虹吸管在锦屏二级进水口工程中的应用

吴晓伟,陈 平

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,成都,610091)

1 工程概况

锦屏二级水电站进水口工程围堰为过水围堰,围堰堰顶高程 1641m,基坑底板高程1616m,上下高差25m,若让洪水自然过流,必然会对围堰的安全稳定造成影响,甚至发生破坏。为避免围堰过水时堰体两侧水位差及洪水冲刷等对围堰的危害,确保2010年汛期围堰安全度汛,在江水漫过围堰堰顶前达到1638m高程时,采取措施向基坑内充水,将基坑内水位充至与江水面高程相当,然后使江水自然漫过围堰,以保护围堰的安全。

向基坑内进行充水,原设计采用大功率水泵进行,考虑到使用水泵充水存在较多不利影响,如基坑冲水前须撤出围堰及基坑内的所有施工设备,其施工电源布置不方便,基坑充水完成后无法撤出抽水泵等等。经过比较,采用虹吸管方式向基坑充水,消除了受其他设备的干扰影响,且该方式施工便捷、投入少。

2 虹吸管设计

2.1 基坑充水量计算

按照基坑充水高程至1637.5m计算冲水量,基坑1616.0m～1637.5m高程蓄水量为 12万m3,1#～4#引水隧洞事故闸门前0+002.00m～0+100.00m段蓄水量为5.70万m3,基坑充水至1637.5m高程时总蓄水量为17.70万m3。

2.2 虹吸管选型

由于雅砻江进入主汛期后江水上涨较快,为避免基坑未充满洪水已漫过堰顶,要求基坑度汛警戒水位为1638m。江水达到此高程时,所有施工人员及设备立即撤离,四扇事故闸门下闸,开始向基坑内充水,计划2天时间将基坑水位充至1637.5m高程。

虹吸管采用DN250、DN400两种型号钢管,管路流速按照经济流速2.5m/s计算,结合现场实际情况,两种型号的钢管分别布置3根、2根,两天时间虹吸管吸水量可到17.21万m3。即采用3根DN250和2根DN400两种型号钢管作为虹吸管,在两天时间内可将基坑内水位充至1637.5m高程。

3 虹吸管的施工布置及工作原理

虹吸钢管均采用标准节钢管,单根长6m,管间采用法兰盘连接,钢管连接要求密封,每根虹吸管进出口段均设置排空气阀,出水口安装止水阀。排空气阀与大气连通,在围堰迎水坡面1637.0m高程开始布置虹吸管进水口。为保证围堰背水坡面浆砌石不被冲刷,虹吸钢管跨过围堰顶顺着背水坡面至1629.0m高程,出水口低于拦污栅墩前斜坡护面混凝土顶面1m。虹吸管布置示意见图1。

图1 虹吸管布置示意

虹吸管安装就位后出口止水阀处于关闭状态,排空气阀1关闭,排空气阀2打开,排空气阀2与真空泵连接。江水位达到警戒水位后,虹吸管进口低于江水面,开启真空泵将管内空气排出,利用真空原理将管内充满水,打开出水口止水阀开始向基坑充水。当出现冲刷围堰或其它情况要求停止虹吸时,开启虹吸管顶部的进气阀门,使空气进入虹吸管中停止虹吸运行,同时关闭出口处止水阀封堵虹吸管。重复上述操作可再次进行虹吸充水。

4 结语

2010年5月中旬锦屏进入主汛期,江水开始上涨,进水口基坑开挖及支护于5月底完成施工,基坑充水设施安装就绪,具备事故闸门下闸基坑充水条件。进水口围堰处雅砻江水位于6月4日达到警戒水位1638m高程,基坑施工人员和设备迅速完成撤离,当天中午12时开始向基坑充水。通过观测,充水情况正常,6月5日8时充水至1628m高程,计算得出实际充水速度与预计相当,安全监测显示进水口围堰稳定,未出现变形现象。安排继续充水,基坑水位于6月6日凌晨1时充至预计高程1637.5m。整个充水过程比较顺利,虹吸管淹没于水中,下半年汛后作为基坑抽排水管路使用。