楊志勇，李 媛

(1.四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，成都，610072；2.四川西南廣廈建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，成都，610041)

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某水電站泄洪洞設(shè)計(jì)

楊志勇1，李 媛2

(1.四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，成都，610072；2.四川西南廣廈建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，成都，610041)

本文介紹了某電站泄洪洞總體布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并結(jié)合水工模型試驗(yàn)對結(jié)構(gòu)合理性進(jìn)行了驗(yàn)證。

泄洪洞 消力池 泄流量 水工模型試驗(yàn) 水電站

1 工程概況

某水電站泄洪洞布置在左岸，由導(dǎo)流洞后期改建而成，同時(shí)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(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核；消能防沖建筑物按30年一遇洪水設(shè)計(jì)。泄洪洞設(shè)計(jì)最大泄流量約為980m3/s。

2 地形地質(zhì)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(jìn)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(jìn)口段表層為崩坡積塊碎石土層，結(jié)構(gòu)松散，厚度0.5m～1m；其下為冰水積漂(塊)石砂卵礫石層，結(jié)構(gòu)密實(shí)，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(jiān)硬，巖體內(nèi)裂隙不發(fā)育，但風(fēng)化程度較強(qiáng)，強(qiáng)風(fēng)化水平深度12m～15m，弱風(fēng)化水平深度25m～35m，強(qiáng)、弱風(fēng)化巖體較破碎，局部呈碎塊狀。洞身段白云巖和砂質(zhì)板巖以弱風(fēng)化～微風(fēng)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(zhì)邊坡，巖性為白云巖，巨厚層狀，裂隙不發(fā)育，但風(fēng)化程度較高，完整性較差。強(qiáng)風(fēng)化層水平深度10m～15m，弱風(fēng)化層水平深度25m～35m，出口段多位于弱風(fēng)化層內(nèi)。

3 泄洪洞設(shè)計(jì)

3.1 泄洪洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

泄洪洞布置在左岸，由導(dǎo)流洞后期改建而成，由進(jìn)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(jìn)口高程2751.00m，出口高程2744.84m，全長436.76m(不包括消力池)。

進(jìn)口有壓段長度59.0m，前12m為進(jìn)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(jìn)口有壓段后設(shè)事故檢修閘門，閘室段長12m，流道中間設(shè)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(shè)20m長的方變圓漸變段，將過水?dāng)嗝嬗?2.7m×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(zhuǎn)彎段組成，轉(zhuǎn)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(kuò)散段、70m長消力池池身及尾坎段，其中泄槽擴(kuò)散段及部分池身段布置在洞內(nèi)，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(jié)構(gòu)布置見圖1。

圖1 泄洪洞平、剖面

3.2 水力學(xué)計(jì)算

3.2.1 泄流能力計(jì)算

根據(jù)泄洪洞結(jié)構(gòu)布置及孔口尺寸9m×5m(寬×高)，對泄洪洞泄流能力進(jìn)行計(jì)算，泄洪洞泄流能力受工作閘門孔口尺寸控制，其計(jì)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(jì)算見表1。

經(jīng)模型試驗(yàn)驗(yàn)證校核洪水位、設(shè)計(jì)洪水位試驗(yàn)值為995.1m3/s、962.52m3/s，均較計(jì)算值及設(shè)計(jì)值大，泄洪洞泄流能力滿足要求。

3.2.2 消能計(jì)算

泄洪洞為有壓孔口出流，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5166-2002)及《水力計(jì)算手冊》相關(guān)規(guī)定及計(jì)算公式，進(jìn)行校核、設(shè)計(jì)及消能設(shè)計(jì)等工況的消力池水力計(jì)算。

表1 泄洪洞水位流量關(guān)系表

消力池寬16m，其消能計(jì)算成果見表2。

表2 消力池水力計(jì)算成果

注：表中各工況下泄流量為設(shè)計(jì)值。

4 水力學(xué)模型試驗(yàn)

本次水力學(xué)模型試驗(yàn)主要是驗(yàn)證泄洪洞的泄流能力及消能，以論證泄洪洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4.1 泄流能力試驗(yàn)

泄洪洞泄流能力模型試驗(yàn)結(jié)果值與計(jì)算值比較表見表3。

表3 泄洪洞泄流能力計(jì)算值、試驗(yàn)值比較

注：流量偏差為正表示試驗(yàn)值大于設(shè)計(jì)值，為負(fù)表示試驗(yàn)值小于設(shè)計(jì)值。

由表可知：泄洪洞在校核洪水、設(shè)計(jì)洪水、消能洪水工況下試驗(yàn)值較設(shè)計(jì)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(yàn)量測了消力池內(nèi)的水深和坎頂流速，實(shí)測池內(nèi)水深見表4，消力池坎頂流速見表5，實(shí)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(nèi)沿程水深

表5 泄洪洞消力池坎頂流速

校核、設(shè)計(jì)、消能三種運(yùn)行工況下消力池內(nèi)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(shè)計(jì)洪水工況下，消力池內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足要求。

5 結(jié)語

本電站泄洪洞由導(dǎo)流洞后期改建而成，泄洪洞出口采用半窯洞式消力池進(jìn)行消能，消力池底板基礎(chǔ)全部位于條件較好的基巖上。通過水力學(xué)模型試驗(yàn)，論證了泄洪洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面工作?！?/p>