用于特高坝的导流洞封堵结构的制作方法

本实用新型涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种用于特高坝的导流洞封堵结构。

背景技术：

目前，我国西南区域高山峡谷区修筑多座大型特高坝水电工程，如双江口、两河口、叶巴滩、白鹤滩等，这些工程的施工导流都采用围堰一次拦断+导流洞泄流的方式。随着高坝工程施工技术的不断提高，坝体上升速度随之加快，不少工程提前具备下闸蓄水的施工形象面貌条件，若导流洞能够快速封堵而提前蓄水发电，无疑会增加发电量，取得巨大的经济和社会效益。

特高坝指的是坝体高度达200～300m级甚至更高的情况，其承担电站运行水头高达200m以上，水压力巨大，保证蓄水过程中坝体本身的安全显得极为重要，因此亟待研究适用于特高坝导流洞封堵堵头结构及特高坝水库蓄水方法，既保证特高坝本身安全，也能顺利实现电站提前发电的目标。

公开号为CN 105839604 B的专利文献中，“本专利将其全文引用于此，并且以下简称文献1”；首次提出了一种用于初期蓄水的导流洞封堵结构及快速封堵的方法，相对传统方法提前了发电期，取得了较好的经济社会效益。该发明方案在一般的高坝水电工程中能够取得较好的效果，但是针对特高坝大型水电工程的超高坝体、超高水头等特点，这种结构和方法还存在以下不足：

(1)由于临时堵头未采用温控措施，混凝土施工质量难以保证，容易发生裂缝、止水破坏等情况，对于特高坝的水库正常运行期，在超高水头条件下极易发生漏水情况，即对于特高坝的情况下，临时堵头极易失效，此时文献1的导流洞整体封堵结构就失效了，这将给电站带来巨大的损失。

(2)导流洞永久堵头为永久建筑物，且为大体积混凝土，施工工序复杂，温控要求高；同时结合工程实践情况：一段永久堵头长度宜控制在20m以内才能较好的保证堵头结构施工质量。然而，针对特高坝水库的正常蓄水位超高的情况，使得导流洞堵头正常运行期需要承担超高水头的作用，显然若要满足特高坝水库正常运行的需要，一段永久堵头长度需要设计很长，实际情况下往往超过30m以上。而一段永久堵头结构设计过长显然不利于混凝土温度和质量的控制，结构安全隐患突出。因此，仅采用一段永久堵头的结构难以满足特高坝水库正常运行的要求。

(3)文献1中临时堵头和永久堵头的结合面为阶梯形，虽然可增加两个堵头的结合力，但这种方式增加了堵头的施工难度，对施工工期不利；此外，对于特高坝，在正常蓄水位的超高水头条件下，临时堵头因未采取温控，混凝土施工质量无法保证，会产生混凝土裂缝，此时临时堵头会失效；如此情况下，文献1中提出的临时堵头和永久堵头的结合面结构设计为阶梯型对特高坝工程难以适用。

(4)特高坝的提前发电，其对应的初期蓄水发电水位相对于一般的高坝而言也会高得多，因此若仅采用一段临时堵头进行封堵后进进行初期蓄水发电无法满足封堵安全稳定的要求；如文献1中的结构存在非常大的安全隐患。

综上所述，因特高坝坝体高度超高，库容较大，其蓄水过程极具特点：一方面蓄水到正常蓄水位需要很长时间；另一方面，为保证大坝初次蓄水的安全，水位上升至一定高度，需要进行多阶段的控制水库蓄水上升速度，此外，水库蓄水阶段往往还会跨汛期甚至是跨多个汛期等特点。可见，特高坝水库蓄水过程复杂，牵扯因素众多，因此如何有效的对特高坝进行蓄水，既能确保蓄水过程的安全性，又能充分利用蓄水过程中的发电资源是目前急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是提供一种适用于特高坝的导流洞封堵结构，确保导流洞的封堵效果，同时可实现特高坝的提前发电，提高经济效益。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：用于特高坝的导流洞封堵结构，包括导流洞和堵头；沿导流洞的流向，所述导流洞依次设有直洞段和楔形体段；所述堵头包括临时堵头和永久堵头，所述临时堵头和永久堵头紧密连接设置，所述临时堵头的主体部分位于直洞段内，所述永久堵头的主体部分位于楔形体段内，所述永久堵头包括第一永久堵头，并且沿导流洞的流向，在第一永久堵头的下游预留有第二永久堵头的浇筑空间，所述浇筑空间位于楔形体段内。

进一步的是：沿导流洞的流向，第一永久堵头的轴向长度为L1，浇筑空间的轴向长度为L2；其中L1为10-15m，L2为15m-20m。

进一步的是：L0的长度满足第一阶段蓄水的临时挡水位要求；L0+L1的长度满足初期蓄水发电挡水位要求；L1+L2的长度满足水库正常蓄水位挡水要求。

进一步的是：在所述浇注空间内浇注形成第二永久堵头，所述第二永久堵头的轴向长度与L2一致，所述第二永久堵头位于楔形体段内，并且第二永久堵头与第一永久堵头紧密连接设置。

进一步的是：第一永久堵头与第二永久堵头之间为直立面紧密连接。

进一步的是：临时堵头与第一永久堵头之间为直立面紧密连接。

另外，本实用新型还提供一种特高坝水库蓄水方法，所述特高坝采用本实用新型所述的用于特高坝的导流洞封堵结构；所述特高坝水库蓄水方法包括初期蓄水期和初期运行期；

所述初期蓄水期包括如下步骤：

a、导流洞下闸，利用旁通洞过流；

b、同时开始浇注临时堵头和第一永久堵头；其中，临时堵头为连续浇筑，一次形成；第一永久堵头采用温控措施分层浇注；

c、待临时堵头浇筑完毕后，并进行回填灌浆后，关闭旁通洞，水库开始第一阶段蓄水；

d、控制蓄水上升速度，满足大坝安全要求，在第一阶段蓄水过程中继续浇注第一永久堵头；

e、第一永久堵头浇筑完毕后，控制水库蓄水至初期蓄水发电水位；

初期运行期包括如下步骤：

f、维持初期蓄水发电水位一段时期，在维持初期蓄水发电水位期间进行发电机组调试发电；

g、在第一永久堵头浇注完成后，进行第二永久堵头的浇注施工，直至第二永久堵头浇注完成，第二永久堵头采用温控措施分层浇注。

进一步的是：当第一永久堵头和第二永久堵头均采用采用温控措施分层浇注方式时，在第一永久堵头完成上一浇注层的浇注施工后进行第二永久堵头的下一层浇注施工。

进一步的是：在温控措施分层浇注中第一永久堵头每个浇注层的厚度为2.5m～3m；第二永久堵头每个浇注层的厚度为2m～2.5m；并且第一永久堵头混凝土浇筑层缝面与第二永久堵头混凝土浇筑层缝面之间错开设置；在每层浇注层内布设有冷却水管进行温控

每个浇注层的厚度控制在2m～3m；在每层浇注层内布设有冷却水管进行温控。

进一步的是：所述特高坝水库蓄水方法还包括后期蓄水期，所述后期蓄水期包括如下步骤：

h、在第二永久堵头施工完成后，水库开始第二阶段蓄水，第二阶段蓄水从初期蓄水发电水位起蓄至正常蓄水位止；

i、在第二阶段蓄水过程中，若遇到跨汛期情况，则在汛期前蓄水至防洪运行控制水位；并在汛期内维持防洪运行控制水位运行至汛期末；在汛期过后再从防洪运行控制水位蓄水至正常蓄水位。

本实用新型的有益效果是：

①本实用新型中将整个结构分为三段：临时堵头为一段，永久堵头分为两段，第一段永久堵头和第二永久堵头，利用临时堵头满足第一阶段蓄水位挡水要求；其次利用临时堵头和第一永久堵头满足初期蓄水发电水位挡水要求，这样确保了水库提前蓄水发电的目的，有效地提高了经济和社会效益；最后利用第一永久堵头和第二永久堵头满足大坝正常运行水位挡水要求。第一永久堵头的轴向长度L1小于第二永久堵头的轴向长度L2，通过缩短第一永久堵头长度，同时还可采用2.5m～3m相对较厚的混凝土浇筑层厚，从而加快第一永久堵头的施工进度，进一步提前初期蓄水发电时间，提高电站经济效益。针对水库常年运行的正常运行水位，对超高坝而言其临时堵头极易出现失效，因此本实用新型中的正常运行水位的超高水头作用由第一段永久堵头和第二大永久堵头共同承担，确保了其封堵效果及水库运行安全。这种巧妙的设计考虑了由于临时堵头施工过程未进行温控，使得混凝土质量难以保证，则在超高水头作用下极易发生裂缝、渗漏等而带来巨大的安全隐患，因而显著增强了水库正常运行期导流洞封堵堵头结构的稳定性，提高了特高坝水库运行期的安全；同时又有效地提高了封堵施工效率，保障了水库提前发电的目的。即不仅提早了水电站首台机组初期发电的时间，创造了良好的经济社会效益，而且满足了特高坝水库正常运行期的挡水要求，并且其结构稳定性更好，安全性更高。

②临时堵头、第一段永久堵头、第二段永久堵头的上下游面进一步优选为直立面，这样不仅简化了施工方法，利于施工质量和工期的控制，而且在不影响施工工期的情况下可方便通过后期接缝灌浆等措施，也可以起到增强联结的效果。

③本实用新型针对特高坝特点提出的特高坝水库蓄水方法，充分利用导流洞封堵结构的特点及其施工过程，同时将蓄水过程分为初期蓄水期和初期运行期；并分别在初期蓄水期和初期运行期内进行相应的施工步骤，即满足了电站初期蓄水提前发电的要求，又满足了水库最终稳定、安全蓄水的要求。另外，考虑到超高坝水库在蓄水的过程中需要度汛的问题，本实用新型的蓄水方法中还可进一步设置有后期蓄水期阶段，以进一步合理控制蓄水水位，确保了防洪度汛的要求和大坝安全性。

本实用新型中，整个蓄水过程与导流洞封堵结构的施工过程紧密匹配，衔接顺畅，实现了特高坝水电站经济与安全的统一和协调。

附图说明

图1为本实用新型所述的临时挡水位阶段的封堵结构图；

图2为本实用新型所述的初期蓄水发电阶段的封堵结构图；

图3为本实用新型所述的用于特高坝的导流洞封堵结构施工完成后，正常运行阶段的结构示意图；

图中标记为：直洞段1、楔形体段2、临时堵头3、第一永久堵头4、第一永久堵头混凝土浇筑层缝面41、第二永久堵头5、第二永久堵头混凝土浇筑层缝面51。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1中所示，本实用新型所述的用于特高坝的导流洞封堵结构，用于特高坝的导流洞封堵结构，包括导流洞和堵头；沿导流洞的流向，所述导流洞依次设有直洞段1和楔形体段2；所述堵头包括临时堵头3和永久堵头，所述临时堵头3和永久堵头紧密连接设置，所述临时堵头3的主体部分位于直洞段1内，所述永久堵头的主体部分位于楔形体段2内，其特征在于：所述永久堵头包括第一永久堵头4，并且沿导流洞的流向，在第一永久堵头4的下游预留有第二永久堵头5的浇筑空间，所述浇筑空间位于楔形体段2内。

其中，本实用新型中所提到的特高坝指的是坝高超过200m的情况，其电站运行水头高达200m以上。在这种情况下，因其水压巨大，在坝前水位达正常蓄水位后，封堵结构内的临时堵头3极易失效，因此采用现有的封堵结构很难保障整体的封堵效果；为此本实用新型在现有封堵结构的基础上进行优化；提出本实用新型所述的封堵结构方案，保障即使在临时堵头3失效的情况下，也能有效地确保整个封堵结构的封堵效果；同时，又可实现在导流洞封堵过程中实现大坝的提前发电，提高其经济和社会效益。

本实用新型中第一永久堵头4的作用是用于与临时堵头3结合，共同实现初期挡水发电，实现了特高坝的提前蓄水发电；同时，通过在第一永久堵头4的下游预留有第二永久堵头5的浇筑空间，可在该浇注空间内浇注形成第二永久堵头5，这样可在后期也可通过第一永久堵头4与第二永久堵头5结合用于大坝正常蓄水后的永久封堵结构，确保封堵效果。由于临时堵头3一般未采用温控措施，因此随着时间的推移，临时堵头3的冷却变形量较大，加之特高坝的施工周期、蓄水时间以及初期蓄水发电水位等相对于一般高坝而言均有较大差异，因此要求更高，文献1中的导流洞封堵结构无法适用于特高坝。

更具体的，文献1中所公开的临时堵头3与第一永久堵头4之间为阶梯面接触配合；而在实际工程过程这种连接结构的施工过程较为复杂，导致施工周期较长；为此本实用新型中进一步优选设置临时堵头3与第一永久堵头4之间为直立面紧密连接。同理，在第一永久堵头4和第二永久堵头5之间为直立面紧密连接。

另外，本实用新型中通过同时设置第一永久堵头4和第二永久堵头5，其具有如下优点：一方面大坝最终可由前后第一永久堵头4和第二永久堵头5共同实现挡水作用，确保挡水稳定；另一方面，第一永久堵头4和第二永久堵头5可先后进行浇注，并且在二者长度总和满足封堵要求的情况下，可缩短单个堵头的长度，进而可更方便施工以及施工过程中的温度控制。例如，对于特高坝而言，为了确保其封堵效果，本实用新型中优选设置第一永久堵头4沿导流洞流向的长度为10-15m；第二永久堵头5沿导流洞流向的长度为15m-20m；这样，由二者共同组成的封堵结构的长度将为25m-35m的范围。

另外，由于第一永久堵头4主要是用于与临时堵头3进行配合以封堵初期蓄水发电水位；因此为了尽量缩短第一永久堵头的施工周期，第一永久堵头4的轴向长度应当在满足初期蓄水发电水位安全性的情况下尽量缩短；同时也应当便于后期对第二永久堵头5的施工。因此，通常情况下可优选采用如下设置：在沿导流洞的流向，临时堵头3的轴向长度为L0；第一永久堵头4的轴向长度为L1；浇筑空间的轴向长度为L2，并且有L1＜L2。例如可根据实际情况具体设置为L1的长度与L2长度的比值为0.5～0.8；如上方具体设置的第一永久堵头4沿导流洞流向的长度为10-15m；第二永久堵头5沿导流洞流向的长度为15m-20m。另外，临时堵头3用于在其施工完成后首先进行挡水蓄水，以便于水库快速蓄水至初期蓄水发电水位；即临时堵头3可起到临时封堵蓄水的作用，以实现在蓄水的过程中，能同步进行第一永久堵头4以及其它后续施工。

上述各尺寸L0、L1和L2等，应当确保相应的堵头满足对应的封堵要求，具体封堵要求为：L0的长度满足第一阶段蓄水的临时挡水位要求；L0+L1的长度满足初期蓄水发电挡水位要求；L1+L2的长度满足水库正常蓄水位挡水要求。其中，第一阶段蓄水过程中的临时挡水位、初期蓄水发电挡水位以及水库正常蓄水位等具体的水位参数为根据项目实际工程情况合理计算后获得；本实用新型中仅为直接使用相关参数，并不涉及具体的计算和确认过程，在此不作赘述。

另外，本实用新型还提供一种特高坝水库蓄水方法，所述特高坝采用本实用新型所述的用于特高坝的导流洞封堵结构；所述特高坝水库蓄水方法包括初期蓄水期和初期运行期；

所述初期蓄水期包括如下步骤：

a、导流洞下闸，利用旁通洞过流；

b、同时开始浇注临时堵头3和第一永久堵头4；其中，临时堵头3为连续浇筑，一次形成；第一永久堵头4采用温控措施分层浇注；

c、待临时堵头3浇筑完毕，并完成回填灌浆后，水库开始第一阶段蓄水；

d、控制蓄水上升速度，满足大坝安全要求，在第一阶段蓄水过程中继续浇注第一永久堵头4；

e、第一永久堵头4浇筑完毕后，控制水库蓄水至初期蓄水发电水位；

初期运行期包括如下步骤：

f、维持初期蓄水发电水位一段时期，在维持初期蓄水发电水位期间进行发电机组调试发电；

g、在第一永久堵头4浇注完成后，进行第二永久堵头5的浇注施工，直至第二永久堵头5浇注完成，第二永久堵头5采用温控措施分层浇注。

其中，临时堵头3的主体部分布置于导流洞衬砌直洞段1，并且可具体设置临时堵头3末端为导流洞衬砌楔形体段2前端。第一永久堵头4则布置于导流洞衬砌楔形体段2，这是尽量增强楔形体阻挡作用。

另外，本实用新型中第一永久堵头4可与临时堵头3同时开始进行浇筑施工。由于本实用新型中的临时堵头3采用连续浇筑，一次形成的施工方式进行浇注；而第一永久堵头4则采用温控措施分层浇注，因此在浇注过程中，临时堵头3基本上都会提前施工完成。因此本实用新型为了进一步缩短蓄水时间，在临时堵头3浇注完成后即开始进行第一阶段蓄水，并在同时进行对第一永久堵头4的施工；即临时堵头3可用于在第一阶段蓄水过程中起到临时挡水的作用，为水库蓄水和后续施工同时提供施工条件。

在第一阶段蓄水过程中，由于只有临时堵头3，因此其蓄水速度不宜过快，需要确保大坝的安全性。直到第一永久堵头4施工完成后，才能最终蓄水至初期蓄水发电水位，至此初期蓄水完成，此后维持初期蓄水发电水位期间，进行发电机组调试发电；并实现大坝的提前发电。之后再完成第二段永久堵头5的施工，并待第二段永久堵头5施工完成后再最终蓄水至正常蓄水位。

本实用新型中的临时堵头3采用连续浇筑，一体形成，其目的是为了缩短临时堵头3的浇注施工周期；而第一永久堵头4和第二段永久堵头5采用温控措施分层浇注，通过温控措施分层浇注可以确保相应混凝土浇注质量，进而确保最终的封堵效果。具体的，所谓连续浇筑，一次形成的施工以及温控措施分层浇注施工分别为混凝土浇注的不同方式而已，本领域技术人员知晓在不同浇注施工的优缺点以及具体的浇注过程；例如，本实用新型中可优选设置其温控措施分层浇注中每个浇注层的厚度控制在2m～3m；其中第一段永久堵头4设计较短，可相应增加浇筑厚度，可进一步控制其层厚在2.5m～3m；而第二永久堵头5则优选控制其层厚在2.5m至3m。并且还可进一步设置第一永久堵头混凝土浇筑层缝面41与第二永久堵头混凝土浇筑层缝面51之间错开设置，这样可提高二者的连接效果。通过上述设置，可进一步缩短施工工期，提前初期蓄水发电时间；相应的一般可在每层浇注层内布设有冷却水管实现温度控制。

另外，当第一永久堵头4和第二永久堵头5均采用采用温控措施分层浇注方式时，由于在分层浇注施工过程中，每浇注一层需要间隔一定时间后才能进行下一层的浇注；因此，本实用新型为了进一步缩短施工工期，可在第一永久堵头4完成上一浇注层的浇注施工后进行第二永久堵头5的下一层浇注施工；保持第一永久堵头4和第二永久堵头5修筑过程中的高度差为一层浇注层的情况。当然，不失一般性，也可保持第一永久堵头4和第二永久堵头5的高度差为两层或者多层的情况。

更具体的，本实用新型还考虑了特高坝蓄水周期一般较长，通常会跨越一个甚至多个汛期的情况，为了确保汛期蓄水的安全性，本实用新型中特高坝水库蓄水方法还包括后期蓄水期，所述后期蓄水期包括如下步骤：

h、在第二永久堵头5施工完成后，水库开始第二阶段蓄水，第二阶段蓄水从初期蓄水发电水位起蓄至正常蓄水位止；

i、在第二阶段蓄水过程中，若遇到跨汛期情况，则在汛期前蓄水至防洪运行控制水位；并在汛期内维持防洪运行控制水位运行至汛期末；在汛期过后再从防洪运行控制水位蓄水至正常蓄水位。

即在后期蓄水期过程中，若遇到汛期情况，则在汛期临时将蓄水水位控制在防洪运行控制水位，直到汛期过后再继续进行蓄水至正常蓄水位。当然，上述所述的防洪运行控制水位自然是低于正常蓄水位的。

另外，本实用新型中的初期蓄水发电水位、正常蓄水位和防洪运行控制水位等具体的水位参数等为根据项目实际工程情况合理计算后获得；本实用新型中仅为直接使用相关参数，并不涉及具体的计算和确认过程。另外，在导流洞封堵过程中，为了避免施工时由于导流洞闸门封堵后水位上升，因此一般会设置有旁通洞或者采取类似的排水措施进行水位衔接过渡段的过流。

综上，本实用新型通过设置特高坝水库蓄水方法包括初期蓄水期、初期运行期和后期蓄水期；通过在初期蓄水期内合理进行导流洞封堵施工以及蓄水，可缩短初期发电的蓄水时间，尽快达到初期发电蓄水水位；进而实现了在初期运行期内的提前发电要求；而在后期蓄水期内又通过合理的控制蓄水水位，满足了水库防洪度汛的要求，确保了水库的安全性。