公伯峡水电站导流洞改建为旋流泄洪洞方案研究
2008-01-22 13:38:18 来源：
A-
A+
电力18讯： 摘 要：为减小公伯峡水电站右岸泄洪洞改建施工风险，从技术、经济、地质、施工以及公伯峡水电站目前的实际出发，对原龙抬头泄洪洞方案、竖井旋流方案、水平旋流泄洪洞方案等进行了对比论证，并重点研究了水平旋流泄洪洞方案在公伯峡水电站应用的可行性，研究结果表明，采用水平旋流泄洪洞方案消能率高，运行工程投资较省，技术经济上具有较明显的优势。
1 泄洪工程概况
公伯峡水电站为Ⅰ等大（1）型工程，泄水建筑物为Ⅰ级建筑物，洪水标准按500年一遇设计，相应洪峰流量5 440 m3／s，万年一遇校核，相应洪峰流量7 860m3／s。泄水建筑物分左右岸布置，布置在左岸的2孔表孔溢洪道设计泄量3 522m3／s，校核泄量4 520m3／s；左岸泄洪洞设计泄量1 170m3／s，校核泄量1 205m3／s；右岸泄洪洞为与导流洞结合“龙抬头”泄洪洞型式，设计泄量1 842m3／s，校核泄量1 910m3／s，最大流速40.8 m／s。经过初步优化后右岸泄洪洞规模适当缩小，进口底板高程1 945.0 m，孔口尺寸为6 m×6 m，设计泄量1 032m3／s，校核泄量1 060m3／s，最大流速38 m／s。
2 右岸泄洪洞工程地质条件
公伯峡水电站右岸地质条件非常复杂，导流洞大部分洞段断层裂隙发育，岩性（相）变化大、岩体风化强烈，Ⅲ、Ⅳ类围岩占洞线全长的71%，隧洞成洞条件差。其中桩号0+47～0+86m塌方冒顶段洞顶岩体覆盖厚度最薄处仅10 m，岩石风化强烈、强度低、纵横向断层切割、岩体卸荷松弛严重。导流洞在掘进过程中先后发生了7次较大规模的塌方，特别是“2.17”和“4.3”在导流洞桩号0+47～0+86 m造成两次塌方冒顶，被迫修改原设计采用了大开挖浇筑混凝土涵洞方案，严重影响了施工进度。
由于龙抬头泄洪洞非结合段位于导流洞右侧，地质构造复杂，洞顶上覆岩体较薄，大部分洞挖范围属强风化花岗岩和部分片岩、片麻岩，围岩类别以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类为主，其中进口段位于古强风化带之内，有六组断裂结构面，断裂面一般为夹泥型，属Ⅴ类围岩，该段围岩总体不稳定，自稳时间很短，围岩变形破坏受结构面和岩体破碎双重因素控制，受水影响时变形破坏更快；斜井段围岩为花岗岩、片麻岩、片岩，岩性相变频繁，相互穿插，断裂构造发育，该段顶拱属缓倾角断层、裂隙特别发育，切割楔形体稳定条件极差，属Ⅳ类围岩；反弧段属Ⅲ类围岩，顶拱缓倾角断层裂隙切割楔形体稳定条件差。因此，右岸“龙抬头”泄洪洞开挖期稳定问题比较突出，成洞条件差，非结合段施工安全和工期风险很大。
3 右岸泄洪洞方案优化研究
3.1 方案初选
为了减小公伯峡水电站右岸泄洪洞改建施工风险、充分利用导流洞，同时考虑在公伯峡水电站工程中充分采用新技术，2001年由黄河上游水电开发有限责任公司组织西北勘测设计研究院、中国水利水电科学研究院进行了右岸泄洪洞方案优化研究。根据黄河上游水文气象资料、梯级电站汛期运行方式、公伯峡水电站工程进度安排、地质条件、以及经济技术合理性等因素，初步考虑了两种研究方案：①取消右岸泄洪洞，机组参与泄洪，溢洪道由2孔12 m×18 m调整为2孔15 m×18.5 m，堰顶高程由1 987.0 m降低至1 986.5 m；或者溢洪道增加一孔变成3孔12 m×18 m：②基于公伯峡右岸泄洪洞110 m的水头级别和1 060m3／s的流量规模，结合目前国内一些研究成果，以及公伯峡导流洞布置、地形地质条件、旋流泄洪洞的布置及体型要求等因素，选择地形地质条件较好，建筑物布置制约因素少及与导流洞能较好结合的0+220 m桩号附近，采用竖井式泄洪洞方案。经综合考虑后，决定采用竖井式泄洪洞方案，并就竖井旋流方案（水流在坚井内旋转消能）和水平旋流方案（水流在水平洞内旋转消能），进行水工模型试验。
3.2 竖井旋流方案
竖井旋流方案的消能设旋由有压短进口、引水道、涡室、竖井、连接段和退水段组成。有压短进口布置在导流洞左测电站引渠前沿，采用常规的有压短进口体型，进口底板高程1 980 m，泄流能力要求确定的孔口尺寸为7 m×9 m，进水塔高35 m，塔内布置平板事故检修闸门和弧形工作闸门各1扇。
引水道长38.4 m，采用明流涵管城门洞断面，引水道与涡室的衔接采用直线切圆的旋流发生装置，同时将引水道至涡室间的宽度进行了收缩处理，其切口处引水道最小宽度为5 m。由于引水道宽度的收缩，为保证引水道水面线不致出现雍水曲线，避免水流发生呛水现象及影响有压短进口的泄流能力，适当放陡引水道底坡坡度(底坡为1∶10)。有压短进口及引水道轴线与导流洞轴线的平角为105°，错距为4.1 m。
为改善水流的旋转流态，以使竖井井壁保持较大的压力和形成稳定的旋流空腔，在竖井顶部设置了涡室，考虑到蜗壳式涡室体型复杂，施工困难，采用直线切圆的简单涡室体型，涡室直径15.21 m，涡室高度19 m，涡室顶部布置直径2 m的通气孔通
1 泄洪工程概况
公伯峡水电站为Ⅰ等大（1）型工程，泄水建筑物为Ⅰ级建筑物，洪水标准按500年一遇设计，相应洪峰流量5 440 m3／s，万年一遇校核，相应洪峰流量7 860m3／s。泄水建筑物分左右岸布置，布置在左岸的2孔表孔溢洪道设计泄量3 522m3／s，校核泄量4 520m3／s；左岸泄洪洞设计泄量1 170m3／s，校核泄量1 205m3／s；右岸泄洪洞为与导流洞结合“龙抬头”泄洪洞型式，设计泄量1 842m3／s，校核泄量1 910m3／s，最大流速40.8 m／s。经过初步优化后右岸泄洪洞规模适当缩小，进口底板高程1 945.0 m，孔口尺寸为6 m×6 m，设计泄量1 032m3／s，校核泄量1 060m3／s，最大流速38 m／s。
2 右岸泄洪洞工程地质条件
公伯峡水电站右岸地质条件非常复杂，导流洞大部分洞段断层裂隙发育，岩性（相）变化大、岩体风化强烈，Ⅲ、Ⅳ类围岩占洞线全长的71%，隧洞成洞条件差。其中桩号0+47～0+86m塌方冒顶段洞顶岩体覆盖厚度最薄处仅10 m，岩石风化强烈、强度低、纵横向断层切割、岩体卸荷松弛严重。导流洞在掘进过程中先后发生了7次较大规模的塌方，特别是“2.17”和“4.3”在导流洞桩号0+47～0+86 m造成两次塌方冒顶，被迫修改原设计采用了大开挖浇筑混凝土涵洞方案，严重影响了施工进度。
由于龙抬头泄洪洞非结合段位于导流洞右侧，地质构造复杂，洞顶上覆岩体较薄，大部分洞挖范围属强风化花岗岩和部分片岩、片麻岩，围岩类别以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类为主，其中进口段位于古强风化带之内，有六组断裂结构面，断裂面一般为夹泥型，属Ⅴ类围岩，该段围岩总体不稳定，自稳时间很短，围岩变形破坏受结构面和岩体破碎双重因素控制，受水影响时变形破坏更快；斜井段围岩为花岗岩、片麻岩、片岩，岩性相变频繁，相互穿插，断裂构造发育，该段顶拱属缓倾角断层、裂隙特别发育，切割楔形体稳定条件极差，属Ⅳ类围岩；反弧段属Ⅲ类围岩，顶拱缓倾角断层裂隙切割楔形体稳定条件差。因此，右岸“龙抬头”泄洪洞开挖期稳定问题比较突出，成洞条件差，非结合段施工安全和工期风险很大。
3 右岸泄洪洞方案优化研究
3.1 方案初选
为了减小公伯峡水电站右岸泄洪洞改建施工风险、充分利用导流洞，同时考虑在公伯峡水电站工程中充分采用新技术，2001年由黄河上游水电开发有限责任公司组织西北勘测设计研究院、中国水利水电科学研究院进行了右岸泄洪洞方案优化研究。根据黄河上游水文气象资料、梯级电站汛期运行方式、公伯峡水电站工程进度安排、地质条件、以及经济技术合理性等因素，初步考虑了两种研究方案：①取消右岸泄洪洞，机组参与泄洪，溢洪道由2孔12 m×18 m调整为2孔15 m×18.5 m，堰顶高程由1 987.0 m降低至1 986.5 m；或者溢洪道增加一孔变成3孔12 m×18 m：②基于公伯峡右岸泄洪洞110 m的水头级别和1 060m3／s的流量规模，结合目前国内一些研究成果，以及公伯峡导流洞布置、地形地质条件、旋流泄洪洞的布置及体型要求等因素，选择地形地质条件较好，建筑物布置制约因素少及与导流洞能较好结合的0+220 m桩号附近，采用竖井式泄洪洞方案。经综合考虑后，决定采用竖井式泄洪洞方案，并就竖井旋流方案（水流在坚井内旋转消能）和水平旋流方案（水流在水平洞内旋转消能），进行水工模型试验。
3.2 竖井旋流方案
竖井旋流方案的消能设旋由有压短进口、引水道、涡室、竖井、连接段和退水段组成。有压短进口布置在导流洞左测电站引渠前沿，采用常规的有压短进口体型，进口底板高程1 980 m，泄流能力要求确定的孔口尺寸为7 m×9 m，进水塔高35 m，塔内布置平板事故检修闸门和弧形工作闸门各1扇。
引水道长38.4 m，采用明流涵管城门洞断面，引水道与涡室的衔接采用直线切圆的旋流发生装置，同时将引水道至涡室间的宽度进行了收缩处理，其切口处引水道最小宽度为5 m。由于引水道宽度的收缩，为保证引水道水面线不致出现雍水曲线，避免水流发生呛水现象及影响有压短进口的泄流能力，适当放陡引水道底坡坡度(底坡为1∶10)。有压短进口及引水道轴线与导流洞轴线的平角为105°，错距为4.1 m。
为改善水流的旋转流态，以使竖井井壁保持较大的压力和形成稳定的旋流空腔，在竖井顶部设置了涡室，考虑到蜗壳式涡室体型复杂，施工困难，采用直线切圆的简单涡室体型，涡室直径15.21 m，涡室高度19 m，涡室顶部布置直径2 m的通气孔通
评论
最新评论（0）
相关新闻：
-
无相关信息