嘉陵江苍溪航电工程优化设计

2015-06-05刘跃，赵艳

水电站设计 2015年2期

关键词：苍溪泄洪闸翻板

刘跃，赵艳

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

嘉陵江苍溪航电工程优化设计

刘跃，赵艳

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

苍溪航电枢纽工程单位千瓦投资大、经济效益差。为节约投资，降低工程成本，加快施工进度，提高经济效益，开展了泄水建筑物优化设计研究工作。该工程利用水头低，为水力自控及液控翻板门在枢纽布置中的应用提供了条件，水力自控及液控翻板门作为挡、泄水建筑物，相对于原泄洪闸方案有工程投资省、工期短的优势。本文介绍了苍溪航电工程采用翻板闸门的优化设计原则及内容。

优化设计；泄水建筑物；翻板闸门；苍溪航电

1 工程概况

苍溪航电枢纽工程系《嘉陵江渠化开发规划报告》规划中第三个梯级，位于四川省苍溪县城上游约3 km的河段上，上游接亭子口水利枢纽，下游与沙溪航电工程相连。

苍溪航电枢纽工程设计引用流量1 193 m3／s，设计水头6.3 m，总装机容量66 MW，具有日调节能力。电站枯期平均出力17.5 MW，亭子口电站建成后多年平均年发电量2.66亿kW·h，年利用小时3 864 h。船闸设计通航船舶吨级2×500 t，单向年通过能力376万t。

2 原设计方案

枢纽建筑物从左岸至右岸依次由左岸土石坝、厂房、16孔泄洪冲沙闸、及右岸船闸组成，闸坝顶总长515.26 m。

左岸土石坝段总长96.00 m，连接厂房坝段和左岸岸坡。坝顶高程390.80 m，坝顶宽11.0 m，上下游坡比均为1∶2。

厂房坝段由主机间坝段和安装间坝段组成，沿坝轴线方向总长度109.76 m。其中主机间坝段沿轴线长67.74 m，顺水流方向长75.85 m。

16孔泄洪冲沙闸布置在主河道及左岸漫滩部位，由1孔冲沙闸和15孔泄洪闸组成，总长度为247.00 m。冲沙闸与厂房坝段之间设置18.50 m宽的储门槽坝段，兼做厂房纵向围堰。泄洪冲沙闸为开敞式平底堰型，单孔净宽均为12.00 m，闸室顺水流方向长度均为30.00 m，闸室底板高程均为363.00 m，闸顶高程为390.80 m。

船闸布置于河床右岸，主要由上游引航道、上闸首、闸室、下闸首及下引航道等组成，上闸首长30.00 m，下闸首长30.00 m，闸室长120.00 m，闸室宽16.00 m。全闸总长约956.50 m。

3 优化设计基本原则

苍溪航电枢纽工程优化要满足以下基本原则：

（1）工程等级、工程规模及建筑物级别保持不变。本工程为Ⅲ等工程，主要建筑物按3级建筑物设计，次要建筑物按4级建筑物设计，临时建筑物按5级设计。

（2）工程设计洪水标准不变，设计洪水50年一遇，校核洪水500年一遇。

（3）工程总体枢纽布置格局保持不变，从左岸至右岸依次由左岸土石坝、厂房、泄水建筑物、及右岸船闸组成。为保证船闸水力学条件，船闸位置保持不变。

（4）设计洪水位、校核洪水位及相关淹没水位不抬高（以原设计为基准）。水库正常蓄水位及死水位不变。

4 优化设计思路

因嘉陵江洪枯水位变幅大，从而导致苍溪航电工程采用的开敞式泄洪闸较高，其正常蓄水位至坝顶高差为17.8 m，该段范围内闸墩工程量大，浪费严重。水力自控（液控）翻板门靠水压力及闸门自重自动启闭，作为挡、泄水建筑物，相对于泄洪闸具有工程投资省、工期短等优势。在我国应用多年，在中小型工程中普遍应用，是一项较成熟的技术，对苍溪航电枢纽工程的优化具有极大的价值。

5 优化设计内容

5.1 优化方案拟定

根据优化调整基本原则，本次优化调整后坝轴线总长保持不变，为515.70 m。为增加泄流前缘宽度，在确保厂房进水水流基本顺畅的基础上，厂房向左岸侧移动15.50 m，沿坝轴线方向总长度116.70 m不变，左岸土石坝段沿坝轴线方向总长度缩短15.50 m，总长96.00 m调整为73 m，另外原厂房基坑全年施工调整为厂房基坑枯期施工导流方案，故可取消原储门槽坝段，增加泄流前缘宽度18.50 m，枢纽总布置调整后泄流前缘总宽由原来的247.00 m变为283.00 m。

考虑枢纽运行的灵活及可靠，泄水建筑物应由泄洪冲沙闸及水力自控（液控）翻板门坝段共同组成。本专题依据上述优化基本原则中的淹没要求拟定了水力自控（液控）翻板门坝段分别和1、3、5、7孔泄洪冲沙闸组合共4个方案进行研究分析，成果见表1：

表1 优化方案组合

枢纽布置中，为提高工程运行的灵活性及可靠度，需要设置一定的泄洪冲沙闸，但是泄洪冲沙闸越多，工程造价越高。因此，综合考虑翻板门高度、工程投资、枢纽运行及导流方案的需要等，本专题选定3孔泄洪闸＋231.00 m水力自控（液控）翻板门坝段作为推荐方案。

5.2 翻板闸门高度选取

经初步分析，拟定了翻板闸门高度为6.50 m、7.0 m、7.50 m三个方案进行分析比较（见表2）。三种方案翻板坝段泄流前缘宽度为231.00 m，泄洪闸为3孔，每孔泄流前缘宽度为12.00 m，泄洪闸堰顶高程为363.00 m。泄洪闸及翻板闸泄流能力按无坎宽顶堰计算，计算公式如下：

式中 m——流量系数；

ε——侧收缩系数；

σs——淹没系数；

n——闸孔数；

b——闸孔净宽；

H0——堰上水头（包括行进流速水头）。

式中流量系数根据模型试验选取。

表2 翻板门高度比较水力学计算成果

各方案计算成果表明：随着水力自控翻板坝堰顶高程的降低，各频率洪水对应的上游水位也相应降低，翻板坝堰顶高程为366.50 m（门高6.50 m）时在两年一遇洪水上游库水位高于初设上游水位0.18 m，不能满足本次优化调整的基本原则，故该方案不宜采用。翻板坝堰顶高程分别为366.00 m（门高7.00 m）及365.50 m（门高7.50 m）时在各频率洪水上游库水位低于初设上游水位，能够满足本次优化调整的基本原则；根据我院收集的水力自控翻板坝工程实例，目前采用的水力自控（液控）翻板门高度不宜超过7.00 m，若门高增加至7.50 m，会增大水力自控翻板闸门的设计、制造、安装难度。综合以上因素，推荐水力自控翻板坝堰顶高程为366.00 m（门高7.00 m）。根据水库运行方式的要求，当来流量Q入库＞3 500 m3／s，需敞泄排沙，故本阶段推荐液压自控双作用翻板闸门。

5.3 优化后泄水建筑物布置

枢纽泄水建筑物采用3孔泄洪闸＋水力自控翻板坝方案布置，其中3孔泄洪闸布置在左岸漫滩部位，紧邻厂房；翻板坝段布置在主河道，经泄流能力计算，由3孔泄洪闸和231 m长水力自控翻板坝段组成，总长度为283.00 m。为提高电站运行的灵活性，翻板坝段安装23扇水力自控液控双作用翻板闸门。

3孔泄洪闸布置在左岸漫滩部位，泄洪闸为开敞式平底堰型，总宽度52.00 m，单孔净宽均为12.00 m，闸室顺水流方向长度均为30.00 m，闸室底板高程均为363.00 m，闸顶高程为390.80 m，最大闸高36.80 m（见图1）。

图1 枢纽布置示意

泄洪闸室下游设置48.00 m长的护坦，护坦顶面高程均为360.50 m，建基岩高程为358.00 m，厚2.5 m，下设反滤排水管。

泄洪闸工作闸门尺寸为12.00 m×10.50 m，3孔闸各设1扇工作闸门，工作闸门上游设检修闸门。工作闸门和检修闸门均采用平面叠梁门。3孔闸共用1扇检修门，工作闸门由固定式启闭机操作，检修闸门用移动式门机操作。

翻板坝总长231.00 m，设置1个分隔墩，翻板闸门尺寸为7 m×10 m（高×宽），共计23扇水力自控液控双作用翻板闸门，分为12个坝段，布置在左岸泄洪闸和右岸船闸之间的滩地及主河床。翻板坝采用低实用堰，坝体堰面顺水流长24.00 m，堰顶高程366.00 m。翻板坝底部上游侧均设有灌浆、排水廊道，廊道断面尺寸为2.50 m×3.50 m（宽×高），帷幕灌浆孔深约15.00 m。

翻板坝下游设置混凝土护坦，护坦底板顶高程347.00～360.50 m，厚度2.50 m，护坦下设反滤排水管，末端设防冲齿墙至新鲜基岩，齿墙后设大块石防冲槽。

初步设计阶段与优化设计阶段泄水建筑物特征对比见表3：