范景春，董延超，石亮亮，顧 濱

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

旁多泄洪兼導(dǎo)流洞工作閘室位置選擇

范景春，董延超，石亮亮，顧 濱

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

旁多泄洪兼導(dǎo)流洞承擔(dān)了工程施工導(dǎo)流、生態(tài)放流、泄洪及水庫放空任務(wù)，是一洞多用的典型案例。文中就工作閘室位置選擇及隧洞壓力狀態(tài)等問題進(jìn)行了論述，并提出幾點(diǎn)體會(huì)，對類似工程設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

泄洪兼導(dǎo)流洞；工作閘室；位置選擇；隧洞壓力狀態(tài)；旁多水利樞紐工程

1 工程概況

旁多水利樞紐工程地處西藏自治區(qū)拉薩河中游，工程任務(wù)以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水，為Ⅰ等大（1）型工程，大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為萬年一遇。樞紐主要由碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩、泄洪洞及泄洪兼導(dǎo)流洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房和灌溉輸水洞組成。水庫正常蓄水位 4 095 m，總庫容 12.3 億 m3，電站裝機(jī)容量 160 MW，灌溉面積 4.3 萬 hm2。

旁多泄水建筑物由泄洪洞和泄洪兼導(dǎo)流洞組成。其中泄洪兼導(dǎo)流洞由導(dǎo)流洞改建而成，施工期承擔(dān)導(dǎo)流任務(wù)、水庫蓄水初期承擔(dān)生態(tài)放流任務(wù)、完建期承擔(dān)泄洪及水庫放空任務(wù)。泄洪洞為表孔無壓隧洞，校核泄洪流量 1 644 m3/s，城門洞型斷面尺寸 10.0 m×11.5m，全長 778.9 m，采用挑流消能；泄洪兼導(dǎo)流洞為深孔有壓隧洞，校核泄洪流量 1 237 m3/s，圓形斷面直徑 11 m，全長 756.8 m，采用挑流消能。

2 工作閘門位置方案擬定

利用導(dǎo)流洞改建為永久泄洪洞，多采用“龍?zhí)ь^”陡槽式無壓泄洪洞，由于旁多水庫有放空要求，導(dǎo)流洞改建為永久泄洪洞時(shí)，利用其進(jìn)口高程較低的特點(diǎn)，進(jìn)水口采用深孔式進(jìn)口，以滿足水庫放空要求，簡化工程布置。

工作閘門如布置在進(jìn)口，則與檢修閘門同設(shè)于進(jìn)口閘室，檢修閘門可先期安裝，工作閘門需下閘蓄水后，通過對進(jìn)口閘室改造后形成。由于下閘蓄水至次年汛期的施工工期有限，且進(jìn)口閘室施工空間狹小，結(jié)構(gòu)改造和閘門安裝調(diào)試均較困難。工作閘門和檢修閘門同設(shè)在一個(gè)閘室，同時(shí)出現(xiàn)問題的可能性也較高。綜合考慮，擬定了 2個(gè)比選方案：有壓與無壓洞相結(jié)合，工作閘室布置在洞內(nèi)方案；完全壓力洞，工作閘室布置在出口方案。

3 工作閘門位置比選

3.1 運(yùn)用條件

工程采用分期導(dǎo)流，一期束窄河床利用右岸主河槽過流，二期采用導(dǎo)流洞過流，下閘蓄水后導(dǎo)流洞改建為永久泄洪洞，施工期洪水標(biāo)準(zhǔn)為 20 年一遇。經(jīng)調(diào)洪演算綜合比較,確定導(dǎo)流洞進(jìn)口底板高程 4 031.5 m，圓形斷面洞徑 11 m，大汛泄洪流量 1 346 m3/s。

考慮工程地處邊遠(yuǎn)地區(qū)，地震烈度高、壩體為當(dāng)?shù)夭牧蠅?，表孔泄洪洞超泄能力?qiáng)，運(yùn)用可靠，常遇頻率洪水通過表孔泄洪洞敞泄?jié)M足出庫流量要求，工程運(yùn)行管理相對簡單，因此，經(jīng)泄洪規(guī)模、孔口尺寸綜合比較確定泄洪兼導(dǎo)流洞閘孔尺寸 7m×7m，收縮比為 51.6%，校核泄洪流量 1 237 m3/s，泄洪洞與泄洪兼導(dǎo)流洞泄量分配比為 5.7∶4.3。

3.2 布置條件

工作閘室布置在洞內(nèi)，其前為有壓段，后為無壓段。有壓段流速小，水流條件好，可設(shè)平面或立面彎道，布置靈活；無壓段對巖體厚度和巖石條件無特殊要求，出口段可避免內(nèi)水外滲對邊坡的影響，有利于邊坡處理。但為滿足運(yùn)行維護(hù)及檢修要求，需增設(shè)交通洞或閘門豎井。

工作閘室布置在出口，則為完全壓力洞。有壓洞對巖層厚度、巖石條件要求較高，需深埋于巖石條件較好的巖體中，使巖石能承受較多的內(nèi)水壓力，避免高壓水滲出后抬動(dòng)山坡。

從布置條件看，兩方案各有利弊，當(dāng)出口山坡巖體條件較好時(shí)，工作閘室布置在出口較為有利。

3.3 水力學(xué)條件

高水頭無壓隧洞流速大、壓力小、流態(tài)復(fù)雜，需要考慮摻氣、氣蝕等問題，洞內(nèi)凈空余幅要求大（規(guī)范余幅要求為15%~25%，水面不宜超過直墻范圍），對體型布置及襯砌結(jié)構(gòu)的不平整度要求較高。有壓隧洞因阻力大、流速小、下泄同樣流量所需過水?dāng)嗝姹葻o壓洞大，但無凈空余幅要求，襯砌后的斷面反而比無壓洞小，并且壓力洞內(nèi)水壓力比較穩(wěn)定，氣蝕的可能性小，水流流態(tài)較好。有壓與無壓洞斷面面積與流速比較見表 1。

表1 有壓與無壓斷面面積與流速比較表

由表 1 可以看出，在泄量相同時(shí)，無壓洞斷面比有壓洞斷面大 39%，流速增大 24%，而氣蝕可能性反而增大，從水流條件看，工作閘室布置在出口有利。

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工作閘室布置在洞內(nèi)，其后為無壓段，無壓洞襯砌主要控制荷載為自重、外水壓力、灌漿壓力及山巖壓力等，襯砌受力狀態(tài)及圍巖作用不是很明確；但工作閘室可利用巖體來承擔(dān)一部分閘門推力，閘室穩(wěn)定、支鉸大梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對簡單。

工作閘室布置在出口，為完全壓力洞，有壓圓洞主要控制荷載為內(nèi)水壓力，襯砌受力狀態(tài)及圍巖作用比較明確，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對簡單可靠；但閘門推力均由工作閘室來承擔(dān)，閘室穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)處理相對復(fù)雜。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)看，2方案各有利弊，就閘室穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)處理而言，工作閘室布置在洞內(nèi)有利。

3.5 施工工期

此工程初期蓄水期間，需通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門開度下泄生態(tài)流量，待首臺(tái)機(jī)組發(fā)電后，導(dǎo)流洞進(jìn)口閘門才能完全關(guān)閉，之后按永久泄洪洞使用要求對導(dǎo)流洞進(jìn)行改造，并在次年大汛前滿足泄洪要求。因此，導(dǎo)流洞改造工期僅為首臺(tái)機(jī)組發(fā)電至次年大汛前這一時(shí)段，工期有限。

導(dǎo)流洞改造主要內(nèi)容有漸變段、工作閘室、泄槽及挑流鼻坎的改造，以及工作弧門的安裝調(diào)試等。閘室布置在洞內(nèi)，改造工程量大，且大部分改造工作在洞內(nèi)進(jìn)行，混凝土施工及弧門安裝調(diào)試均不便，工期緊張；閘室布置在出口，改造工程量小，僅漸變段改造在洞內(nèi)進(jìn)行，其他均在洞外進(jìn)行，工期滿足要求。從施工工期看，工作閘室布置在出口有利。

3.6 工程投資

工作閘室布置在洞內(nèi)比布置在出口工程直接費(fèi)用增加 796 萬元，約增加 7%的投資。從投資上看，工作閘室布置在出口較優(yōu)。

3.7 比選結(jié)論

工作閘室布置在出口對山坡巖層厚度、巖石條件要求較高，閘室穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，但從水力學(xué)條件、施工工期及工程投資上看，該方案具有一定的優(yōu)勢，該工程結(jié)合出口邊坡滑坡體的處理，經(jīng)綜合論證，選擇工作閘室布置在出口方案。

4 結(jié)語

1）旁多泄洪兼導(dǎo)流洞施工期承擔(dān)導(dǎo)流任務(wù)、水庫蓄水初期承擔(dān)生態(tài)放流任務(wù)、完建期承擔(dān)泄洪及水庫放空任務(wù)，是一洞多用的典型工程案例；

2）采用深式進(jìn)水口滿足水庫放空要求，簡化了工程布置，節(jié)省了工程投資，但進(jìn)口閘門承受較大的水壓力，對閘室的結(jié)構(gòu)布置及閘門、啟閉機(jī)的技術(shù)條件要求較高；

3）壓力洞需深埋于條件較好的巖體中，避免內(nèi)水外滲影響山坡，而無壓洞對巖體無特殊要求，有利于邊坡處理，出口山坡巖層厚度及地質(zhì)條件是閘室位置選擇的關(guān)鍵因素之一；

4）導(dǎo)流洞改建為永久泄洪洞，工作閘室位置決定了隧洞的壓力狀態(tài)，改造工期是工作閘室位置選擇的關(guān)鍵因素之一。

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2013-11-26