常姍姍

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 長(zhǎng)沙市 410014）

溧陽(yáng)抽水蓄能電站泄水建筑物根據(jù)其運(yùn)行特性，僅需在下水庫(kù)布置泄水建筑物；在臨沙河水庫(kù)側(cè)布置均質(zhì)土壩，泄水建筑物布置在右壩頭庫(kù)岸段，其泄水建筑物需要雙向擋水。故選擇合適的泄水建筑物的型式與布局，在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上使泄水建筑物的結(jié)構(gòu)體型較為合理、經(jīng)濟(jì)、便于施工，是本文所需闡述的重點(diǎn)。

1 工程概況

溧陽(yáng)抽水蓄能電站位于江蘇省溧陽(yáng)市，其開(kāi)發(fā)任務(wù)主要是為江蘇電力系統(tǒng)提供調(diào)峰、填谷和緊急事故備用。電站裝機(jī)容量1 500 MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量20.07億kW·h，年抽水電量26.76 億kW·h。本工程為一等大(Ⅰ)型工程。電站樞紐建筑物主要由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及下水庫(kù)等4 部分組成。

下水庫(kù)樞紐主要由擋水建筑物、泄水建筑物、補(bǔ)水建筑物、下水庫(kù)進(jìn)/出水口、庫(kù)岸及庫(kù)盆組成。水庫(kù)正常蓄水位19.00 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容1 198 萬(wàn)m3。擋水建筑物為均質(zhì)土壩，布置在臨沙河水庫(kù)側(cè)；壩頂寬度為7.0 m，最大壩高11.40 m； 大壩壩軸線全長(zhǎng)833.146 m，采用圓弧段同南、北庫(kù)岸相連。庫(kù)岸部位大部分段為開(kāi)挖形成的庫(kù)岸擋水。泄洪閘位于擋水壩的右壩頭庫(kù)岸段，孔口寬度4.0 m，由兩扇4 m×5.9 m 工作（檢修）閘門(mén)由固定式啟閉機(jī)啟閉。

2 泄水建筑物結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

因庫(kù)周設(shè)置截水溝及排洪渠，下水庫(kù)主要來(lái)水為庫(kù)區(qū)集雨面積范圍內(nèi)的大氣降水，水庫(kù)集雨面積為下水庫(kù)庫(kù)口面積0.706 km2，與水庫(kù)正常蓄水位對(duì)應(yīng)的水面面積基本相當(dāng)；其洪水按24 h 暴雨形成的洪水水量全部蓄于正常蓄水位以上考慮。上下水庫(kù)24 h 設(shè)計(jì)暴雨、設(shè)計(jì)洪量見(jiàn)表1。上、下庫(kù)汛期發(fā)生洪水時(shí)，需向沙河水庫(kù)泄洪。

根據(jù)本工程技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)上對(duì)泄水建筑物布置及型式的選擇進(jìn)行了系列方案的研究及比較，初擬了主要設(shè)計(jì)方案，并在收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程的實(shí)際情況，對(duì)泄水建筑物進(jìn)行了進(jìn)一步切實(shí)可行的設(shè)計(jì)，選定最終的泄水建筑物設(shè)計(jì)方案。

表1 上下水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨、設(shè)計(jì)洪量成果

2.2 泄水建筑物方案比較與選擇

下水庫(kù)泄洪設(shè)施方案比較了混凝土溢流堰、埋設(shè)外包鋼筋混凝土鋼管以及埋設(shè)鋼筋混凝土管等3種泄洪型式。

（1）埋設(shè)外包混凝土鋼管泄洪（方案一）：鋼管布置在擋水壩中部地勢(shì)較低的壩體底部、距沙河水庫(kù)最近處，且置于基巖槽內(nèi)。取水口埋置在下水庫(kù)內(nèi)，出水口位于沙河水庫(kù)內(nèi)，進(jìn)出水口中心線高程為14.892 m。泄洪管設(shè)有電動(dòng)蝶閥，置于出水口處，下水庫(kù)水位達(dá)到正常蓄水位后，打開(kāi)閥門(mén)自流泄洪。由于上、下兩水庫(kù)24 h 暴雨洪量之和分別為37.90 萬(wàn)m3、59.20 萬(wàn)m3，經(jīng)計(jì)算，按3 天實(shí)際泄水時(shí)間6.6 h計(jì)算，需要4 根直徑為1.80 m 的鋼管泄水。

（2）埋設(shè)鋼筋混凝土管泄洪（方案二）：與淺埋式鋼管相比，僅管材不同。

（3）混凝土溢流堰泄洪（方案三）：溢流壩段布置在擋水壩中部，兩端與土石壩相接，溢流堰采用開(kāi)敞式WES 型實(shí)用堰，堰頂高程19.00 m，堰高6.5 m，底寬13.4 m。經(jīng)計(jì)算，按可利用泄水時(shí)間6.6 h 計(jì)，取溢流孔凈寬35.0 m 時(shí)，滿(mǎn)足其最大泄量的需求。其布置為：溢流孔單孔寬7.0 m，設(shè)5 孔，孔間及兩端部位設(shè)閘墩，中墩及邊墩厚度均為2.50 m，重力擋土墻式邊墩與土石壩相接。

（4）泄洪設(shè)施方案比選：通過(guò)對(duì)各泄洪方案綜合比較，方案一～方案三的工程投資分別為2 489.11萬(wàn)元、2 502.96 萬(wàn)元及2 910.46 萬(wàn)元；其中方案一投資最小，布置相對(duì)簡(jiǎn)單，且管道受力條件好，也無(wú)溢流堰泄洪方案中間溢流壩段與兩端土壩連接處理問(wèn)題。故初步推薦采用埋設(shè)外包混凝土鋼管泄洪方案。

2.3 泄水建筑物方案的補(bǔ)充論證

2.3.1 泄水建筑物比選方案的提出

通過(guò)對(duì)初步擬定的埋設(shè)外包混凝土鋼管泄洪方案進(jìn)一步深入研究，認(rèn)為該方案存在以下問(wèn)題：

（1）由于下水庫(kù)大壩為雙向擋水，考慮其運(yùn)行及檢修要求，泄洪管設(shè)置雙向擋水蝶閥和檢修蝶閥，一條泄洪管需設(shè)置3 扇蝶閥，4 條泄洪管則置12 扇蝶閥，而且電機(jī)不能入水，檢修、工作室及工作排架也需配套設(shè)置，結(jié)構(gòu)布置、施工及運(yùn)行都較為復(fù)雜。

（2）雙向擋水的蝶閥較貴，投資較大，且國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家較少。經(jīng)詢(xún)價(jià)，雙向硬密封電動(dòng)蝶閥價(jià)格為250 萬(wàn)元，12 臺(tái)需3 000 萬(wàn)元，故無(wú)論從土建及機(jī)電而言其投資均較大。

（3）外包鋼筋混凝土鋼管埋設(shè)于土壩底部，排架基礎(chǔ)埋深及基礎(chǔ)處理工程量大，施工干擾較大。

基于上述問(wèn)題，考慮本電站的特殊性及實(shí)際運(yùn)行情況，補(bǔ)充混凝土泄洪閘泄洪方案進(jìn)行比選。

2.3.2 泄洪閘的運(yùn)行方式與設(shè)計(jì)分析

溧陽(yáng)抽水蓄能電站每天的泄洪時(shí)段為：電站發(fā)電時(shí)，下水庫(kù)水位抬高到正常蓄水位19.00 m 起，打開(kāi)控制閘門(mén)自流泄洪，至水位回落到正常蓄水位19.00 m 止的這段時(shí)間間隔內(nèi)，將上、下水庫(kù)入庫(kù)洪量排入沙河水庫(kù)，以免損失電站工作水頭。

由于下水庫(kù)是按設(shè)計(jì)預(yù)留了上水庫(kù)檢修時(shí)死庫(kù)容全裝入下水庫(kù)的要求設(shè)計(jì)的，即正常運(yùn)行時(shí)在不泄洪情況下可全裝191.50 萬(wàn)m3水量； 據(jù)沙河水文站最大年降水量1 618.6 mm，這相當(dāng)于上下水庫(kù)年最大洪量176.6 萬(wàn)m3，即1年內(nèi)洪水全裝入下水庫(kù)后不會(huì)影響各建筑物安全。因此，溧陽(yáng)抽水蓄能電站上、下庫(kù)具備全裝設(shè)計(jì)暴雨洪量的能力，在汛期當(dāng)沙河流域發(fā)生洪水時(shí)，可存于下庫(kù)內(nèi)，在沙河水庫(kù)洪水先行退去的情況下再將上、下庫(kù)洪量排入沙河水庫(kù)內(nèi)。

從沙河水庫(kù)歷年最高及最低統(tǒng)計(jì)的水位資料可知，沙河水庫(kù)多年平均最高水位為18.269 m，最低水位為13.819 m；汛期最高水位為20.089 m，最低水位為15.469 m。故在汛期多年平均水位低于19.0 m時(shí)，可以使下水庫(kù)的洪水擇機(jī)及時(shí)排泄，保證電站在其工作水頭內(nèi)正常運(yùn)行。

2.3.3 泄洪閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）工程地質(zhì)條件。下水庫(kù)地形平緩，基巖主要為晶屑凝灰?guī)r及安山斑巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石完整性較差。工程場(chǎng)址地震基本烈度為7 度，2 級(jí)壅水建筑物工程抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)的水工建筑物，故地震設(shè)計(jì)烈度為7 度。

（2）泄洪閘布置。根據(jù)地質(zhì)地形條件，本著在滿(mǎn)足泄洪條件下，盡量少挖少填的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。泄水閘位于大壩的右壩頭庫(kù)岸段； 由進(jìn)口引水渠、控制段、泄槽段以及起閉機(jī)房等構(gòu)成（附圖）。

附圖 下水庫(kù)泄洪閘典型剖面圖

泄洪閘結(jié)構(gòu)底部高程均為17.0 m。進(jìn)口引水渠長(zhǎng)約20.0 m，渠底高程為底寬5.0 m，過(guò)水?dāng)嗝鏋楦叨入S庫(kù)岸邊坡漸變的梯形斷面?？刂贫伍l室長(zhǎng)14.0 m，孔口寬度4.0 m，頂部高程25.60 m；設(shè)有檢修門(mén)和工作門(mén)。泄槽為開(kāi)挖形成的梯形斷面，長(zhǎng)33.0 m（其中海漫長(zhǎng)15.0 m），底寬4.00 m，高程22.00 m 以下兩側(cè)采用襯砌混凝土護(hù)坡； 高程22.00 m 以上采用草皮護(hù)坡。緊接泄槽后均開(kāi)挖成底寬4.00 m、基礎(chǔ)高程17.00 m 的明渠接至沙河水庫(kù)。

（3）泄洪閘泄洪能力復(fù)核。根據(jù)上下水庫(kù)24 h設(shè)計(jì)暴雨、設(shè)計(jì)洪量，分別對(duì)下水庫(kù)對(duì)應(yīng)沙河水庫(kù)不同水位的泄流能力進(jìn)行分析，計(jì)算各水位泄洪時(shí)所需時(shí)間可知：當(dāng)下水庫(kù)水位大于沙河水庫(kù)水位時(shí)，隨著水位的上升，其泄洪能力逐漸增強(qiáng)，所需泄洪時(shí)間逐漸縮短。當(dāng)考慮下水庫(kù)水位在19.00 m 開(kāi)始泄洪時(shí)，且沙河水庫(kù)水位低于下水庫(kù)水位0.5 m 以上時(shí)，最小泄流量大于15.1 m3/s，所需泄洪時(shí)間不大于10.9 h；可見(jiàn)所擬定的泄洪閘尺寸基本能滿(mǎn)足泄洪要求。

（4）泄洪閘穩(wěn)定應(yīng)力復(fù)核。根據(jù)規(guī)范規(guī)定并考慮下水庫(kù)的實(shí)際情況擬定需要計(jì)算的荷載組合進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算成果（表2）表明：泄洪閘在各種工況下的抗滑穩(wěn)定和基底應(yīng)力均滿(mǎn)足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)是安全的。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)本工程技術(shù)特點(diǎn)，遵循“安全可靠、質(zhì)量可控、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)兼顧進(jìn)度和投資，有利于施工”，對(duì)下水庫(kù)泄水建筑物進(jìn)行了深入的設(shè)計(jì)研究。基于以下理由最終推薦采用岸坡式泄洪閘泄洪方案：

表2 泄洪閘抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果

（1）岸坡式泄洪閘方案的工程投資為2 403.12萬(wàn)元，投資相對(duì)較少。

（2）岸坡式泄洪閘置于開(kāi)挖基巖上，閘室穩(wěn)定應(yīng)力條件好； 通過(guò)對(duì)岸坡式泄洪閘的泄流能力、穩(wěn)定、應(yīng)力及抗?jié)B能力的復(fù)核計(jì)算，各向指標(biāo)均能滿(mǎn)足規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。

（3）泄洪閘與土壩無(wú)接頭防滲問(wèn)題，施工、運(yùn)行及檢修方便。

（4）泄洪閘布置在下水庫(kù)土壩右壩頭，與土壩分開(kāi)布置，泄洪閘基礎(chǔ)為弱風(fēng)化基巖，地質(zhì)條件較好，確保了閘基巖體能夠滿(mǎn)足抗震要求，同時(shí)有利于提高上部結(jié)構(gòu)的抗震能力。