施工，临时堵头施工完成后，具备干地施工条件，永久堵头混凝土工程按以下工序进行：基岩面处理、钢筋制安、模板安装、预埋件安装、冷却水管铺设、混凝土浇筑、养护、形成灌浆廊道、固结帷幕灌浆、回填廊道混凝土、通水冷却、接缝灌浆，混凝土采用一级配微膨胀泵送混凝土浇筑。
本发明有如下有益效果：
1、万家口子水电站导流洞临时堵头施工风险极大，结合万家口子水电站导流洞地形地质、水文条件特点，研究临时堵头施工方案，在最大流量约14.1m3/s，平均流速约0.895m/s，水深约3m情况下，研究了挡水钢闸门配合蝶阀关闭、型钢叠梁门作为安全保障又兼做止水和模板及水下混凝土浇筑的临时堵头施工方案，保证了临时堵头封堵成功，为永久堵头施工创造了干地条件封堵效果良好。
2、本发明基于喀斯特地貌的特性，研究制定了适应此类地形地貌水电站导流洞封堵结构，保证了施工的安全性，为后续此类导流洞封堵提供了很好的技术指导。
3、上述导流洞封堵施工方法，施工成本低，施工周期短，而且安全性高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明封堵结构整体结构示意图。
图2是本发明第一段临时堵头俯视图。
图3是本发明第一段临时堵头主视图。
图4是本发明图3中b-b视图。
图5是本发明挡水钢闸门下方挡水时状态图。
图6是本发明图2中a局部放大图。
图7是本发明固定接头局部安装图。
图8是本发明叠梁门结构示意图。
图中：挡水钢闸门1、定滑轮2、顶部横梁3、叠梁门4、钢丝绳套管5、牵引钢丝绳6、第一段临时堵头7、固定接头8、第二段临时堵头9、永久堵头10、排水泵管11、立柱12、顶层排水钢管13、底层排水钢管14、混凝土衬砌15、空腔模板16、第一碟阀17、第二蝶阀18、空腔19、第三蝶阀20、预留灌浆潜水泵21、散装水泥袋围堰22、排水管23；
门板立柱101、插筋102、钢板门103、交叉肋104、三脚架105、吊钩106。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-8，基于喀斯特地貌的导流洞封堵结构，在原导流洞的混凝土衬砌15内部沿着水流方向依次设置有第一段临时堵头7、第二段临时堵头9和永久堵头10；在第一段临时堵头7的上游安装有挡水钢闸门1，在挡水钢闸门1之后安装有叠梁门4，所述叠梁门4通过多根立柱12配合定位，在原导流洞的混凝土衬砌15的底部设置有底层排水钢管14和顶层排水钢管13，两层排水钢管堆叠布置，在顶层排水钢管13的出水口安装有第一碟阀17，所述底层排水钢管14的出水口安装有两个间隔布置的第二蝶阀18和第三蝶阀20。通过采用上述的导流洞封堵结构能够对导流洞进行快捷封堵。
进一步的，所述原导流洞的内部设置有用于洞内所需设备、材料运输的人行通道，所述人行通道包括从洞口至第一段临时堵头7处搭设的满堂钢管支架，所述满堂钢管支架包括用于大型手推车运输钢管、型钢的左幅运输通道；用于行人通行的中间通道；用于布置供风管和泵管的右幅通道。通过上述的人行通道能够提高工作效率。
进一步的，所述挡水钢闸门1包括门板立柱101，所述门板立柱101采用槽钢，所述门板立柱101通过多根均布的插筋102固定在混凝土衬砌15上，在门板立柱101上滑动配合安装有钢板门103，所述钢板门103的其中一面焊接有交叉肋104，在钢板门103的顶部焊接有三角架105，所述三脚架105的顶部通过吊钩106与牵引装置相连，并控制钢板门103的下放。排水管阀门需要关闭前，放下挡水钢闸门1，减少底层排水钢管14和顶层排水钢管13内流量，解决水下12个蝶阀难关闭问题。
进一步的，所述牵引装置包括牵引钢丝绳6，所述牵引钢丝绳6绕过定滑轮2，所述定滑轮2安装在顶部横梁3的中间位置，所述顶部横梁3固定安装在混凝土衬砌15的顶部，所述牵引钢丝绳6穿过钢丝绳套管5，并将牵引钢丝绳6的末端通过固定接头8定位固定在混凝土衬砌15的侧壁上。叠梁门挡水标准按挡70m水头计算，临时挡水最高水位1370m，满足枯水期防洪要求，设置在导0+384.5处，该处为导流洞衬砌段与未衬砌段分界，混凝土衬砌突出成“坎”，在“坎”处竖向安装5根工32钢做为立柱，立柱前横向叠焊工32型钢，形成密闭“工钢墙”。为排水钢管制作安装和混凝土施工创造安全环境。
进一步的，所述混凝土衬砌15的侧壁上设置有脚手架工作平台，所述脚手架工作平台共有三层，第一层平台用作排水钢管拼装平台，平台面高出水面至少0.5m，第二层用作混凝土入仓平台，平台面高出第一层平台面至少1.5m，第三层作为加固平台。
进一步的，所述第二段临时堵头9内部的底层排水钢管14和顶层排水钢管13的顶部设置有空腔模板16，位于顶层排水钢管13末端底部位置设置有预留灌浆空腔19。
进一步的，所述预留灌浆空腔19所在位置设置有多台潜水泵21，所述潜水泵21的排水泵管11延伸到永久堵头10的位置，所述预留灌浆空腔19所在位置连通有排水管23，在排水管23所在位置的两端设置有散装水泥袋围堰22。通过设置预留灌浆空腔19保证了在对第一段临时堵头7进行施工过程中，其部分的渗漏水会直接汇集在预留灌浆空腔19，而且通过所述的潜水泵21的排水泵管11能够对渗漏水进行排出。
进一步的，所述叠梁门4分上、下游两部分，两部分各用多根型钢叠放，型钢缝采取满焊。通过采用上、下游两部分提高制作效率，加快施工进度。安装叠梁门的目的是为排水钢管制作安装和混凝土施工创造安全环境。
进一步的，所述永久堵头10采用永久帷幕灌浆堵头。通过采用上述的永久帷幕灌浆堵头能够对导流洞进行彻底的永久封堵，进而实现了对导流洞的封堵，保证了大坝的安全性。
实施例2：
任意一项所述基于喀斯特地貌的导流洞封堵结构，它包括以下步骤：
step1，搭建施工通道及脚手架工作平台：为快速到达工作面，施工道路综合考虑设备材料运输、管路敷设及安全撤离通道等因素确定，从洞口至临时堵头处搭设满堂钢管支架，左幅作为运输通道，全线铺设钢模板；右幅满铺竹踏板，靠边墙布置供风管、泵管；中间作为人行通道；搭设三层脚手架施工平台，第一层平台用作排水钢管拼装平台，第二层用作混凝土入仓平台，第三层作为加固平台；
step2，安装挡水钢闸门：首先在导流洞的洞口安装两根门板立柱101，作为钢板门103的导轨，再安装定滑轮2，牵引钢丝绳6用钢丝绳套管5隔离保护，钢丝绳套管5穿过第一段临时堵头7，下游端通过固定接头8固定于右侧边墙，再由牵引钢丝绳6勾住钢板门103顶部的三角架105；
step3，安装叠梁门，先安装门式钢架，在横梁上挂葫芦，中间3根立柱12与横向垫管型钢焊接成整体，用葫芦人工配合就位，距水面一定距离处焊叠梁门限位型钢，在限位型钢上方进行叠梁门拼装，叠梁门分上下游两部分制作，型钢缝采取满焊，排水钢管就位后，用葫芦先放上游第一部分叠梁门，在水推力和人工辅助下使叠梁门在排水管顶部紧贴型钢立柱，焊接加固，再放下游侧第二部分叠梁门，两部分焊接成整体，最后剩余空位用型钢叠至洞顶处；
step4，制作安装底层排水钢管14和顶层排水钢管13，采用满堂支架，立管根据排水钢管间距精确定位，竖向分三层，排架管与两侧边墙插筋焊接，铺满钢模板，作为排水管拼装平台，再拼装排水钢管，四条排水钢管拼装完毕后，用型钢焊接成整体，用葫芦整体起吊，将四根排水钢管整体入水就位；
step5，浇筑第一段临时堵头7的混凝土，首先处理基础面，采用电锤人工凿毛处理，然后止水及模板安装，上游端利用叠梁门作围堰，排水管间间隔及两侧面先用膜袋灌浆封堵，然后用土工布和棉絮塞缝；下游端模板采用组合钢模板，模板前在排水管间间隔安装膜袋，用棉絮塞缝，用土工布铺盖，码放袋装水泥作下游围堰；在洞壁周边预埋回填灌浆和接缝灌浆管路，回填灌浆管沿顶拱轮廓线均匀布置；基础面、止水及模板、预埋灌浆管检查验收后，进行混凝土浇筑，进而完成第一段临时堵头7的浇筑封堵；
step6，关闭第一碟阀17、第二蝶阀18和第三蝶阀20，对底层排水钢管14和顶层排水钢管13进行关闭；
step7，浇筑第二段临时堵头9的混凝土，关闭排水管蝶阀，进行灌浆堵水处理后，采取引排措施；在仓内做两道小围堰，上游围堰以上作集水空腔，在集水空腔内安装型钢钢架，制作管棚，敷设底模板，仓内安装排水管23、潜水泵21排出集水空腔渗漏水；再用混凝土通仓浇筑，从下游往上游浇筑，采用一级配微膨胀泵送混凝土浇筑；混凝土强度满足要求后，先进行顶部同填灌浆、接触灌浆处理，然后关闭排水管闸门，对集水空腔回填灌浆处理；
step8，永久堵头10堵头施工，临时堵头施工完成后，具备干地施工条件，永久堵头混凝土工程按以下工序进行：基岩面处理、钢筋制安、模板安装、预埋件安装、冷却水管铺设、混凝土浇筑、养护、形成灌浆廊道、固结帷幕灌浆、回填廊道混凝土、通水冷却、接缝灌浆，混凝土采用一级配微膨胀泵送混凝土浇筑。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。