dapein水電站導流設(shè)計

dapein水電站導流設(shè)計

1廠區(qū)廠區(qū)dapin（）水庫位于緬甸東北部克欽邦（kasin）邊境，靠近中緬邊境。工程區(qū)上游為中國云南省德宏傣族景頗族自治州盈江縣,壩址所在地距中緬第37號界樁約2.5km。DAPEIN(Ⅰ)水電站以發(fā)電為唯一開發(fā)目標,所發(fā)電量回送中國境內(nèi)。工程規(guī)模為中型,工程等級為Ⅲ等,水庫正常蓄水位255.00m,死水位250.00m,壩址控制流域面積6010km2,裝機4×60MW,保證出力30.05MW,多年平均發(fā)電量10.7億kW·h。本水電站為引水式電站,主體建筑物包括:首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐。其中首部樞紐由混凝土重力壩(包括沖沙泄洪孔、排漂孔、溢流壩段和非溢流壩段)、下游消力池、電站進水口、左岸導流隧洞等建筑物組成;引水系統(tǒng)由有壓引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道等組成;廠區(qū)樞紐由電站廠房、升壓站等組成。攔河壩采用混凝土重力壩,最大壩高45.50m,正常蓄水位255.00m,設(shè)計洪水位(P=2%)255.00m,校核洪水位(P=0.2%)256.06m,壩頂高程257.50m,壩軸線處壩頂全長204m。本水電站布置兩條引水隧洞,每條隧洞洞徑8m,總引用流量386m3/s(單機引用流量96.5m3/s),Ⅰ#引水隧洞長3299.282m,Ⅱ#引水隧洞長3342.214m,調(diào)壓井內(nèi)徑均為16m。電站廠房位于壩址下游約3.9km處的河灘地上,此處地勢平坦,適宜于布置廠區(qū)各種建筑物。電站廠區(qū)主要建筑物:主廠房、副廠房、110kVGIS室和500kV戶外升壓開關(guān)站等。2排水條件2.1“v”型谷DAPEIN(Ⅰ)水電站庫區(qū)河段總體由北東流向南西,河流近直線,在壩址附近約為弧形。河谷一般為大體對稱的“V”型谷,一般河槽深切,水面狹窄。庫區(qū)谷坡一般40°~50°之間,局部較陡達60°左右。工程區(qū)出露的地層為深變質(zhì)巖系,巖性為眼球狀混合片麻巖、花崗質(zhì)混合片麻巖及黑云角閃斜長片麻巖和條帶狀混合片麻巖、黑云斜長變粒巖、角閃巖等,另外分布有燕山期的花崗巖,以巖墻或巖床的形式侵入。2.2氣候區(qū)空氣運移特征Dapein江流域地處高黎貢山區(qū)域,屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū),主要受西南暖濕氣流和西部干暖氣流的影響,水汽十分充沛。降水量年內(nèi)分配不均,主要集中在5~10月,該時期降水量約占全年降水量的88%(見表1和表2)。3標準的引導基準3.1流護墻設(shè)計本工程等級為Ⅲ等,主要建筑物為3級,次要建筑物為4級。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL303-2004)規(guī)定,當永久建筑物為3級、4級時,導流建筑物級別為5級,對應土石結(jié)構(gòu)導流建筑物洪水標準為重現(xiàn)期10年~5年。首部樞紐施工導流分為初期導流、壩體度汛導流兩個階段。3.2年發(fā)酵時期風壓的影響本工程首部樞紐采用枯水期全斷面圍堰擋水,隧洞導流。根據(jù)大壩施工強度及進度計劃、工程區(qū)水文特性及導流隧洞工程造價等因素,比較各個枯水時段洪峰流量,導流時段采用12月~次年4月。本工程位于緬甸山區(qū),下游村莊及人口稀少,擋水壩為混凝土結(jié)構(gòu),允許壩面臨時過水,堰前庫容較小,圍堰失事后的損失和加大導流標準而增加的工程費用相比,失事后的損失較小,因此本工程采用重現(xiàn)期5年洪水標準,相應5年一遇,12月~次年4月設(shè)計洪峰流量為Q=429m3/s。3.3壩體臨時度災設(shè)計本工程位于峽谷地段,庫容較小,總庫容為0.048×108m3,攔洪度汛庫容為0.016×108m3。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL303-2004)規(guī)定,混凝土壩壩前攔洪庫容小于0.1×108m3時,壩體臨時度汛洪水標準為重現(xiàn)期20年~10年,因為本工程攔洪庫容過小,因此采用規(guī)范推薦值的下限,度汛標準采用重現(xiàn)期10年全年洪水,相應設(shè)計洪峰流量為Q=2820m3/s。4流量規(guī)劃和流量規(guī)劃4.1施工高導向性本工程壩址處河道地形為“V”形河谷,兩岸無河灘、臺地可以利用,右岸為凹岸,左岸為凸岸。首部大壩為混凝土重力壩,工程為引水式開發(fā),可利用枯水期進行施工。結(jié)合地形、地質(zhì)、首部主體建筑物布置等因素,綜合考慮,本工程首部樞紐施工導流采用枯水期全斷面圍堰一次攔斷河水,左岸導流隧洞泄流的導流方案,汛期由壩體預留缺口、沖沙泄洪底孔和左岸導流隧洞聯(lián)合泄流。首部樞紐導流布置平面圖見圖1。4.2壩體施工管理根據(jù)本工程施工總進度計劃,2008年11月中旬前,原河床過流,施工左岸導流隧洞和兩岸壩肩開挖;2008年11月下旬截流;2008年12月至2009年4月,上、下游土石圍堰擋水,導流隧洞過流,進行壩基開挖和壩體混凝土澆筑。2009年5月至2009年11月,導流隧洞、沖沙泄洪底孔、溢流壩段預留缺口(寬79m,底高程237.50m)聯(lián)合泄流,局部壩體混凝土澆筑。2009年12月至2010年4月,繼續(xù)壩體混凝土澆筑和閘門安裝。2010年5月至2010年6月汛期,壩體閘孔過流,壩頂輔助設(shè)施施工(見表3)。5建筑物的注入5.1導波洞5.1.1ktf置高地地質(zhì)條件在滿足樞紐建筑物總布置要求的前提下,導流隧洞的布置主要考慮地形地質(zhì)條件、分流條件、洞內(nèi)水力條件、施工條件、與臨近建筑物的相對關(guān)系等因素,以與水工樞紐布置相協(xié)調(diào),減少導流隧洞長度,減少工程投資為原則。5.1.2巖、花崗質(zhì)片麻巖隧洞沿線穿越巖層為元古界高黎貢山群第三段之變質(zhì)巖系,其巖性為眼球狀角閃斜長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖,夾條帶狀混合片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖,片麻理走向與隧洞軸線的交角均較大,有利于洞身穩(wěn)定。隧洞進口段分布有Ⅲ級結(jié)構(gòu)面F208斷層,明渠段分布有Ⅲ級結(jié)構(gòu)面F201斷層。隧洞洞身巖體較新鮮堅硬,一般為弱風化下部~微新巖體,進口段為弱風化上部巖體,但是隧洞上覆巖體厚度較薄,均小于3倍洞徑,且局部巖體質(zhì)量較差,呈強風化狀,巖性軟弱。地下水位高于隧洞的設(shè)計頂高程,洞室一般為潮濕~滴水狀。5.1.3英美法系明渠段導流隧洞原設(shè)計方案為后期改建的沖沙洞,后根據(jù)模型試驗研究,利用導流隧洞改建為沖沙洞的排沙能力很有限,因此取消了改建導流隧洞為沖沙洞的設(shè)計方案,導流隧洞僅承擔導流任務,后期封堵。導流隧洞全長423.41m,包括進口明渠段、洞身段、出口明渠段。導流隧洞進口明渠長89.73m,梯形斷面,底凈寬8.234m,底高程227.5~225.0m,底坡i=2.8%,在進口明渠末端設(shè)置有3.5m長的漸變段,有利于進口明渠與隧洞進口的平順銜接。洞身段長245.63m,進口底板高程225.00m,出口底板高程222.05m,縱坡1.2%。全長采用鋼筋混凝土襯砌,標準過流斷面為直徑7m的圓形,過水面積38.47m2。進口長16.05m范圍為漸變段,洞身進口直線段長138.56m,轉(zhuǎn)彎段長51.02m,轉(zhuǎn)彎半徑74.29m,轉(zhuǎn)角39°,出口直線段長40m。導流隧洞出口明渠長88.05m,梯形斷面,擴散角6°,底寬7.0~19.29m,底高程222.05~219.00m,底坡i=3.5%。5.2壩前度概況及工程施工安排沖沙泄洪底孔位于9#壩段,閘室采用胸墻式結(jié)構(gòu),共1孔,閘室前沿總寬度13m,進口底板高程225.00m,進口尺寸為7.0m×7.0m,出口胸墻底高程232.0m。閘室順水流方向長度55.8m。閘墩為實體式,其前部墩頂高程為257.5m,后部為244.0m。根據(jù)大壩度汛要求及澆筑施工安排,2009年4月30日,6#、7#、8#、9#壩段澆筑至237.5m高程,預留缺口寬度79m,壩前度汛水位為243.9m,汛前根據(jù)大壩實際澆筑形象調(diào)整壩前度汛水位。大壩攔洪度汛上游立視圖詳見圖2。5.3排水并關(guān)閉5.3.1壩上地區(qū)基巖沖積物上游圍堰布置在壩軸線上游約70m處。根據(jù)鉆探成果,沖積層一般厚6~9m,由卵石、漂石為主構(gòu)成。左、右岸接近堰頂高程的緩坡臺地上有厚約5~8m的堆積物覆蓋在基巖面上,由漂、塊、孤石夾砂質(zhì)粉土構(gòu)成,河床沖積層及左、右岸堆積物均為強透水層。下游圍堰布置在壩軸線下游約100m處,右岸地層結(jié)構(gòu)較均一,基巖裸露,左岸處在階地之上,地形平緩,河床沖積物厚約9m,階地沖積物厚約11m。右岸堰基為弱風化基巖,河床及左岸均填筑于沖積層上,沖積層為強透水層。5.3.2圍堰設(shè)計方案根據(jù)堰址所處地形地質(zhì)條件,本工程圍堰難點為堰基防滲。堰基防滲主要有水平防滲和垂直防滲兩種型式,本工程重點比較了水平粘土鋪蓋防滲、灌漿垂直防滲兩種型式。粘土鋪蓋作為堰基防滲的優(yōu)點:施工速度快,拋填粘土與圍堰填筑可同時施工,圍堰閉氣時間短。粘土鋪蓋作為堰基防滲的缺點:拋填粘土質(zhì)量難以保證,滲水量較大,圍堰基礎(chǔ)滲透穩(wěn)定難有可靠保證。灌漿垂直防滲的優(yōu)點:灌漿施工工藝成熟,防滲效果較有把握,滲水量小;缺點:灌漿施工與圍堰填筑施工干擾較大,灌漿施工時間較長,閉氣時間較長。經(jīng)對不同圍堰型式方案比較,參考其它類似工程圍堰設(shè)計經(jīng)驗,在可研設(shè)計階段,圍堰選定為粘土斜墻加粘土鋪蓋的土石圍堰型式,后期考慮到河床砂卵石層較厚,透水性強,圍堰基礎(chǔ)滲透穩(wěn)定無可靠把握等因素,將圍堰型式改為粘土斜墻加控制性帷幕灌漿防滲。上游圍堰堰頂高程240.00m,頂寬6.00m,堰頂全長118.11m,覆蓋層以上堰體最大高度15.50m。上游面236.0m高程以上邊坡坡度為1∶2.0,236.0m高程以下坡度為1∶1.5;下游面邊坡坡度為1∶1.5,在高程233.00m處設(shè)有寬20.96m的馬道,作為控制性帷幕灌漿施工平臺和連接兩岸的施工臨時道路。堰體采用在兩個戧堤之間拋填粘土斜墻防滲,粘土斜墻水下部分邊坡為1∶2.5,水上部分為1∶0.13,斜墻頂寬2.0m。截流戧堤位于圍堰軸線上游7.01m處,戧堤頂高程236.00m,頂寬8.00m,上下游坡比均為1∶1.5。上游圍堰典型剖面圖見圖3。下游圍堰堰頂高程225.50m,堰頂寬度19.19m,堰頂長度96.04m,最大堰高5.5m,上游坡度1∶1.25,下游坡度1∶1.5?？刂菩葬∧还酀{施工平臺設(shè)置于堰頂,堰頂兼做連接兩岸的施工臨時道路。粘土斜墻拋填邊坡為1∶2,斜墻頂寬2.0m,在斜墻背水面鋪設(shè)0.8m厚的砂礫石反濾層,在下游迎水面設(shè)有不小于0.8m厚的石渣護坡。由于下游圍堰較小,填筑量不大,所以戧堤高程與堰頂高程齊平,頂高程為225.50m,寬度6m,上游坡比1∶1.25,下游坡比1∶1.5。下游圍堰典型剖面圖見圖4。6模擬的輸入模型試驗6.1高水管流方案驗證水利水電工程導流設(shè)計,僅僅憑借水力學計算來確定施工水力要素不夠可靠;理論計算總是難以真實反映天然河道和水工建筑物復雜的邊界情況。因此,為了工程安全,本工程對導流方案通過水工模型試驗加以驗證;通過水力學模型試驗,進一步掌握和了解主體工程施工期該導流方案各項水力條件,驗證并觀測導流隧洞的泄流能力、流態(tài)等;驗證圍堰擋水高程的合理性以及圍堰的抗沖安全性,并提供修改建議意見和相應措施。6.2試驗結(jié)論6.2.1游圍堰水位在設(shè)計流量Q=429m3/s下,上游圍堰實測堰前水位為238.90m,比理論計算上游圍堰設(shè)計擋水位238.50m高0.4m,建議上游圍堰加高0.5~1.0m。在設(shè)計流量Q=429m3/s下,下游圍堰實測堰前水位為221.80m,根據(jù)天然河道水面線推算的下游堰前水位為224.5m,比實測水位高2.7m。水流從導流隧洞出口泄出后,主流方向與下游圍堰軸線方向基本平行,水流以較大的流速直接經(jīng)彎道流向下游。由于下游天然河床水位流量關(guān)系資料較少,且模型試驗下游控制水位是根據(jù)水力學計算推算出來,從安全角度考慮,不建議降低下游圍堰的堰頂高程。6.2.2立軸渦流影響下的回流隧洞發(fā)育由于導流隧洞進口上游水頭較小,容易在進口處產(chǎn)生立軸漩渦。立軸漩渦將空氣體帶入導流隧洞內(nèi),減小了過水面積,對導流隧洞的泄流能力有一定影響。導流隧洞泄流能力的試驗數(shù)據(jù)見表4。由表4可知,導流隧洞的泄流能力滿足設(shè)計要求。6.2.3主要沖刷處理上游圍堰堰前流速很小、水流平穩(wěn),有微弱的回流現(xiàn)象,微電腦流速儀實測讀數(shù)為零;工況Q=429m3/s時,導流隧洞進口平均流速4.79m/s,上游行近流速1.12m/s。下游圍堰堰前水位很低,工況Q=429m3/s時,下游圍堰堰前水位221.8m;導流隧洞出口最大流速11.04m/s,堰腳回流流速1.20m/s,不存在沖刷問題。因此,上、下游圍堰都不需要進行特殊的防沖刷處理。經(jīng)試驗論證,DAPEIN(Ⅰ)水電站