旁多泄洪兼导流洞工作闸室位置选择

2014-03-22范景春董延超石亮亮

东北水利水电 2014年1期

关键词：泄洪洞导流洞闸室

范景春，董延超，石亮亮，顾滨

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

旁多泄洪兼导流洞工作闸室位置选择

范景春，董延超，石亮亮，顾滨

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

旁多泄洪兼导流洞承担了工程施工导流、生态放流、泄洪及水库放空任务，是一洞多用的典型案例。文中就工作闸室位置选择及隧洞压力状态等问题进行了论述，并提出几点体会，对类似工程设计具有借鉴意义。

泄洪兼导流洞；工作闸室；位置选择；隧洞压力状态；旁多水利枢纽工程

1 工程概况

旁多水利枢纽工程地处西藏自治区拉萨河中游，工程任务以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水，为Ⅰ等大（1）型工程，大坝设计洪水标准为千年一遇，校核洪水标准为万年一遇。枢纽主要由碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝、泄洪洞及泄洪兼导流洞、发电引水系统、发电厂房和灌溉输水洞组成。水库正常蓄水位 4 095 m，总库容 12.3 亿 m3，电站装机容量 160 MW，灌溉面积 4.3 万 hm2。

旁多泄水建筑物由泄洪洞和泄洪兼导流洞组成。其中泄洪兼导流洞由导流洞改建而成，施工期承担导流任务、水库蓄水初期承担生态放流任务、完建期承担泄洪及水库放空任务。泄洪洞为表孔无压隧洞，校核泄洪流量 1 644 m3/s，城门洞型断面尺寸 10.0 m×11.5m，全长 778.9 m，采用挑流消能；泄洪兼导流洞为深孔有压隧洞，校核泄洪流量 1 237 m3/s，圆形断面直径 11 m，全长 756.8 m，采用挑流消能。

2 工作闸门位置方案拟定

利用导流洞改建为永久泄洪洞，多采用“龙抬头”陡槽式无压泄洪洞，由于旁多水库有放空要求，导流洞改建为永久泄洪洞时，利用其进口高程较低的特点，进水口采用深孔式进口，以满足水库放空要求，简化工程布置。

工作闸门如布置在进口，则与检修闸门同设于进口闸室，检修闸门可先期安装，工作闸门需下闸蓄水后，通过对进口闸室改造后形成。由于下闸蓄水至次年汛期的施工工期有限，且进口闸室施工空间狭小，结构改造和闸门安装调试均较困难。工作闸门和检修闸门同设在一个闸室，同时出现问题的可能性也较高。综合考虑，拟定了 2个比选方案：有压与无压洞相结合，工作闸室布置在洞内方案；完全压力洞，工作闸室布置在出口方案。

3 工作闸门位置比选

3.1 运用条件

工程采用分期导流，一期束窄河床利用右岸主河槽过流，二期采用导流洞过流，下闸蓄水后导流洞改建为永久泄洪洞，施工期洪水标准为 20 年一遇。经调洪演算综合比较,确定导流洞进口底板高程 4 031.5 m，圆形断面洞径 11 m，大汛泄洪流量 1 346 m3/s。

考虑工程地处边远地区，地震烈度高、坝体为当地材料坝，表孔泄洪洞超泄能力强，运用可靠，常遇频率洪水通过表孔泄洪洞敞泄满足出库流量要求，工程运行管理相对简单，因此，经泄洪规模、孔口尺寸综合比较确定泄洪兼导流洞闸孔尺寸 7m×7m，收缩比为 51.6%，校核泄洪流量 1 237 m3/s，泄洪洞与泄洪兼导流洞泄量分配比为 5.7∶4.3。

3.2 布置条件

工作闸室布置在洞内，其前为有压段，后为无压段。有压段流速小，水流条件好，可设平面或立面弯道，布置灵活；无压段对岩体厚度和岩石条件无特殊要求，出口段可避免内水外渗对边坡的影响，有利于边坡处理。但为满足运行维护及检修要求，需增设交通洞或闸门竖井。

工作闸室布置在出口，则为完全压力洞。有压洞对岩层厚度、岩石条件要求较高，需深埋于岩石条件较好的岩体中，使岩石能承受较多的内水压力，避免高压水渗出后抬动山坡。

从布置条件看，两方案各有利弊，当出口山坡岩体条件较好时，工作闸室布置在出口较为有利。

3.3 水力学条件

高水头无压隧洞流速大、压力小、流态复杂，需要考虑掺气、气蚀等问题，洞内净空余幅要求大（规范余幅要求为15%~25%，水面不宜超过直墙范围），对体型布置及衬砌结构的不平整度要求较高。有压隧洞因阻力大、流速小、下泄同样流量所需过水断面比无压洞大，但无净空余幅要求，衬砌后的断面反而比无压洞小，并且压力洞内水压力比较稳定，气蚀的可能性小，水流流态较好。有压与无压洞断面面积与流速比较见表 1。

表1 有压与无压断面面积与流速比较表

由表 1 可以看出，在泄量相同时，无压洞断面比有压洞断面大 39%，流速增大 24%，而气蚀可能性反而增大，从水流条件看，工作闸室布置在出口有利。

3.4 结构设计

工作闸室布置在洞内，其后为无压段，无压洞衬砌主要控制荷载为自重、外水压力、灌浆压力及山岩压力等，衬砌受力状态及围岩作用不是很明确；但工作闸室可利用岩体来承担一部分闸门推力，闸室稳定、支铰大梁结构设计相对简单。

工作闸室布置在出口，为完全压力洞，有压圆洞主要控制荷载为内水压力，衬砌受力状态及围岩作用比较明确，结构设计相对简单可靠；但闸门推力均由工作闸室来承担，闸室稳定及结构处理相对复杂。

从结构设计看，2方案各有利弊，就闸室稳定及结构处理而言，工作闸室布置在洞内有利。

3.5 施工工期

此工程初期蓄水期间，需通过调节导流洞进口闸门开度下泄生态流量，待首台机组发电后，导流洞进口闸门才能完全关闭，之后按永久泄洪洞使用要求对导流洞进行改造，并在次年大汛前满足泄洪要求。因此，导流洞改造工期仅为首台机组发电至次年大汛前这一时段，工期有限。

导流洞改造主要内容有渐变段、工作闸室、泄槽及挑流鼻坎的改造，以及工作弧门的安装调试等。闸室布置在洞内，改造工程量大，且大部分改造工作在洞内进行，混凝土施工及弧门安装调试均不便，工期紧张；闸室布置在出口，改造工程量小，仅渐变段改造在洞内进行，其他均在洞外进行，工期满足要求。从施工工期看，工作闸室布置在出口有利。

3.6 工程投资

工作闸室布置在洞内比布置在出口工程直接费用增加 796 万元，约增加 7%的投资。从投资上看，工作闸室布置在出口较优。

3.7 比选结论

工作闸室布置在出口对山坡岩层厚度、岩石条件要求较高，闸室稳定及结构设计相对复杂，但从水力学条件、施工工期及工程投资上看，该方案具有一定的优势，该工程结合出口边坡滑坡体的处理，经综合论证，选择工作闸室布置在出口方案。