瀑布溝水電站泄洪洞設(shè)計(jì)

瀑布溝水電站泄洪洞設(shè)計(jì)

布溝設(shè)計(jì)樞紐主要由水庫、旁路、排水孔、懸索、旁路、地下車間系統(tǒng)組成。深孔無壓泄洪洞布置于左岸地下廠房內(nèi)側(cè)花崗巖體內(nèi),洞線順直,方位角為N60°30′W,泄洪洞由進(jìn)口、洞身(含補(bǔ)氣洞)、出口等三部分組成。進(jìn)口為岸塔式,洞身段長約2024.82m,采用同一底坡,坡度為0.058,最大泄量3418m3/s,最大流速約40m/s,扭曲斜切挑流鼻坎位于瀑布溝溝口附近,挑流水舌沖坑靠河床左岸。隧洞沿線設(shè)有摻氣槽,在(泄)0+931樁號處設(shè)置一補(bǔ)氣洞。1洪水岸坡結(jié)構(gòu)主要分為表孔或市瀑布溝工程壩址處河谷狹窄,洪水流量大,擋水大壩高186m,具有“高水頭、大泄量、窄河谷”的特點(diǎn)。泄洪建筑物由岸邊溢洪道和1條深孔泄洪洞組成,泄洪建筑物均設(shè)在河流左岸,其布置的基本原則為:(1)采取分散泄洪、消能措施,避免對河床造成集中沖刷。(2)水庫泄洪頻繁,要求泄洪建筑物運(yùn)行安全、可靠、靈活。表孔溢洪道有較大的超泄能力,運(yùn)行安全可靠,應(yīng)優(yōu)先設(shè)置。(3)在泄洪消能區(qū)的右岸岸坡高出河水面約60m處有成昆鐵路通過,泄洪消能不能危及鐵路路基的安全,并要解決“霧化”對鐵路運(yùn)行的影響問題。(4)地下廠房尾水出口設(shè)于左岸,應(yīng)力求減小泄洪消能對尾水的影響。2泄洪洞塔式根據(jù)上述原則,泄洪洞布置于左岸,泄洪洞進(jìn)口位于左岸電站進(jìn)水口上游約300m處,出口位于瀑布溝溝口上游側(cè),洞軸線與左岸岸坡夾角較小。泄洪洞出口位于廠房尾水下游200m左右,與溢洪道出口相距約950m,泄洪消能較為分散,且對尾水影響較小。泄洪洞由塔式進(jìn)水口、洞身(含補(bǔ)氣洞)、出口挑坎三部分組成。隧洞沿線山體雄厚,洞室垂向埋深一般在180~330m,圍巖以中粗?；◢弾r為主,出口挑坎段為流紋斑巖,沿線無大的斷層或控制性軟弱結(jié)構(gòu)面分布,僅隧洞末端沿花崗巖與流紋斑巖接觸界面為F1斷層切割。2.1圍巖巖體及工作門進(jìn)水口包括進(jìn)口引渠及進(jìn)口岸塔。進(jìn)口引渠中心線長約54m,底板高程793.0m,邊墻采用單側(cè)約5°的收縮角,岸塔行近段寬22m。根據(jù)地形、地質(zhì)條件,采用岸塔式進(jìn)口,塔頂高程856.0m,塔體尺寸52m×22m×67m(長×寬×高),置于弱風(fēng)化、弱卸荷的花崗巖巖體上,巖體呈塊裂結(jié)構(gòu),為Ⅳ類圍巖。最大開挖邊坡高度122m。進(jìn)口孔口采用有壓短管式,頂板采用橢圓曲線,曲線方程為x2/162+y2/52=1,兩側(cè)邊墻曲線方程為x2/162+y2/42=1。進(jìn)口岸塔內(nèi)設(shè)事故檢修閘門和工作閘門各一道,事故檢修閘門尺寸為11m×14m(寬×高),工作閘門為弧形閘門,孔口尺寸為11m×11.5m(寬×高),其間采用1∶4的水流壓板。進(jìn)口塔順?biāo)飨蜷L52m,考慮沖刷、磨損、氣蝕等因素,工作閘門過水表面采用16MnR鋼材襯護(hù),并進(jìn)行接觸灌漿。塔身下部27m三面嵌固于花崗巖地基中。塔頂接通過壩頂?shù)臐h源縣城至烏斯河車站公路。2.2工作洞型無壓隧洞洞身段長約2024.82m,洞身段采用同一底坡,坡度為0.058。圍巖以次塊狀、鑲嵌結(jié)構(gòu)為主,主要為Ⅲ類圍巖,其次為Ⅱ類,Ⅳ類圍巖僅分布于進(jìn)出口段及受F1斷層影響的洞段。為了防止氣蝕,在洞身400m以后沿途設(shè)置摻氣設(shè)施,摻氣設(shè)施間距200m。泄洪洞斷面形式為圓拱直墻式,寬12m,洞高15~16.5m。根據(jù)位置及圍巖條件采用不同的襯砌形式:(泄)0+200上游洞段,內(nèi)寬12m,直墻高13m,頂拱半徑6.893m,高3.5m,中心角120°1′17.58″,采用全斷面鋼筋混凝土襯砌,襯砌厚度1.05m;(泄)0+200下游洞段,Ⅱ、Ⅲ類圍巖頂拱采用錨噴支護(hù),邊墻和底板采用0.5m厚的鋼筋混凝土襯砌,Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用全斷面鋼筋混凝土襯砌,襯砌厚度1.35~1.85m;(泄)0+200~0+500段,邊墻高12.5m,(泄)0+500下游洞段邊墻高11.5m?？紤]到地下水位較高,采用深固淺排的方法減少襯砌外水壓力,因此,對全斷面鋼筋混凝土襯砌段周邊進(jìn)行固結(jié)灌漿,洞頂進(jìn)行回填灌漿,全洞段頂拱設(shè)置排水孔?？紤]施工期泄洪洞將作為連接上下游的交通洞,對于洞口圍巖條件較差段需進(jìn)行鎖口處理。在(泄)0+931樁號處設(shè)置一補(bǔ)氣洞,與地表相通,補(bǔ)氣洞采用城門洞形,內(nèi)寬5.5m,高8.5m,補(bǔ)氣洞進(jìn)口高程752.25m,總長480m,最大風(fēng)速60m/s。2.3地基穩(wěn)定性分析泄洪洞出口位于瀑布溝溝口上游,隧洞出口接挑流消能工,挑坎形式為扭曲斜切鼻坎。出口地基由流紋斑巖組成,巖石硬且脆,地基穩(wěn)定條件較好。過水寬度由12m變?yōu)樘艨材┒说?4.05m。左、右邊墻長度分別為43m和55.34m,反弧半徑96.12m,挑角30°,出口挑坎起挑高程677.89m,末段左、右墻根高程分別為690.44m和685.32m。挑流鼻坎建基高程674.04m。對鼻坎基巖基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿及排水處理,挑流水舌沖坑靠河床左岸。3混凝土澆筑工藝瀑布溝水電站泄洪洞最大流速為40m/s,泄流量大,流速高,襯砌表面易空蝕破壞,另外,泄洪時還有可能滑入或帶入異物,造成過流面的磨損破壞,為此,采取了如下減免空蝕的工程措施:(1)沿程設(shè)置摻氣設(shè)施。泄洪洞沿程最小水流空化數(shù)為0.254,參考布格和蔣賽廷判別標(biāo)準(zhǔn),需要設(shè)置摻氣設(shè)施。從隧洞0+400樁號起,沿程每隔200m設(shè)置一道人工摻氣坎,共設(shè)8道。摻氣坎采用“梯形坎槽+緩坡平臺+局部陡坡”形式,摻氣坎起挑坎兩側(cè)坎高1.0m,中間坎高0.2m,挑坎長15.06m;緩坡平臺長10.44m,陡坡長5.53m,坡比1∶4.076。(2)過流面采用高強(qiáng)抗蝕耐磨混凝土。按流道過流流速,分部位對襯砌材料提出要求:無壓洞段的邊墻和底板襯砌采用C50硅粉抗磨蝕混凝土;頂拱襯砌采用C25普通混凝土。針對瀑布溝泄洪洞流速高、運(yùn)行頻繁的特點(diǎn),在綜合考慮混凝土的抗磨蝕性能、抗裂性以及經(jīng)濟(jì)性的原則下,確定設(shè)計(jì)齡期為90d,配制強(qiáng)度為56.4MPa。對于泄洪洞水流流速較高的建筑物,配合比宜采用:中熱42.5水泥+硅粉(摻量≤5%)+I級粉煤灰+聚丙烯纖維(或礦物纖維)+聚羧酸外加劑(優(yōu)選減縮型)。(3)控制過流面不平整度。要求進(jìn)口及(泄)1+400以前洞身段不平整度小于6mm,(泄)1+400以后隧洞及出口段不平整度小于3mm。(4)硅粉混凝土的溫控防裂。根據(jù)對多個已建工程泄洪洞、導(dǎo)流洞高強(qiáng)硅粉混凝土出現(xiàn)表面溫度裂縫的情況分析,以及瀑布溝泄洪洞溫控計(jì)算成果,認(rèn)為高強(qiáng)混凝土澆筑時的入倉初始溫度是關(guān)鍵,其次是混凝土配合比和材料的優(yōu)化,同時還應(yīng)及時做好養(yǎng)護(hù)。由于現(xiàn)場無制冷系統(tǒng),對硅粉混凝土入倉溫度15℃的要求實(shí)施難度較大,因此,在無制冷系統(tǒng)條件下,提出了泄洪洞混凝土澆筑溫控防裂的初步措施為:(1)普通混凝土入倉澆筑溫度不宜高于25℃,硅粉混凝土入倉溫度應(yīng)低于20℃。(2)頂拱采取噴水保濕養(yǎng)護(hù),邊墻采取淋水養(yǎng)護(hù),底板采取蓄水養(yǎng)護(hù),所有混凝土表面均用保水材料如草袋或麻袋覆蓋。對于厚度大于0.5m的襯砌段,內(nèi)設(shè)冷卻水管降溫,淋水、蓄水養(yǎng)護(hù)時間不宜少于14d,濕養(yǎng)護(hù)時間不少于28d。(3)混凝土拌和用水采用黑馬地下水,水溫低于16℃,混凝土拌和用水泥溫度應(yīng)低于65℃,夏季骨料場應(yīng)加蓋遮蔭,對骨料采取淋水或?yàn)⑺鋮s、預(yù)濕,洞壁澆筑前用水冷卻和預(yù)濕。(4)避免在高溫時間(例如中午、太陽很大等)澆筑,冬季洞口用草席、帆布封堵,避免冷空氣對流,注意混凝土表面的保溫。(5)隧洞澆筑段不宜大于8m,大于0.5m厚的襯砌段避免在高溫季節(jié)澆筑。(6)注意減少混凝土表面氣孔,施工過程中避免過振、漏振,防止模板漏漿。施工過程中加強(qiáng)對底板混凝土的保護(hù)。4洪水、水庫水質(zhì)確定泄洪建筑物按重現(xiàn)期500年洪水設(shè)計(jì)、最大可能洪水校核。經(jīng)過對相似工程泄洪沖刷和霧化防護(hù)工程的設(shè)計(jì)及運(yùn)行狀況調(diào)研,以及對本工程調(diào)洪方案的詳細(xì)研究,結(jié)合本工程泄洪對下游各影響對象的防護(hù)要求,確定本工程按泄洪洞下泄100年一遇洪水工況(相應(yīng)最大下泄流量為2000m3/s)進(jìn)行防護(hù)工程設(shè)計(jì)。相應(yīng)入庫洪水流量為8230m3/s,控泄出庫流量為7900m3/s。當(dāng)來水量為100年一遇洪水和水庫水位為850.0m時,水庫按7900m3/s控泄。為減輕泄洪洞泄洪霧化對成昆鐵路的影響,其中溢洪道控泄4500m3/s,泄洪洞控泄2000m3/s,機(jī)組過流1400m3/s。泄洪洞整體水工模型試驗(yàn)成果為:下泄洪水流量為3212m3/s時,左側(cè)岸邊回流流速6.91m/s,右側(cè)回流流速5.13m/s,右岸間隙性水浪最大爬高5.4m;下泄洪水流量為3029m3/s時,河床最大沖坑深度31.9m。霧化數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果為:控泄流量Q=2000m3/s時,雨強(qiáng)大于20mm/h的縱向長度為661m。因此,下游霧化防護(hù)范圍按控泄流量2000m3/s,雨強(qiáng)大于20mm/h,并結(jié)合模型試驗(yàn)沖刷成果控制。為防止泄洪時回流及強(qiáng)濺水對河道岸坡和公路的淘刷、脈動破壞,對順河向865m范圍內(nèi)的河岸及690.0m高程的低線公路進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。4.1路—出口兩岸岸坡的防護(hù)設(shè)計(jì)泄洪洞出口河道右岸(大渡河右岸)低線公路及邊坡處于沖刷及霧化強(qiáng)降雨范圍,此地層表面為覆蓋層和人工堆積,下層為階地沖積物,均不能承受強(qiáng)降雨作用。防護(hù)設(shè)計(jì)將公路路基以下覆蓋層挖除后回填混凝土,達(dá)到既保護(hù)巖面、防止沖刷,又可形成公路路基的目的。利用下游廠房交通洞口到泄洪洞出口的簡易公路進(jìn)行泄洪洞檢修。公路路基及河床岸坡順河向總長約494m,路基寬4m,路面采用厚30cm的C30混凝土。公路路基以上邊坡清除覆蓋層至基巖,清除松動巖體,并采用掛網(wǎng)噴混凝土和錨桿支護(hù)。4.2重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域計(jì)算結(jié)果出口沖刷區(qū)河段水面寬120~140m,枯水位674.0m,水深6~12m,河床覆蓋層厚45~63m,天然岸坡相對較陡,平均坡度大于60°,兩岸基巖裸露,常形成幾乎直立的陡壁。在泄洪洞下游右岸一側(cè),740.0m高程有成昆鐵路和尼日車站,690.0m高程還有一永久改線公路;左岸有電站進(jìn)廠交通洞洞口建筑物、電站尾水出口建筑物和泄洪洞出口維護(hù)公路及瀑布溝大橋。根據(jù)霧化數(shù)學(xué)模型的計(jì)算成果,位于河道岸坡與右岸690.0m高程處的低線公路和左岸泄洪洞出口維護(hù)公路處于濺水雨區(qū)和強(qiáng)暴雨區(qū),雨強(qiáng)大于100mm/h,霧化危害嚴(yán)重;泄洪洞控泄流量為2000m3/s時,成昆鐵路、瀑布溝大橋不在大暴雨區(qū),只有低線公路與成昆鐵路之間的部分山體位于霧化大暴雨區(qū)內(nèi),雨強(qiáng)大于50mm/h;左岸電站尾水出口位于泄洪洞出口上游,受泄洪霧化降雨的影響較小。鑒于泄洪洞泄洪霧化區(qū)防護(hù)范圍廣、工作量大,針對泄洪洞霧化對相關(guān)工程建筑物安全產(chǎn)生的影響,分區(qū)、分部位、分階段開展防護(hù)設(shè)計(jì)。防護(hù)處理的總原則可概括為封閉、錨固、護(hù)面以及排水等措施相結(jié)合。對霧化影響區(qū)邊坡,結(jié)合雨強(qiáng)大小、工程部位、工程地質(zhì)條件進(jìn)