某水电站泄洪洞设计

2017-08-16杨志勇

四川水利 2017年4期

关键词：泄洪洞消力池孔口

杨志勇，李媛

(1.四川省水利水电勘测设计院，成都，610072；2.四川西南广厦建筑设计院有限责任公司，成都，610041)

某水电站泄洪洞设计

杨志勇1，李媛2

(1.四川省水利水电勘测设计院，成都，610072；2.四川西南广厦建筑设计院有限责任公司，成都，610041)

本文介绍了某电站泄洪洞总体布置及结构设计，并结合水工模型试验对结构合理性进行了验证。

泄洪洞消力池泄流量水工模型试验水电站

1 工程概况

某水电站泄洪洞布置在左岸，由导流洞后期改建而成，同时具有泄洪和放空水库的功能。电站为Ⅲ等工程，挡水及泄洪建筑物按50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核；消能防冲建筑物按30年一遇洪水设计。泄洪洞设计最大泄流量约为980m3/s。

2 地形地质条件

泄洪洞位于坝址区左岸山体斜坡部位，基本顺河床布置。进口段位于坝址区左岸山体斜坡DJ1堆积体前缘陡坎部位，进口段表层为崩坡积块碎石土层，结构松散，厚度0.5m～1m；其下为冰水积漂(块)石砂卵砾石层，结构密实，厚度6m～10m；冰水积漂(块)石砂卵砾石层之下为白云岩，巨厚层状，坚硬，岩体内裂隙不发育，但风化程度较强，强风化水平深度12m～15m，弱风化水平深度25m～35m，强、弱风化岩体较破碎，局部呈碎块状。洞身段白云岩和砂质板岩以弱风化～微风化岩体为主，洞顶山岩覆盖厚度均大于40m，成洞条件较好。出口段边坡坡度35°～45°，基岩裸露，为岩质边坡，岩性为白云岩，巨厚层状，裂隙不发育，但风化程度较高，完整性较差。强风化层水平深度10m～15m，弱风化层水平深度25m～35m，出口段多位于弱风化层内。

3 泄洪洞设计

3.1 泄洪洞结构设计

泄洪洞布置在左岸，由导流洞后期改建而成，由进口有压段、事故闸门井段、洞身有压段、工作闸门室段和出口消能等组成，并有交通洞与工作闸门操作室相通。进口高程2751.00m，出口高程2744.84m，全长436.76m(不包括消力池)。

进口有压段长度59.0m，前12m为进水喇叭口段，断面为矩形断面，宽度均为12.7m，顶板为1/4椭圆曲线，将喇叭口段高度由14m渐变为10m；其后47m范围为矩形段，断面尺寸为12.7m×10m(宽×高)。

进口有压段后设事故检修闸门，闸室段长12m，流道中间设隔墩，将流道一分为二，因此事故闸门为两孔，单孔尺寸为5m×10m(宽×高)。事故闸门井后设20m长的方变圆渐变段，将过水断面由12.7m×10m的矩形渐变为直径为10m的圆形。

洞身段由直线段及两平面转弯段组成，转弯半径为R=50m，采用钢筋混凝土衬砌，Ⅲ类、Ⅳ类围岩洞段的衬砌厚度分别为60cm、80cm。泄0+396.76～0+421.76m段为泄洪洞孔口圆变方渐变段及压坡段，孔口尺寸由直径10m的圆形断面渐变为9m×5m(宽×高)的矩形断面；孔口后15m(泄0+421.76～0+436.76m段)范围为工作闸门室，工作闸室段下游接消力池。

消力池包括25m长泄槽扩散段、70m长消力池池身及尾坎段，其中泄槽扩散段及部分池身段布置在洞内，消力池池宽为16m，消力池池深8.55m，底板高程为2742.28m；尾坎采用差动式，高坎高程为2750.83m，低坎高程为2746.56m。泄洪洞结构布置见图1。

图1 泄洪洞平、剖面

3.2 水力学计算

3.2.1 泄流能力计算

根据泄洪洞结构布置及孔口尺寸9m×5m(宽×高)，对泄洪洞泄流能力进行计算，泄洪洞泄流能力受工作闸门孔口尺寸控制，其计算公式为：

式中：Q——泄流量，m3/s；

μ——流量系数；

H——中心线上水头，m；

A——有压段出口断面面积，m2。

泄洪洞泄流能力计算见表1。

经模型试验验证校核洪水位、设计洪水位试验值为995.1m3/s、962.52m3/s，均较计算值及设计值大，泄洪洞泄流能力满足要求。

3.2.2 消能计算

泄洪洞为有压孔口出流，根据《溢洪道设计规范》(DL/T5166-2002)及《水力计算手册》相关规定及计算公式，进行校核、设计及消能设计等工况的消力池水力计算。

表1 泄洪洞水位流量关系表

消力池宽16m，其消能计算成果见表2。

表2 消力池水力计算成果

注：表中各工况下泄流量为设计值。

4 水力学模型试验

本次水力学模型试验主要是验证泄洪洞的泄流能力及消能，以论证泄洪洞结构设计的合理性，并进行相应的结构设计优化。

4.1 泄流能力试验

泄洪洞泄流能力模型试验结果值与计算值比较表见表3。

表3 泄洪洞泄流能力计算值、试验值比较

注：流量偏差为正表示试验值大于设计值，为负表示试验值小于设计值。

由表可知：泄洪洞在校核洪水、设计洪水、消能洪水工况下试验值较设计值偏差分别为1.54%、5.70%、5.54%，综合分析泄洪洞泄流能力满足要求。

4.2 泄洪洞出洞水流衔接及下游消能

试验量测了消力池内的水深和坎顶流速，实测池内水深见表4，消力池坎顶流速见表5，实测坎顶垂线平均流速在4.8m/s～6.3m/s之间。

表4 泄洪洞消力池内沿程水深

表5 泄洪洞消力池坎顶流速

校核、设计、消能三种运行工况下消力池内均能形成稳定水跃，跃首位置分别位于0+439.757m、0+442.257m和0+444.257m断面处。由于消力池出口处水面高于下游河道水位，出池水流有轻微跌落。在校核洪水和设计洪水工况下，消力池内水面波动峰值超过墙顶，部分水体间歇性溢过边墙。综合分析消力池结构设计满足要求。