某水電站泄洪洞設計

楊志勇，李 媛

(1.四川省水利水電勘測設計院，成都，610072；2.四川西南廣廈建筑設計院有限責任公司，成都，610041)

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某水電站泄洪洞設計

楊志勇1，李 媛2

(1.四川省水利水電勘測設計院，成都，610072；2.四川西南廣廈建筑設計院有限責任公司，成都，610041)

本文介紹了某電站泄洪洞總體布置及結構設計，并結合水工模型試驗對結構合理性進行了驗證。

泄洪洞 消力池 泄流量 水工模型試驗 水電站

1 工程概況

某水電站泄洪洞布置在左岸，由導流洞后期改建而成，同時具有泄洪和放空水庫的功能。電站為Ⅲ等工程，擋水及泄洪建筑物按50年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核；消能防沖建筑物按30年一遇洪水設計。泄洪洞設計最大泄流量約為980m3/s。

2 地形地質條件

泄洪洞位于壩址區(qū)左岸山體斜坡部位，基本順河床布置。進口段位于壩址區(qū)左岸山體斜坡DJ1堆積體前緣陡坎部位，進口段表層為崩坡積塊碎石土層，結構松散，厚度0.5m～1m；其下為冰水積漂(塊)石砂卵礫石層，結構密實，厚度6m～10m；冰水積漂(塊)石砂卵礫石層之下為白云巖，巨厚層狀，堅硬，巖體內裂隙不發(fā)育，但風化程度較強，強風化水平深度12m～15m，弱風化水平深度25m～35m，強、弱風化巖體較破碎，局部呈碎塊狀。洞身段白云巖和砂質板巖以弱風化～微風化巖體為主，洞頂山巖覆蓋厚度均大于40m，成洞條件較好。出口段邊坡坡度35°～45°，基巖裸露，為巖質邊坡，巖性為白云巖，巨厚層狀，裂隙不發(fā)育，但風化程度較高，完整性較差。強風化層水平深度10m～15m，弱風化層水平深度25m～35m，出口段多位于弱風化層內。

3 泄洪洞設計

3.1 泄洪洞結構設計

泄洪洞布置在左岸，由導流洞后期改建而成，由進口有壓段、事故閘門井段、洞身有壓段、工作閘門室段和出口消能等組成，并有交通洞與工作閘門操作室相通。進口高程2751.00m，出口高程2744.84m，全長436.76m(不包括消力池)。

進口有壓段長度59.0m，前12m為進水喇叭口段，斷面為矩形斷面，寬度均為12.7m，頂板為1/4橢圓曲線，將喇叭口段高度由14m漸變?yōu)?0m；其后47m范圍為矩形段，斷面尺寸為12.7m×10m(寬×高)。

進口有壓段后設事故檢修閘門，閘室段長12m，流道中間設隔墩，將流道一分為二，因此事故閘門為兩孔，單孔尺寸為5m×10m(寬×高)。事故閘門井后設20m長的方變圓漸變段，將過水斷面由12.7m×10m的矩形漸變?yōu)橹睆綖?0m的圓形。

洞身段由直線段及兩平面轉彎段組成，轉彎半徑為R=50m，采用鋼筋混凝土襯砌，Ⅲ類、Ⅳ類圍巖洞段的襯砌厚度分別為60cm、80cm。泄0+396.76～0+421.76m段為泄洪洞孔口圓變方漸變段及壓坡段，孔口尺寸由直徑10m的圓形斷面漸變?yōu)?m×5m(寬×高)的矩形斷面；孔口后15m(泄0+421.76～0+436.76m段)范圍為工作閘門室，工作閘室段下游接消力池。

消力池包括25m長泄槽擴散段、70m長消力池池身及尾坎段，其中泄槽擴散段及部分池身段布置在洞內，消力池池寬為16m，消力池池深8.55m，底板高程為2742.28m；尾坎采用差動式，高坎高程為2750.83m，低坎高程為2746.56m。泄洪洞結構布置見圖1。

圖1 泄洪洞平、剖面

3.2 水力學計算

3.2.1 泄流能力計算

根據(jù)泄洪洞結構布置及孔口尺寸9m×5m(寬×高)，對泄洪洞泄流能力進行計算，泄洪洞泄流能力受工作閘門孔口尺寸控制，其計算公式為：

式中：Q——泄流量，m3/s；

μ——流量系數(shù)；

H——中心線上水頭，m；

A——有壓段出口斷面面積，m2。

泄洪洞泄流能力計算見表1。

經(jīng)模型試驗驗證校核洪水位、設計洪水位試驗值為995.1m3/s、962.52m3/s，均較計算值及設計值大，泄洪洞泄流能力滿足要求。

3.2.2 消能計算

泄洪洞為有壓孔口出流，根據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》(DL/T5166-2002)及《水力計算手冊》相關規(guī)定及計算公式，進行校核、設計及消能設計等工況的消力池水力計算。

表1 泄洪洞水位流量關系表

消力池寬16m，其消能計算成果見表2。

表2 消力池水力計算成果

注：表中各工況下泄流量為設計值。

4 水力學模型試驗

本次水力學模型試驗主要是驗證泄洪洞的泄流能力及消能，以論證泄洪洞結構設計的合理性，并進行相應的結構設計優(yōu)化。

4.1 泄流能力試驗

泄洪洞泄流能力模型試驗結果值與計算值比較表見表3。

表3 泄洪洞泄流能力計算值、試驗值比較

注：流量偏差為正表示試驗值大于設計值，為負表示試驗值小于設計值。

由表可知：泄洪洞在校核洪水、設計洪水、消能洪水工況下試驗值較設計值偏差分別為1.54%、5.70%、5.54%，綜合分析泄洪洞泄流能力滿足要求。

4.2 泄洪洞出洞水流銜接及下游消能

試驗量測了消力池內的水深和坎頂流速，實測池內水深見表4，消力池坎頂流速見表5，實測坎頂垂線平均流速在4.8m/s～6.3m/s之間。

表4 泄洪洞消力池內沿程水深

表5 泄洪洞消力池坎頂流速

校核、設計、消能三種運行工況下消力池內均能形成穩(wěn)定水躍，躍首位置分別位于0+439.757m、0+442.257m和0+444.257m斷面處。由于消力池出口處水面高于下游河道水位，出池水流有輕微跌落。在校核洪水和設計洪水工況下，消力池內水面波動峰值超過墻頂，部分水體間歇性溢過邊墻。綜合分析消力池結構設計滿足要求。

5 結語

本電站泄洪洞由導流洞后期改建而成，泄洪洞出口采用半窯洞式消力池進行消能，消力池底板基礎全部位于條件較好的基巖上。通過水力學模型試驗，論證了泄洪洞結構設計的合理性，并進行了結構優(yōu)化設計。

TV651.3∶TV222

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2095-1809(2017)04-0027-03

楊志勇(1986-)，男，四川成都人，工程師，主要從事水工結構設計方面工作。■