青龍水電站放空洞設(shè)計及借鑒作用

李正良

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院 長沙市 400007）

1 工程概況

青龍水電站位于湖北恩施州新塘鄉(xiāng)，距恩施市約120 km，是馬尾溝流域的第二級電站，壩址以上控制流域面積208 km2，正常蓄水位735.00 m，相應(yīng)水庫庫容2 830萬m3，總庫容2 939萬m3，具有年調(diào)節(jié)能力；電站裝機(jī)容量為40 MW，多年平均發(fā)電量為1.119億kW·h，為Ⅲ等中型工程。

2 工程水文、地形地質(zhì)

2.1 水 文

馬尾溝流域?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫（15～17）℃，7、8 月份氣溫最高，一般為（27～30）℃，12、1 月份氣溫最低，一般為（2～8）℃，流域受季風(fēng)影響，冬季多北風(fēng)，夏季多南風(fēng)，平均風(fēng)力在2級以上。馬尾溝流域?qū)俣跷鞅┯陞^(qū)，雨量豐沛，多年平均降雨量1 558.7 mm，雨量年內(nèi)分配不均，主要集中在6～9月。

壩址多年平均流量7.31 m3/s，多年平均徑流總量2.31億m3。多年平均含沙量為0.390 kg/m3，多年平均侵蝕模數(shù)為432.4 t/km2，多年平均懸移質(zhì)輸沙量8.99萬t，多年平均推移質(zhì)輸沙量為1.35萬t。

2.2 地形地質(zhì)

壩址區(qū)位于紙場溝至墨斗池之間長約0.6 km的河段，河道彎曲，谷底最低高程613 m。岸坡基巖裸露，壩址區(qū)兩岸山體陡峻，河谷呈“U”型；壩址區(qū)出露地層較為簡單，與建壩工程密切相關(guān)的斷層有F16以及左岸蓼葉潭危巖體上游 （10～60）m范圍內(nèi)雙河橋向斜核部斷層密集帶，裂隙主要為垂直層面的順河向卸荷裂隙，裂隙多充填方解石脈，延伸不長，巖體完整性中等，具有中等強(qiáng)度。地質(zhì)條件較好，可作為拱壩或重力壩壩基。

左岸引水線路進(jìn)水口位于壩址左岸蓼葉潭陡崖下，大壩上游70 m，線路長5.36 km，沿線地勢南高北低，高程多在（600～1 500）m 之間，相對高差（500～1 000）m，為中山地貌，部分洞段埋深大于300 m，最深逾700 m，沿線未跨沖溝。

3 工程布置

大壩布置馬尾溝流域新塘鄉(xiāng)陰沙潭處，在田家河匯入口上游約1.3 km，為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程737.7 m，河床建基面高程598.0 m，最大壩高139.7 m。采用壩身布置3孔10 m×7 m（寬×高）溢流表孔。消能方式為挑流、二道壩水墊塘消能，二道壩布置在拱壩下游約185 m處，溢流寬度30 m，兩岸為重力壩，壩頂長度46 m。

左岸發(fā)電引水隧洞總長約5.6 km，洞徑3.2 m，進(jìn)水口布置豎井式攔污柵和檢修閘門。調(diào)壓井布置在廠房后山坡760 m高程平臺上，采用簡單圓筒式，圓筒內(nèi)徑10 m，高度為74 m。

廠房距大壩約6.9 km，左岸地面廠房，主廠房（含安裝場）平面尺寸為 37.86 m×15.9 m（長×寬），左端安裝場長13.38 m，布置2臺混流機(jī)組，裝機(jī)40 MW。轉(zhuǎn)輪直徑1.65 m，安裝高程488.9 m，發(fā)電機(jī)層和安裝場地面高程497.7 m，主廠房上游側(cè)布置副廠房，副廠房左端布置GIS樓。

導(dǎo)流洞布置在左岸，進(jìn)水口在左壩肩上游約50 m，底高程618.00 m，出口底板高程614.3 m全長289.2 m，城門洞型4.8 m×5.1 m，過水流量為226 m3/s，全年過水圍堰，擋水流量226 m3/s。放空洞布置在左岸引水隧洞進(jìn)口上游約44 m，長100 m。

4 放空洞設(shè)計

本工程大壩高達(dá)139.7m，水庫正常庫容為2 830萬m3，為確保非常情況下的大壩和下游的安全，設(shè)置放空洞，為節(jié)省工程造價，放空洞結(jié)合導(dǎo)流洞布置。

放空洞進(jìn)口布置在引水隧洞進(jìn)口上游約44 m，進(jìn)口高程670.0 m,設(shè)置豎井式工作閘門和檢修閘門，尺寸均為2.0 m×2.0 m（寬×高），閘門中心線相距2.5 m，門槽寬0.6 m×深0.5 m，閘門豎井開挖尺寸6.0 m×4.0 m（長×寬），工作閘門后設(shè)置一直徑0.6 m的通氣孔，工作閘門和檢修閘門分別采用630 kN和160 kN卷揚機(jī)啟閉，啟閉平臺高程742.7 m，布置在6 m×10.0 m（寬×高）的城門洞形隧洞內(nèi)，通過交通洞與拱壩壩頂公路相連，交通洞斷面為6.0 m×7.1 m（寬×高）的城門洞形。放空洞分上平段和下平段，上平段在閘門豎井前采用2.0 m×2.0 m（寬×高）的矩形斷面，閘門豎井后采用圓形斷面，開挖斷面直徑2.6 m，襯砌后斷面1.8 m；下平段利用導(dǎo)流洞，開挖斷面城門洞型6.3 m×6.65 m（寬×高），襯砌后尺寸 4.8 m×5.1 m（寬×高）；上下平段用約51 m高的豎井連接，斷面1.8 m。

水庫放空時，大壩溢流表孔堰頂高程728.0 m以上水庫庫容通過溢流表孔下泄，728.0 m高程以下庫容通過放空洞下泄。經(jīng)計算放空洞最大下泄流量約57 m3/s，水庫放空時間約6天，可通過放空洞工作閘門適當(dāng)控制放空速度。

5 設(shè)計優(yōu)化

工程壩址區(qū)河床狹窄，兩側(cè)山體陡峻，枯季河水位高程 618.0 m 左右，水面寬僅（15～30）m，施工場地布置困難。導(dǎo)流洞先期進(jìn)行施工時未同時進(jìn)行放空洞施工。工程截流后，左岸施工道路截斷，峭壁上無法重新開辟新的道路，放空洞進(jìn)水口處于回水區(qū)，施工平臺無法形成，也無法出渣。壩肩、壩基開挖，引水隧洞進(jìn)水口施工、放空洞施工互相干擾，大規(guī)模施工難以展開。放空洞啟閉平臺通過左岸進(jìn)水口控制平臺交通進(jìn)行施工，豎井高度達(dá)70 m以上，施工難度極大。58 m高的水頭，閘門啟閉設(shè)備要求高，后期運行、維護(hù)難度較大。

為了減少施工干擾，避免放空洞豎井及放空洞挖施工，對放空洞進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。放空洞采用混凝土放空豎井結(jié)合導(dǎo)流洞設(shè)計，放空豎井依山而建，直徑1.8 m，混凝土鋼襯結(jié)構(gòu)，于導(dǎo)流洞閘門之后與導(dǎo)流洞結(jié)合，放空豎井由封孔塞、封井蓋、豎井組成，井頂高程640.80 m，蓄水時封堵導(dǎo)流洞閘門，移動啟吊設(shè)備放下封井蓋及封孔塞。放空時，大壩溢流表孔放空至728.0 m高程，啟吊設(shè)備通過壩頂至左岸進(jìn)水口啟閉平臺交通洞，運行至導(dǎo)流洞進(jìn)水口上方的啟吊平臺，通過預(yù)留的鋼絲繩先拔出封孔塞平衡豎井壓力，然后起吊封井蓋，放空至640.80 m高程。采用此種方式，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便無干擾，節(jié)約工期節(jié)約投資。豎井結(jié)構(gòu)見附圖。

附圖 放空豎井平面布置圖

6 借鑒意義

青龍電站放空洞采用放空豎井結(jié)合導(dǎo)流洞設(shè)計，避免了放空洞洞挖、控制豎井開挖，減少了工作閘門、檢修閘門及啟閉設(shè)備等，避開了施工布置上的重疊及大壩開挖、引水隧洞施工干擾，節(jié)約了工期。放空豎井結(jié)構(gòu)簡單，運行方便。

我國水電開發(fā)西移，地質(zhì)、交通條件越來越差，放空豎井與導(dǎo)流洞結(jié)合的設(shè)計在投資、施工布置、工期方面具有重要的借鑒意義。