一种在水库中修建人工岩塞体及取水口的施工方法

摘要

本发明提供一种在已建水库中修建永久性人工岩塞体及取水口的施工方法，该方法包括：在水库低水位窗口期，通过水下开挖及水下爆破清除拟建取水口处水下边坡表面的强风化覆盖层，形成水下沟槽；然后将两端预留法兰盖板的预制取水口以沉管的方式下沉至沟槽内；浇筑水下钢筋混凝土填充沟槽，形成永久性人工岩塞体与取水口；在该永久性人工岩塞体的保护下，施工引水隧洞至取水口，拆除取水口预留法兰盖板，与引水隧洞二衬结构顺接，实现水库与引水隧洞的连通。本发明无须按照传统方法进行围堰施工或水下岩塞爆破施工，适用性广，安全性高，节省投资，取水口水流条件好，且工期可不受水库低水位窗口期限制，节约施工工期。

说明书

技术领域

本发明属于水利工程领域，具体涉及一种引水、调水工程中，在已建水库内修建人工岩塞体及取水口的施工方法。

背景技术

随着我国经济建设的不断发展，越来越多的引水、调水工程需要修建取水隧洞直接从已建的水库内直接取水。为了保证取水率，取水口一般需要设置在水库死水位以下。多数情况下施工方无法将水库水位直接降低至死水位以便施工取水口，而即使在非汛期的水库低水位窗口期施工，取水口也位于水位以下数米至数十米深度处。

水库的水下边坡多为岩质边坡，在岩质水下边坡中，常规的施工方法有两种。第一种方法为围堰法，即在水库中修筑围堰将拟建取水口围住，抽干围堰内水位后进行干作业施工。但是一般水库的水下边坡线较为陡峭且水位很深，造成围堰施工高度很高，内部需设置多道支撑，给围堰的施工及拆除带来了极大困难，费时、费力、投资较高、适用性不广。目前较多采用的是第二种方法，即岩塞爆破法：在引水隧洞正常施工至靠近水库水下边坡线时，预留一定的岩石厚度(即岩塞)，最后采取爆破的方法将取水口一次性施工成形。但该方法必须具备以下要求：1、必须确保岩塞体无突水危险，以确保隧洞施工人员的安全；2、必须确保爆破不会对已完工的隧洞衬砌及水工建构筑物产生结构性损伤；3、必须确保岩塞体一次性爆破成形，爆破后取水口完整；4、必须确保所有炸药均完全起爆，不能留下水下哑炮；5、必须确保爆破产生的碎石块能全部进入集渣坑，不会对将来引水工程运营产生影响。上述几点要求必须同时满足，否则会给岩塞爆破带来较大的安全风险或安全隐患。为降低风险，在岩塞爆破前往往都需要进行详细的地质测绘及地质勘查，以及大量分析论证工作，给工程的参建各方均提出了较大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述不足，提供一种在已建水库的岩质水下边坡中修建人工岩塞体及取水口的施工方法，达到无须进行围堰或水下岩塞爆破，安全性高、施工工期短、工程投资小、施工难度小、适用性广的目的。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种在水库中修建人工岩塞体及取水口的施工方法，步骤如下：

步骤1：在水库低水位窗口期，通过水下开挖及水下爆破清除拟建取水口处水下边坡表面的强风化覆盖层，形成水下沟槽；

步骤2：在预制取水口管道两端预留法兰盖板，并将预制取水口管道以沉管的方式下沉至沟槽内；

步骤3：在水下沟槽边缘分层堆砌砂袋，钢筋网绑扎后下沉至沟槽内，以砂袋为模板分层浇筑水下钢筋混凝土填充沟槽，至取水口管道靠近水库一端露出，形成人工岩塞体与取水口；

步骤4：在所述人工岩塞体的保护下，将引水隧洞施工至取水口，可视渗水情况采取超前注浆措施，拆除预留法兰盖板，与引水隧洞二衬结构顺接；

步骤5：引水隧洞及取水竖井完工后，关闭竖井与下游隧洞段的连通闸门，将竖井内水位提高至与水库水位齐平，拆除取水口管道靠近水库一端的法兰盖板，实现水库与引水隧洞的连通。

进一步地，所述步骤2中，将预制取水口管道以沉管的方式下沉至沟槽内至取水口管道伸出水下边坡不小于1.0m。

进一步地，所述步骤3中，在水下沟槽边缘分层堆砌砂袋，每层砂袋高度为0.4m～1.0m。

进一步地，所述步骤4中，视渗水情况采取超前注浆措施，具体为在接近取水口范围内，采取超前预注浆加固掌子面前方的岩土体，并加固人工岩塞体与原状岩体之间的交界面。

本发明中的人工岩塞体不会进行爆破拆除，而是一种永久结构；其在引水隧洞施工期间可作为阻水结构以确保隧洞施工安全，且在运营期间可作为取水口的包封保护结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)安全性高：本发明通过清除拟建取水口处水下边坡表面的强风化覆盖层，并以水下钢筋混凝土回填形成永久性岩塞体，对取水口后方引水隧洞的施工形成有效保护。

(2)引水隧洞工期不再受水位限制，缩短施工工期：在水库中修建取水口及引水隧洞，每年的低水位时期是施工的黄金窗口期，一旦错过就需要再等一年。采取常规的岩塞爆破法需倒排引水隧洞施工工期，先完成引水隧洞的施工，并确保开挖至岩塞体前以及岩塞体爆破时正好处于低水位窗口期，以降低隧洞施工及爆破安全风险。而本发明提出的施工方法，仅需在低水位窗口期完成人工岩塞体及取水口的施工；在人工岩塞体的保护下，常水位期间亦可完成引水隧洞的施工。故引水隧洞工期不再受水库水位的限制，能大幅缩短施工工期。

(3)取水口水流条件好：取水口采用两端法兰封堵的预制管道，其下沉到位后仅需拆除两端法兰盖板即可实现水库与引水隧洞的连通。与常规岩塞爆破法一次成形的粗糙洞壁相比，本发明管道内壁光滑且水流条件良好，不会给后期运行带来隐患。

(4)工程难度低：与常规方法相比，无须进行岩塞体爆破施工或围堰施工，工程难度大幅降低。

(5)工程投资小：与常规方法相比，本方法采用预先浇筑的永久人工岩塞体作为挡水结构，省去了岩塞爆破或围堰施工的工程费用，工程投资大幅降低。

附图说明

图1为本发明实施例的人工岩塞体及取水口纵剖面结构示意图；

图2为本发明实施例的人工岩塞体及取水口平面结构示意图；

图3为图1的A-A向剖视结构示意图。

图中：

1-取水口管道，2-水下钢筋混凝土分层浇筑，3-砂袋分层堆砌，4-修坡后水下边坡线，5-原水下地形线，6-岩面分界线，7-法兰盖板，8-超前注浆加固，9-开挖线，10-引水隧洞，11-取水竖井，12-钢筋网，①强风化岩，②-中风化岩，③-微风化岩。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施案例对本发明作进一步的描述。本实施案例在以本发明方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施案例。

实施例

如图1～图3所示，本实施例所述在已建水库中修建永久性人工岩塞体及取水口的施工方法，包括下述步骤：

(1)在水库低水位窗口期，通过抓斗船进行水下开挖及水下爆破等方法，清除拟建取水口处水下边坡表面的强风化覆盖层，形成水下沟槽；

(2)预制取水口管道两端预留法兰盖板，并将预制取水口管道以沉管的方式下沉至沟槽内指定位置，取水口管道伸出水下边坡不小于1.0m；

(3)在水下沟槽边缘分层堆砌砂袋，每层高度0.4m～1.0m，钢筋网设置在取水口上方。钢筋网在岸上绑扎完成后下沉至沟槽内，分层浇筑水下混凝土，砂袋兼做混凝土浇筑模板，直至浇筑至取水管顶一定高度处，取水口靠近水库一端露出，形成永久性人工岩塞体与取水口；

(4)在该永久性人工岩塞体的保护下，引水隧洞采用钻爆法施工至取水口，在接近取水口的一定范围内，采取超前预注浆加固掌子面前方的岩土体，并加固人工岩塞体与原状岩体之间的交界面。开挖至取水口后，拆除预留法兰盖板，与引水隧洞二衬结构顺接；

(5)引水隧洞及取水竖井完工后，关闭竖井与下游隧洞段的连通闸门，将竖井内水位提高至与水库水位齐平，拆除取水口管道靠近水库一端的法兰盖板，实现水库与引水隧洞的连通。