肖桃李

(长江大学城市建设学院,湖北荆州434023)

魏文俊

(中国葛洲坝集团股份有限公司,湖北宜昌443002)

导流洞进出口围堰往往由于围堰下压导致岩石开挖难度增加、施工工期紧张或爆破不完全等原因而无法拆除到预定高程,从而残留部分围堰,影响导流洞的分流能力,进而对截流产生一定的影响[1]。为此,在对水电站截流模型进行试验研究时,针对导流洞进出口施工围堰拆除残留岩埂对截流的影响研究是必不可少的。

瀑布沟水电站,是大渡河流域水电开发的控制性水库之一,是一座以发电为主,兼有防洪、拦沙等综合效益的特大型水利水电枢纽工程。工程截流期间,通过左岸2条导流隧洞导流。当主河床封堵时,根据设计要求,导流洞进出口施工围堰分别拆除至677、670m,河水从1#、2#导流洞联合过流,导流洞洞身为城门形断面,宽13m、高16.5m,断面面积201m2。1#导流洞洞长926.43m,底坡5.4‰,2#导流洞洞长1003.44m,底坡为5.0‰[2]。

1 模型设计

模型按重力相似准则设计为正态整体模型,长度比尺为1∶70。模拟原型河段上游桥至下游桥,全长约3200m(沿主流方向),其中坝轴线上游1200m,坝轴线下游2000m。模型的相关物理参数:几何比尺 λL=70;流速比尺 λV=8.637;时间比尺 λT=8.637;流量比尺 λQ=40996;糙率比尺 λN=2.030。模型采用1∶1000地形图等高线法用水泥砂浆塑制高程700m以下岸边及水下地形,导流洞采用有机玻璃塑制,糙率换算为原型0.0173[3]。截流抛投材料种类和规格如下:小石 (原型粒径 0.2～0.4m)、中石 (原型粒径 0.4～0.7m)、大石 (原型粒径0.7～1.0m)、特大块石 (原型粒径1.0～1.3m)、15t砼四面体 (原型边长3.76m)、20t砼四面体 (原型边长4.14m)。

图1 截流模型平面布置图

模型布置见图1。模型设置了8个固定测站测量河道沿程水位,测站位置如下:坝轴线上560m、坝轴线、坝轴线下340m、坝轴线下1300m、导流洞进口、导流洞出口、戗堤上、戗堤下。

试验在截流戗堤龙口局部动床上进行,截流流量采用 Q=1000m3/s,非龙口段进占流量Q=1340m3/s,裹头保护流量Q=1490m3/s。截流戗堤采用上移方案,龙口段进占采用双向进占、右岸为主方式,左右堤头进占长度按1∶2控制,具体见图2。进口围堰拆除按残留岩埂1、2m 2种情况进行,即进口围堰拆除高程分别为678、679m。出口围堰拆除按残留岩埂2m进行,即出口围堰拆除高程为672m。

图2 截流戗堤双向进占程序图

2 试验分析

2.1 残留岩埂对截流终落差的影响

在主河道断流,进口施工围堰拆除残留岩埂分别为1m和2m,出口围堰拆除残留岩埂2m组合条件下,试验流量分别为750、1000、1500m3/s,试验结果见表1。试验过程表明,设计条件下,当流量Q≥750m3/s时,进口围堰顶面水流均为缓流;进口围堰残埂1m、出口围堰残埂2m条件下,Q=750m3/s时,进口围堰顶面水流为急流,岩埂后出现跌水现象,当Q≥1000m3/s时,进口围堰顶面水流均为缓流;进口围堰残埂2m、出口围堰残埂2m条件下,Q=750m3/s时,进口围堰顶面水流为急流,岩埂后跌水较明显,当Q=1000m3/s时,进口围堰顶面局部产生较弱的跌水现象,当Q=1500m3/s时,进口水流较平顺,围堰顶面水流为缓流。

表1 导流洞进出口围堰残埂对截流围堰闭气后上游水位影响

通过表1中上游截流戗堤水位比较,有如下规律:相同流量下,进口围堰残埂越高,戗堤水位越高且影响越大;进出口围堰相同拆除条件下,流量越小,对戗堤水位影响越明显;进口围堰残埂越高,流量越小对截流的影响越明显。进口围堰残埂1、2m与设计条件相比,Q=750m3/s时,上游水位分别增加0.14、0.81m;Q=1000m3/s时,上游水位分别增加0.02、0.23m;Q=1500m3/s时,上游水位分别增加0.01、0.07m。因此,相对于截流流量Q=1000m3/s来讲,进口围堰残留岩埂1m对截流终落差未有明显影响。

2.2 残留岩埂对戗堤进占合拢的影响

导流洞进出口残留岩埂的存在,必将对戗堤上游水位、龙口流速等有影响,对截流施工而言,无疑增大了施工的难度及不可预见性。试验中,设计截流流量Q=1000m3/s,进口围堰残埂分别为1m和2m、出口围堰残埂2m 2种条件下龙口段进占合拢过程中水力学参数以及与设计条件下试验参数比较,其截流的水力学变化参数见表2。由水力学参数表可看出,进口围堰残埂1m、出口围堰残埂2m条件下龙口段进占合拢过程中水力学参数与设计条件相比,上游水位增加0.05～0.58m,戗堤落差增加0.04～0.18m,均以B=35m时增加值最大;龙口最大流速增加0.09～0.30m/s,同样是B=35m时增加值最大;进口围堰残埂2m、出口围堰残埂2m条件下龙口段进占合拢过程中水力学参数与设计条件相比,上游水位增加0.27～1.25m,戗堤落差增加0.14～0.97m,均以B=35m时增加值最大;龙口最大流速增加0.15～0.77m/s,同样是B=35m时增加值最大。

表2 截流水力学参数表

2.3 残留岩埂对戗堤进占合拢抛投材料影响

根据表2的试验分析结果,进口围堰残埂的存在,不仅使得上游水位增加、戗堤落差增加、龙口最大流速增加,而且,进口围堰残埂的高度越大,对其影响越大,必将导致截流施工难度的增加和施工成本的增加等,为此,试验中进行了戗堤进占抛投料的统计分析,其分析结果分别见表3和表4。

表3 进口围堰残埂1m时戗堤进占抛投料使用情况表

表3的统计表明,当进口围堰残埂1m条件时龙口段进占合拢过程中抛投石料总量27335m3,其中大石2169m3、中石6728m3、小石 18438 m3;流失总量 2434m3;而设计条件下抛投材料总用量25539m3,其中大石2767m3,中石5355m3,小石17417m3;流失料总量2147m3。表明抛投材料使用情况基本相同,抛投总量增加约1800m3,流失量也略有增加,进占合拢过程中截流难度没有明显增加。

表4的统计表明,进口围堰残埂2m条件下龙口段进占合拢过程中抛投石料总量29212m3,其中特大块石111m3、大石5089m3、中石6640m3、小石17372m3;与设计条件相比抛投总量增加约6300m3,并且大大增加了大石和特大块石的用量;另外,戗堤下游侧流失料形成的舌状体平台宽度约32m、长度39m,与设计条件相比 (舌状体平台宽度约17m、长度18m)舌状体平台范围明显加大,流失量明显增加,流失总量为4891m3,占总抛投量17%。同时流失的中石最远可到达防渗墙轴线附近 (戗堤轴线下140m处)对防渗墙施工产生不利影响。

表4 进口围堰残埂2m时戗堤进占抛投料使用情况表

[1]孟鸣,容晓,王志新.导流洞进口围堰残埂对截流的影响研究[J].广东水利水电,2009,9:14-15.

[2]程明.大渡河瀑布沟水电站截流施工 [J].湖北水利发电,2008,76(3):48-51.

[3]刘珊燕,刘力中,车清权.瀑布沟水电站宽戗堤截流水工模型试验及应用[J].人民长江,2010,41(2):25-27.