肖桃李

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,湖北荊州434023)

魏文俊

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司,湖北宜昌443002)

導(dǎo)流洞進(jìn)出口圍堰往往由于圍堰下壓導(dǎo)致巖石開挖難度增加、施工工期緊張或爆破不完全等原因而無法拆除到預(yù)定高程,從而殘留部分圍堰,影響導(dǎo)流洞的分流能力,進(jìn)而對(duì)截流產(chǎn)生一定的影響[1]。為此,在對(duì)水電站截流模型進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí),針對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)出口施工圍堰拆除殘留巖埂對(duì)截流的影響研究是必不可少的。

瀑布溝水電站,是大渡河流域水電開發(fā)的控制性水庫之一,是一座以發(fā)電為主,兼有防洪、攔沙等綜合效益的特大型水利水電樞紐工程。工程截流期間,通過左岸2條導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流。當(dāng)主河床封堵時(shí),根據(jù)設(shè)計(jì)要求,導(dǎo)流洞進(jìn)出口施工圍堰分別拆除至677、670m,河水從1#、2#導(dǎo)流洞聯(lián)合過流,導(dǎo)流洞洞身為城門形斷面,寬13m、高16.5m,斷面面積201m2。1#導(dǎo)流洞洞長(zhǎng)926.43m,底坡5.4‰,2#導(dǎo)流洞洞長(zhǎng)1003.44m,底坡為5.0‰[2]。

1 模型設(shè)計(jì)

模型按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)為正態(tài)整體模型,長(zhǎng)度比尺為1∶70。模擬原型河段上游橋至下游橋,全長(zhǎng)約3200m(沿主流方向),其中壩軸線上游1200m,壩軸線下游2000m。模型的相關(guān)物理參數(shù):幾何比尺 λL=70;流速比尺 λV=8.637;時(shí)間比尺 λT=8.637;流量比尺 λQ=40996;糙率比尺 λN=2.030。模型采用1∶1000地形圖等高線法用水泥砂漿塑制高程700m以下岸邊及水下地形,導(dǎo)流洞采用有機(jī)玻璃塑制,糙率換算為原型0.0173[3]。截流拋投材料種類和規(guī)格如下:小石 (原型粒徑 0.2～0.4m)、中石 (原型粒徑 0.4～0.7m)、大石 (原型粒徑0.7～1.0m)、特大塊石 (原型粒徑1.0～1.3m)、15t砼四面體 (原型邊長(zhǎng)3.76m)、20t砼四面體 (原型邊長(zhǎng)4.14m)。

圖1 截流模型平面布置圖

模型布置見圖1。模型設(shè)置了8個(gè)固定測(cè)站測(cè)量河道沿程水位,測(cè)站位置如下:壩軸線上560m、壩軸線、壩軸線下340m、壩軸線下1300m、導(dǎo)流洞進(jìn)口、導(dǎo)流洞出口、戧堤上、戧堤下。

試驗(yàn)在截流戧堤龍口局部動(dòng)床上進(jìn)行,截流流量采用 Q=1000m3/s,非龍口段進(jìn)占流量Q=1340m3/s,裹頭保護(hù)流量Q=1490m3/s。截流戧堤采用上移方案,龍口段進(jìn)占采用雙向進(jìn)占、右岸為主方式,左右堤頭進(jìn)占長(zhǎng)度按1∶2控制,具體見圖2。進(jìn)口圍堰拆除按殘留巖埂1、2m 2種情況進(jìn)行,即進(jìn)口圍堰拆除高程分別為678、679m。出口圍堰拆除按殘留巖埂2m進(jìn)行,即出口圍堰拆除高程為672m。

圖2 截流戧堤雙向進(jìn)占程序圖

2 試驗(yàn)分析

2.1 殘留巖埂對(duì)截流終落差的影響

在主河道斷流,進(jìn)口施工圍堰拆除殘留巖埂分別為1m和2m,出口圍堰拆除殘留巖埂2m組合條件下,試驗(yàn)流量分別為750、1000、1500m3/s,試驗(yàn)結(jié)果見表1。試驗(yàn)過程表明,設(shè)計(jì)條件下,當(dāng)流量Q≥750m3/s時(shí),進(jìn)口圍堰頂面水流均為緩流;進(jìn)口圍堰殘埂1m、出口圍堰殘埂2m條件下,Q=750m3/s時(shí),進(jìn)口圍堰頂面水流為急流,巖埂后出現(xiàn)跌水現(xiàn)象,當(dāng)Q≥1000m3/s時(shí),進(jìn)口圍堰頂面水流均為緩流;進(jìn)口圍堰殘埂2m、出口圍堰殘埂2m條件下,Q=750m3/s時(shí),進(jìn)口圍堰頂面水流為急流,巖埂后跌水較明顯,當(dāng)Q=1000m3/s時(shí),進(jìn)口圍堰頂面局部產(chǎn)生較弱的跌水現(xiàn)象,當(dāng)Q=1500m3/s時(shí),進(jìn)口水流較平順,圍堰頂面水流為緩流。

表1 導(dǎo)流洞進(jìn)出口圍堰殘埂對(duì)截流圍堰閉氣后上游水位影響

通過表1中上游截流戧堤水位比較,有如下規(guī)律:相同流量下,進(jìn)口圍堰殘埂越高,戧堤水位越高且影響越大;進(jìn)出口圍堰相同拆除條件下,流量越小,對(duì)戧堤水位影響越明顯;進(jìn)口圍堰殘埂越高,流量越小對(duì)截流的影響越明顯。進(jìn)口圍堰殘埂1、2m與設(shè)計(jì)條件相比,Q=750m3/s時(shí),上游水位分別增加0.14、0.81m;Q=1000m3/s時(shí),上游水位分別增加0.02、0.23m;Q=1500m3/s時(shí),上游水位分別增加0.01、0.07m。因此,相對(duì)于截流流量Q=1000m3/s來講,進(jìn)口圍堰殘留巖埂1m對(duì)截流終落差未有明顯影響。

2.2 殘留巖埂對(duì)戧堤進(jìn)占合攏的影響

導(dǎo)流洞進(jìn)出口殘留巖埂的存在,必將對(duì)戧堤上游水位、龍口流速等有影響,對(duì)截流施工而言,無疑增大了施工的難度及不可預(yù)見性。試驗(yàn)中,設(shè)計(jì)截流流量Q=1000m3/s,進(jìn)口圍堰殘埂分別為1m和2m、出口圍堰殘埂2m 2種條件下龍口段進(jìn)占合攏過程中水力學(xué)參數(shù)以及與設(shè)計(jì)條件下試驗(yàn)參數(shù)比較,其截流的水力學(xué)變化參數(shù)見表2。由水力學(xué)參數(shù)表可看出,進(jìn)口圍堰殘埂1m、出口圍堰殘埂2m條件下龍口段進(jìn)占合攏過程中水力學(xué)參數(shù)與設(shè)計(jì)條件相比,上游水位增加0.05～0.58m,戧堤落差增加0.04～0.18m,均以B=35m時(shí)增加值最大;龍口最大流速增加0.09～0.30m/s,同樣是B=35m時(shí)增加值最大;進(jìn)口圍堰殘埂2m、出口圍堰殘埂2m條件下龍口段進(jìn)占合攏過程中水力學(xué)參數(shù)與設(shè)計(jì)條件相比,上游水位增加0.27～1.25m,戧堤落差增加0.14～0.97m,均以B=35m時(shí)增加值最大;龍口最大流速增加0.15～0.77m/s,同樣是B=35m時(shí)增加值最大。

表2 截流水力學(xué)參數(shù)表

2.3 殘留巖埂對(duì)戧堤進(jìn)占合攏拋投材料影響

根據(jù)表2的試驗(yàn)分析結(jié)果,進(jìn)口圍堰殘埂的存在,不僅使得上游水位增加、戧堤落差增加、龍口最大流速增加,而且,進(jìn)口圍堰殘埂的高度越大,對(duì)其影響越大,必將導(dǎo)致截流施工難度的增加和施工成本的增加等,為此,試驗(yàn)中進(jìn)行了戧堤進(jìn)占拋投料的統(tǒng)計(jì)分析,其分析結(jié)果分別見表3和表4。

表3 進(jìn)口圍堰殘埂1m時(shí)戧堤進(jìn)占拋投料使用情況表

表3的統(tǒng)計(jì)表明,當(dāng)進(jìn)口圍堰殘埂1m條件時(shí)龍口段進(jìn)占合攏過程中拋投石料總量27335m3,其中大石2169m3、中石6728m3、小石 18438 m3;流失總量 2434m3;而設(shè)計(jì)條件下拋投材料總用量25539m3,其中大石2767m3,中石5355m3,小石17417m3;流失料總量2147m3。表明拋投材料使用情況基本相同,拋投總量增加約1800m3,流失量也略有增加,進(jìn)占合攏過程中截流難度沒有明顯增加。

表4的統(tǒng)計(jì)表明,進(jìn)口圍堰殘埂2m條件下龍口段進(jìn)占合攏過程中拋投石料總量29212m3,其中特大塊石111m3、大石5089m3、中石6640m3、小石17372m3;與設(shè)計(jì)條件相比拋投總量增加約6300m3,并且大大增加了大石和特大塊石的用量;另外,戧堤下游側(cè)流失料形成的舌狀體平臺(tái)寬度約32m、長(zhǎng)度39m,與設(shè)計(jì)條件相比 (舌狀體平臺(tái)寬度約17m、長(zhǎng)度18m)舌狀體平臺(tái)范圍明顯加大,流失量明顯增加,流失總量為4891m3,占總拋投量17%。同時(shí)流失的中石最遠(yuǎn)可到達(dá)防滲墻軸線附近 (戧堤軸線下140m處)對(duì)防滲墻施工產(chǎn)生不利影響。

表4 進(jìn)口圍堰殘埂2m時(shí)戧堤進(jìn)占拋投料使用情況表

[1]孟鳴,容曉,王志新.導(dǎo)流洞進(jìn)口圍堰殘埂對(duì)截流的影響研究[J].廣東水利水電,2009,9:14-15.

[2]程明.大渡河瀑布溝水電站截流施工 [J].湖北水利發(fā)電,2008,76(3):48-51.

[3]劉珊燕,劉力中,車清權(quán).瀑布溝水電站寬戧堤截流水工模型試驗(yàn)及應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江,2010,41(2):25-27.