撒多水電站首部樞紐布置型式比選

曾建波

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 401120)

撒多水電站首部樞紐布置型式比選

曾建波

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 401120)

本文結(jié)合撒多水電站壩址區(qū)地形地質(zhì)條件、壩型以及壩軸線(xiàn)選擇等特點(diǎn)，對(duì)電站首部樞紐在各種方案下的建筑工程量及直接投資和金屬結(jié)構(gòu)及其設(shè)備工程量及直接投資等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，推薦采用閘壩方案，以期為類(lèi)似案例提供參考。

撒多水電站；首部樞紐；方案；比選

撒多水電站地處于四川省涼山彝族自治州，為木里縣境內(nèi)金沙江左岸一級(jí)支流——水洛河“一庫(kù)十一級(jí)”中的第十個(gè)梯級(jí)水電站。本工程采用引水式隧洞發(fā)電，首部樞紐位于寧朗鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府下游2.31 km，廠(chǎng)、閘址以上控制集水面積分別為9440 km2和9047 km2，電站具有日調(diào)節(jié)性能，多年平均流量133 m3/s。正常蓄水位1755 m，校核洪水位1744.6 m，最大閘(壩)高30 m，日調(diào)節(jié)庫(kù)容65.2萬(wàn)m3，正常蓄水位以下水庫(kù)庫(kù)容365.1萬(wàn)m3，水庫(kù)回水長(zhǎng)約3.32 km，閘前壅水21.5 m。廠(chǎng)、閘址間河道距離約20 km，采用右岸引水線(xiàn)路布置方式，引用流量160.6 m3/s，隧洞全長(zhǎng)15 255.66 m。引水至撒多溝口下游約1 km的水洛河右岸俄亞鄉(xiāng)卡瓦村附近一帶建地下廠(chǎng)房發(fā)電。主要水工建筑物由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠(chǎng)區(qū)樞紐組成。

1 工程概況

根據(jù)壩型和壩軸線(xiàn)的比選，選定的壩型為鋼筋混凝土閘(壩)型式和選擇下壩軸線(xiàn)進(jìn)行首部樞紐布置研究，下閘線(xiàn)位于寧朗鄉(xiāng)政府下游約2.3 km的河段，磨房溝口下游約700 m(鄒家溝口上游約240 m)處，該處主河床平均河底高程約1731 m，平枯期河水面寬度約60～65 m。主要的泄水建筑物沖沙閘和泄洪閘布置于河床的主流上，閘孔底高程大體與河床平均底高程一致，為1731.0 m。

2 首部樞紐布置型式比較

本電站汛期死水位1754 m，正常蓄水位1756 m，閘底板高程為1731 m，閘門(mén)將長(zhǎng)期承受23～25 m壓力荷載，有條件設(shè)置溢流壩，以減少閘門(mén)承受的水頭，本階段擬定了閘壩及溢流壩兩種方案進(jìn)行比較。

2.1 閘壩方案

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 319-2005)[1]和《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265-2016)[2]，首部樞紐從左至右依次布置有：左岸擋水壩段、3孔泄洪閘、1孔沖沙閘、右岸擋水壩段、進(jìn)水口、取水閘。攔河閘壩頂全長(zhǎng)179.22 m，壩頂高程1758 m，最大閘(壩)高30 m。

沖沙閘、泄洪閘均為胸墻式平底閘，沖沙閘與3孔泄洪閘均為獨(dú)立閘室單元。沖沙閘段寬8 m，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)38 m，沖沙閘孔口尺寸3 m×8 m(寬×高)，閘底板厚3 m，閘墩厚度2.5 m；泄洪閘段寬13.5 m，順?biāo)飨?8 m，孔口尺寸為8 m×10.5 m(寬×高)，閘底板厚3 m，閘墩厚度2.75 m。閘室內(nèi)設(shè)置平板檢修閘門(mén)及弧形工作閘門(mén)各一道，沖沙閘、泄洪閘的檢修閘門(mén)共用一臺(tái)門(mén)式啟閉機(jī)，弧形工作閘門(mén)各設(shè)一臺(tái)液壓式啟閉機(jī)。在泄洪閘、沖沙閘閘室底板及閘室底板以上1.2 m高度范圍內(nèi)的閘墩采用12 mm厚16 Mn鋼板保護(hù)，在上游鋪蓋及下游護(hù)坦表面采用0.4 m厚的C40HF抗沖耐磨混凝土保護(hù)。

泄洪閘、沖沙閘兩側(cè)設(shè)擋水壩段。左岸重力式擋水壩設(shè)5個(gè)壩段，共長(zhǎng)92.5 m，最高壩段為儲(chǔ)門(mén)槽壩段，壩底順?biāo)飨蜃畲髮挾?0 m，上游壩坡在高程1744 m以下坡比1∶0.35，下游壩坡在高程1747 m以下坡比1∶0.8。右岸擋水壩共設(shè)2個(gè)壩段，總長(zhǎng)38.22 m，最大壩高30 m，壩底順?biāo)飨蜃畲髮挾?2.78 m，上游面為垂直面，下游壩坡在高程1742 m以下坡比1∶0.6。

閘(壩)基礎(chǔ)防滲型式采用全封閉混凝土防滲墻，防滲墻厚0.8 m，防滲墻最大深度約39 m。兩岸巖石基礎(chǔ)防滲采用灌漿帷幕，帷幕伸入弱透水巖體(呂榮值q<5)，左、右兩岸灌漿平洞分別長(zhǎng)20 m、40 m。

電站進(jìn)水閘位于河床右岸，進(jìn)口前緣與閘軸線(xiàn)呈104°59″52′夾角，緊鄰沖沙閘上游布置。進(jìn)水口攔污柵段設(shè)3孔，每孔口尺寸均為5.0 m×21.5 m(寬×高)，頂部設(shè)防漂墻，防漂墻底高程為1753 m，低于汛期運(yùn)行水位1754 m，以防止漂浮物進(jìn)入取水口。進(jìn)水閘為一孔胸墻式平底閘，閘底板高程1736.5 m，孔口尺寸7.4 m×7.4 m(寬×高)，閘墩厚3 m，閘后與引水隧洞連接。

2.2 溢流壩方案

溢流壩方案首部樞紐總體布置格局與閘壩方案大致相同，不同之處是將3孔泄洪閘改成3個(gè)凈寬8.5m的溢流堰，堰型采用WES實(shí)用堰，堰頂高程1744.1 m，堰頂設(shè)213弧形工作閘門(mén)和檢修閘門(mén)各一道，門(mén)孔高13.9 m。壩下游采用斜坡護(hù)坦急流銜接的消能方式，設(shè)長(zhǎng)70 m、厚度3 m的鋼筋混凝土護(hù)坦，溢流壩表面和護(hù)坦表面澆筑厚度40 cm的C40HF抗沖耐磨混凝土。護(hù)坦下游接長(zhǎng)35 m、厚3 m的鋼筋混凝土海漫，海漫下游90 m范圍的河床采用鋼筋石籠進(jìn)行防護(hù)。

2.3 方案比較結(jié)果

2.3.1 水力學(xué)特性比較

溢流壩方案閘門(mén)全開(kāi)泄流時(shí)，由于壩前水位高于同等流量的閘壩方案的閘水位，反弧末端水流的弗氏數(shù)>閘壩方案弗氏數(shù)，下游消能任務(wù)更艱巨，本階段分別對(duì)如下4種工況泄流進(jìn)行了三維水力學(xué)計(jì)算。

工況1(非常運(yùn)行工況)：天然來(lái)流為非常運(yùn)行洪水Q=1980 m3/s時(shí)，3孔溢洪閘和1孔沖沙閘均全開(kāi)。

工況2(正常運(yùn)行工況Ⅰ)：天然來(lái)流為設(shè)計(jì)洪水Q=1530 m3/s時(shí)，3孔溢洪閘和1孔沖沙閘均全開(kāi)。

工況3(正常運(yùn)行工況Ⅱ)：天然來(lái)流為Q=1460 m3/s時(shí)，3孔溢洪閘和1孔沖沙閘均全開(kāi)。

工況4(正常運(yùn)行工況Ⅲ)：常年洪水天然來(lái)流為Q=742 m3/s，發(fā)電引用160.6 m3/s，庫(kù)水位為正常運(yùn)行水位1756 m時(shí)，3孔溢洪閘和1孔沖沙閘局開(kāi)。

各工況下水流特性見(jiàn)表1。

表1 溢流壩、閘壩方案壩下泄水流特性比較表

從表1可見(jiàn)：① 兩方案壩頂高程均由正常蓄水位+風(fēng)浪高+安全超高控制，在正常運(yùn)行與非常運(yùn)行情況下，兩方案均是安全的；② 在各種工況下，溢流壩方案最大流速均>閘壩方案最大流速，故溢流壩方案需要將護(hù)坦加厚；③ 兩方案流態(tài)分布狀況差別不大，但溢流壩方案流速>10 m/s區(qū)域及流速>7 m/s區(qū)域相對(duì)增長(zhǎng)，故其保護(hù)范圍向下游延伸。

2.3.2 工程量及投資比較

根據(jù)《水利水電工程工程量計(jì)算規(guī)定》(DL/T 5086-1999)[3]計(jì)算建筑工程量及投資比較，兩方案建筑工程量及直接投資比較見(jiàn)表2。

與閘壩方案比較，溢流壩方案增加混凝土12 383 m3，減少鋼筋129 t，增加覆蓋層開(kāi)挖20 136 m3，增加砂卵石回填5198 m3，增加鋼筋石籠7435 m3，共增加投資約852.43萬(wàn)元。

表2 溢流壩、閘壩方案建筑工程量及直接投資比較表

2.3.3 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備及投資比較

與閘壩方案比較，溢流壩方案由于閘門(mén)承受荷載減小，閘門(mén)重量及啟閉機(jī)容量減小。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備工程量減少371 t，減少投資762.55萬(wàn)元。兩方案金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備工程量及投資比較見(jiàn)表3。

表3 溢流壩、閘壩方案金屬結(jié)構(gòu)及其設(shè)備工程量及直接投資比較表

3 結(jié) 論

兩方案的首部樞紐均布置有一孔低高程(1731 m)的沖沙閘，均可保證電站取水口“門(mén)前清”。根據(jù)水力學(xué)計(jì)算，兩方案的泄洪能力均能滿(mǎn)足需要。由于閘壩方案泄洪閘設(shè)置高程低，可以“溯源沖沙”，工程泥沙問(wèn)題解決得徹底。而溢流壩方案，由于溢流堰設(shè)置高程高，泥沙淤積問(wèn)題嚴(yán)重，存在大量懸移質(zhì)進(jìn)入取水口問(wèn)題。從消能防沖方面比較，溢流壩壩后流速相對(duì)較大，高流速范圍大，需加加厚護(hù)坦及下游防護(hù)區(qū)域。從工程量和投資比較，溢流壩方案建筑工程直接投資增加852.43萬(wàn)元，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備投資減少762.55萬(wàn)元，溢流壩方案凈增加直接投資89.88萬(wàn)元。故，通過(guò)比較推薦閘壩方案。

[1] 中華人民共和國(guó)水利部．混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范：SL 319-2005．北京：中國(guó)水利水電出版社，2005．

[2] 中華人民共和國(guó)水利部．水閘設(shè)計(jì)規(guī)范：SL 265-2016．北京：中國(guó)水利水電出版社，2016．

[3] 中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部．水利水電工程工程量計(jì)算規(guī)定：DL/T 5086-1999．北京：中國(guó)水利水電出版社，1999．

曾建波(1989-),男，土家族，重慶石柱人，助理工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)相關(guān)工作。E-mail:993884309@qq.com。

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