任良龍，周竟平，王亞芬

(北大荒農(nóng)業(yè)股份有限公司慶豐分公司，黑龍江慶豐 158421)

雙峰水庫(kù)工程位于農(nóng)墾牡丹江管理局海林農(nóng)場(chǎng)，樞紐工程等級(jí)為中級(jí)(Ⅲ)型工程。

1 雙峰水庫(kù)導(dǎo)流工程簡(jiǎn)介

雙峰水庫(kù)采用圍堰一次斷流、右岸兩條導(dǎo)流洞泄流的全年導(dǎo)流方式，每條導(dǎo)流隧洞進(jìn)口用中墩分隔成兩個(gè)孔口。導(dǎo)流時(shí)段分為初期、中期、后期3個(gè)階段:

1)初期導(dǎo)流時(shí)段上、下游圍堰全年擋水，導(dǎo)流洞聯(lián)合泄流。

2)中期導(dǎo)流時(shí)段壩體臨時(shí)斷面擋水，導(dǎo)流洞聯(lián)合泄流。

3)后期導(dǎo)流時(shí)段壩體擋水，導(dǎo)流洞擬在牡丹江管理局年11月上旬下閘，下閘后由左、右岸沖沙底孔泄流。牡丹江管理局年6月，水庫(kù)永久泄水建筑物投入運(yùn)行，水庫(kù)達(dá)到防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 導(dǎo)流洞下閘前門槽水下探摸的意義

雙峰水庫(kù)導(dǎo)流洞于牡丹江管理局年10月開始過流;到下閘封堵時(shí)最長(zhǎng)過流時(shí)間6個(gè)月，且上游游河段江水含沙量較大，導(dǎo)流洞門槽在泄流過程中經(jīng)長(zhǎng)期高速水流和泥沙的沖刷，門槽水下部分、底檻有可能沖蝕和破壞，為后續(xù)下閘封堵帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。

為降低下閘風(fēng)險(xiǎn)，在下閘前探摸門槽水下部分的沖蝕情況是相對(duì)必要的，下閘后針對(duì)門槽的沖蝕情況實(shí)施緊急堵漏，為下閘后搶險(xiǎn)堵漏提供可靠依據(jù)。

3 主汛期高速水流工況下導(dǎo)流洞門槽水下探摸技術(shù)研究

3.1 探摸時(shí)段的確定

在工期合理的情況下，導(dǎo)流洞門槽水下探摸宜在河道最枯季節(jié)進(jìn)行，此時(shí)流量小，流速慢，探摸難度相對(duì)較小，探摸設(shè)備的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。

由于雙峰水庫(kù)核準(zhǔn)較晚，工程核準(zhǔn)后即具備發(fā)電條件，為確保牡丹江管理局重點(diǎn)工程項(xiàng)目建設(shè)，水庫(kù)必須確保牡丹江管理局年底投產(chǎn)蓄水。根據(jù)整個(gè)水庫(kù)的建設(shè)工期，導(dǎo)流洞需在10月初下閘封堵，導(dǎo)致導(dǎo)流洞門槽水下探摸工作必須在5月份前完成，此時(shí)雙峰水庫(kù)壩址已進(jìn)入全年主汛期，江水流量大、流速高，水下探摸工作難度很大。

3.2 試探門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試探門的設(shè)計(jì)需根據(jù)試探時(shí)導(dǎo)流洞進(jìn)口的水位、流速、流量以及試探時(shí)的起吊設(shè)備進(jìn)行綜合考慮，且能夠在高速水流工況下準(zhǔn)確探摸門槽水下部分的沖蝕和破壞情況，并對(duì)探摸的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，9月份雙峰水庫(kù)壩址多年平均月流量為150 m3/s，按10 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)流洞過水最大截面達(dá)到3×6 m，導(dǎo)流洞進(jìn)口處于全淹沒狀態(tài)，過流速度達(dá)到8.964 m/s。

在高速水流工況下，試探門需利用自重進(jìn)入水下工作，試探門的擋水面積越大，試探門與門槽的摩擦了越大，整體結(jié)構(gòu)受力越大，試探門的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及吊裝設(shè)備要求更高，相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)也較大。

通過綜合考慮導(dǎo)流洞進(jìn)口過流參數(shù)、試探門的自重及調(diào)運(yùn)設(shè)備，試探門主梁為板式結(jié)構(gòu)，橫梁由兩根組合工字鋼組成，兩橫梁之間采用角鋼連接，梁體翼緣板進(jìn)行梅花型開孔，盡量減小試探門的擋水面積。試探門結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 試探門結(jié)構(gòu)

3.3 試探門受力分析及支承型式選取

在高速水流工況下，試探門在門槽內(nèi)受力極為復(fù)雜，相對(duì)試探門的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，需主要計(jì)算高速水流作用于試探門的力傳遞至門槽后，在門槽滑動(dòng)支承作用下，試探門的變形以及與門槽之間的摩擦阻力。在保證試探門強(qiáng)度可靠的前提下，試探門的自重能夠克服其與門槽之間的阻力，使試探門能夠在自重作用下穩(wěn)定運(yùn)行。

高速水流作用于試探門的合力(KN/m2)。

式中:K為系數(shù)，取1.5(按平面計(jì)取);Y為水的重力密度，10kN/m3;v為流速，v=8.964m/s(4780m3/s流量下，導(dǎo)流洞進(jìn)口最大流速);計(jì)算得，F(xiàn)=61.5KN/m2。

試探門的總迎水面積為11.9 m2，水流作用于試探門的合力為ΣF=11.9×F=732 KN。

如采用滑道支承結(jié)構(gòu)，計(jì)算得門槽滑道對(duì)試探門的摩擦阻力為:

式中:u為摩擦系數(shù)，根據(jù)銅滑塊材質(zhì)取0.19。

試探門的設(shè)計(jì)自重為16 t，考慮高速水流工況下試探門受力的復(fù)雜性，采用滑道支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行試探門的運(yùn)行并不可靠，可能導(dǎo)致試探門難以下放至底檻或阻力過大難以提出水面。解決的方法有2種:①增加配重;②改變支承型式。

如增加配重，則要配備容量更大的啟閉設(shè)備，造價(jià)較高，通過兩種方案對(duì)比，試探門采用滾輪支承結(jié)構(gòu)更安全，技術(shù)更可靠，且能有效防止試探門對(duì)門槽支承滑道的破壞。

在試探門背水面增加4個(gè)滾輪，滾輪安裝在兩側(cè)邊梁上，對(duì)稱布置，輪緣采用拋光處理，滾輪軸承采用推力軸承，大大減小試探門與門槽主軌的摩擦阻力。

3.4 探針設(shè)計(jì)

探針采用自伸縮、自鎖定結(jié)構(gòu)，探頭自由狀態(tài)下由探筒內(nèi)彈簧頂起，受壓后縮入探筒，并自動(dòng)鎖定，從而能夠自動(dòng)記錄被探部位的相對(duì)情況。

通過分析門槽水下部分可能被沖刷破壞部位，在試探門的相應(yīng)位置安裝探針，試探門底部探針按梅花型安裝，探針縱橫間距500 mm，共安裝56組探針，組成探針群組，能夠覆蓋整個(gè)門槽底檻，探針探頭低于試探門底緣500 mm，探頭受到擠壓后，縮入探筒，記錄門槽底檻部位沖蝕破壞及變形情況。

在試探門主梁、邊梁上分別安裝8組探針，記錄門槽主軌、側(cè)軌以及門楣的破壞及變形情況。

4 水下探摸技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用

通過研究及設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，該技術(shù)首先在雙峰水庫(kù)導(dǎo)流洞實(shí)施運(yùn)用。分別于2005年7月11日、15日完成導(dǎo)流洞門槽水下探摸工作。試槽探摸時(shí)，導(dǎo)流洞最大過流量110 m3/s，流速2.5 m/s。

試探門采用導(dǎo)流洞閘門的固定式啟閉機(jī)完成啟閉工作，啟閉機(jī)容量為3 600 KN，雙吊點(diǎn)，為保證啟閉機(jī)同步，采用同步軸將1臺(tái)啟閉的機(jī)減速機(jī)進(jìn)行連接。

試槽時(shí)，在試探門頂部左、右兩側(cè)邊梁腹板的中心各固定一把50 m鋼卷尺，鋼卷尺的“零”刻度與閘門腹板上邊緣對(duì)齊，鋼卷尺必須固定牢靠，不得有任何竄動(dòng)。測(cè)量用鋼卷尺需進(jìn)行校核，保證兩把鋼卷尺的測(cè)量精度相同。

由于在高流速工況下，試探門在水下工作時(shí)間越長(zhǎng)，則風(fēng)險(xiǎn)越大。為盡量減小試探門在水下的工作時(shí)間，試探門下閘后需快速判斷試探門是否到底，并完成探針的水下探摸記錄工作，下門前應(yīng)提前根據(jù)底檻的高程、試探門的實(shí)際高度、測(cè)量基準(zhǔn)的高程，計(jì)算閘門下到底時(shí)鋼卷尺的最終刻度，然后在此刻度上進(jìn)行醒目標(biāo)識(shí)。閘門下到底時(shí)鋼卷尺的最終刻度應(yīng)為:

鋼卷尺刻度(L)=測(cè)量基準(zhǔn)高程(H 1)—底檻高程(H 2)—閘門實(shí)際高度(H 3)

通過大量的前期準(zhǔn)備工作，雙峰水庫(kù)導(dǎo)流洞門槽水下探摸工作進(jìn)行相當(dāng)順利，每個(gè)門槽實(shí)施探摸時(shí)均在30 min內(nèi)完成，并基本探明水下底檻、門槽的沖蝕、破壞情況。

5 水下探摸成果分析

試探門提出水面后，對(duì)探針記錄的信息進(jìn)行分析記錄，繪制探頭群組三維圖，從而判斷經(jīng)過長(zhǎng)期高速水流沖刷下，門槽底檻及軌道的變形情況。

通過對(duì)布置在試探門底部探頭群組分析，雙峰水庫(kù)導(dǎo)流洞門槽鋼結(jié)構(gòu)底檻完整，并未造成破壞，但底檻前沿的二期混凝土存在不同程度的沖蝕破壞，主要集中在門槽中間部位，其中2#導(dǎo)流洞左孔最為嚴(yán)重，最大的沖蝕深度達(dá)到235 mm，寬度2.3 m，其它孔口的沖蝕深度為40～120 mm。從底檻前沿沖蝕深度分析，導(dǎo)流洞左孔鋼結(jié)構(gòu)底檻底部存在掏空可能，為后續(xù)下閘堵漏的重點(diǎn)(下門后的堵漏技術(shù)將另文說(shuō)明)。

通過對(duì)布置在試探門邊梁、主梁上探頭群組分析，試探門在門槽內(nèi)運(yùn)行時(shí)門槽主軌踏面及布置在主軌上的水封座板完整，并未變形和破壞;門槽反軌完整，無(wú)變形，門槽主軌至反軌間的相對(duì)距離滿足設(shè)計(jì)要求，滿足封堵閘門下面條件。

［1］房正杰.灣水電站節(jié)流施工規(guī)劃及實(shí)施［J］.云南水力發(fā)電，1993(2):12.

［2］宋惠芳.恒定有壓擴(kuò)散流局部非穩(wěn)定流動(dòng)研究［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2007(5):33.