別迭里水電站攔河閘圍堰殘埂對(duì)截流的影響分析

胥細(xì)望

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程背景

別迭里水電站工程，位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃莅⒑掀婵h庫(kù)蘭薩日克鄉(xiāng)境內(nèi)的托什干河上。工程區(qū)介于北緯40°56′～41°05′、東經(jīng)78°31′～78°46′之間，海拔高程1710 m～1940 m。攔河閘位于最大支流玉山古西河與托什干河匯合口下游900 m處，距阿合奇縣城8km。引水渠道在左岸山前沖洪積坡上基本沿等高線延伸，直到克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃菖c阿克蘇地區(qū)的界河-別迭里河右岸后拐彎，壓力前池、壓力鋼管、廠房、泄水槽及尾水渠等相繼分布于由北向東南傾斜的山坡上。攔河引水樞紐中部為引水閘和泄洪沖沙閘，左右兩側(cè)為擋水壩。壩頂高程1936.70 m，防浪墻頂高程1937.90 m。左岸壩長(zhǎng)201 m，直線布置；右岸壩長(zhǎng)206.5 m，弧線布置，最大壩高9.7 m。擋水壩壩體采用砂礫石填筑，上游面采用土工膜防滲，壩坡采用漿砌石砌筑，坡比1∶2.5；下游壩面采用干砌石砌筑，坡比1∶2.0。

2 地質(zhì)條件及模型設(shè)計(jì)

2.1 攔河閘地質(zhì)條件

攔河閘(壩)地基為第四系全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石(Q4al+p1)，表層2 m～4 m以下分布有厚10 m～13 m的硬結(jié)砂礫石層，下伏基巖為中石炭統(tǒng)比京他烏組(C2b)灰?guī)r、石英質(zhì)砂巖，左岸土石壩段與攔河閘段其埋深40 m～50 m，右岸土石壩段因臨近右岸山體，基巖面逐漸抬升至0～18 m。

Q4al+p1基地承載力建議值0.30 MPa～0.35 MPa，砼與基礎(chǔ)摩擦系數(shù)為0.40～0.45。攔河閘(壩)地基砂卵礫石層未發(fā)現(xiàn)有分布連續(xù)穩(wěn)定的軟弱下臥層，天然地基土質(zhì)較為均一，相同荷載下，發(fā)生地基不均勻沉陷的可能性不大。閘室地基可能發(fā)生的滲透變形破壞類(lèi)型為管涌。河床Q4al+p1砂卵礫石層粒徑>5 mm顆粒含量在70%以上，未發(fā)現(xiàn)有一定厚度且分布連續(xù)的砂性土層。初步判斷，在Ⅶ地震烈度情況下，閘(壩)址區(qū)Q4al+p1砂卵礫石屬不液化土。因閘址區(qū)地表2.0 m～4.0 m以下發(fā)育有厚度10 m～13 m的硬結(jié)砂卵礫石層，可視作為相對(duì)隔水層。

2.2 模型設(shè)計(jì)

別迭里水電站攔河閘圍堰殘埂對(duì)截流影響的試驗(yàn)采用正態(tài)整體-局部動(dòng)床模型，并根據(jù)重力相似原則進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)模型必須與原型具有幾何相似、水流運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似等特征。根據(jù)別迭里水電站截流度汛具體要求及河道河段特征，將模型比尺設(shè)計(jì)為1∶55，模型起點(diǎn)位于導(dǎo)流洞進(jìn)口上游455 m處，終點(diǎn)在導(dǎo)流洞出口下游850 m處，模型長(zhǎng)度為1590 m，見(jiàn)圖1。

圖1 別迭里水電站攔河閘圍堰殘埂對(duì)截流影響模型的平面布置

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

別迭里水電站攔河閘工期緊且爆破不完全，其圍堰難以拆除至預(yù)定高程，根據(jù)類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)通過(guò)不同圍堰殘埂組合的對(duì)比試驗(yàn)，進(jìn)行攔河閘圍堰殘埂對(duì)攔河閘泄流能力、龍口水力參數(shù)、截流拋投材料等影響的分析。

3.1 圍堰殘埂影響泄流能力的分析

分析攔河閘進(jìn)出口圍堰殘埂情況對(duì)泄流能力的影響時(shí)，比較了以下四種工況組合：(1)工況一：攔河閘進(jìn)出口無(wú)殘??；(2)工況二：攔河閘進(jìn)口2.0 m殘埂，出口無(wú)殘??；(3)工況三：攔河閘進(jìn)口無(wú)殘埂，出口2.0 m殘埂；(4)工況四：攔河閘進(jìn)出口各存在2.0 m殘埂。具體觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 戧堤上游水位情況對(duì)比 單位：m

根據(jù)攔河閘進(jìn)出口圍堰殘埂不同工況下戧堤上游水位情況對(duì)比可知，攔河閘進(jìn)出口殘埂對(duì)攔河閘泄流能力存在較大影響：在流量相同情況下，進(jìn)出口圍堰殘埂對(duì)攔河閘泄流能力的影響由大至小依次為進(jìn)出口各2.0 m殘埂、進(jìn)口2.0 m殘埂、出口2.0 m殘埂、進(jìn)出口無(wú)殘埂，也即攔河閘進(jìn)口圍堰殘埂對(duì)其泄流能力影響更大，而出口圍堰殘埂對(duì)其泄流能力影響相對(duì)較小，所以，應(yīng)當(dāng)盡快將攔河閘進(jìn)口處施工圍堰殘埂拆除至設(shè)計(jì)高程。對(duì)于圍堰殘埂組合情況，隨著截流流量的增大，攔河閘泄流能力受進(jìn)出口圍堰殘埂的影響逐漸減弱，且當(dāng)截流流量達(dá)1700 m3/s時(shí)，其影響已十分微弱，可忽略不計(jì)。當(dāng)截流流量分別為330 m3/s、432 m3/s、695 m3/s、860 m3/s時(shí)，攔河閘進(jìn)出口各存在2.0 m圍堰殘埂的工況下，戧堤上游水位比進(jìn)出口無(wú)殘埂的工況分別升高0.50 m、0.48 m、0.45 m、0.14 m。

3.2 圍堰殘埂影響龍口水力參數(shù)的分析

攔河閘圍堰殘埂主要影響合龍段龍口速度、單寬流量等水力參數(shù)，并使截流施工難度和施工質(zhì)量控制的不可預(yù)見(jiàn)性大大增加。選取截流流量432 m3/s、695 m3/s、860 m3/s時(shí)攔河閘進(jìn)出口無(wú)圍堰殘埂(工況一)和進(jìn)出口各存在2.0 m殘埂(工況二)的工況進(jìn)行對(duì)比分析，其合龍段龍口水力力學(xué)參數(shù)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 圍堰殘埂對(duì)龍口水力力學(xué)參數(shù)的影響結(jié)果

根據(jù)所進(jìn)行的圍堰殘埂對(duì)龍口水力力學(xué)參數(shù)影響結(jié)果的對(duì)比分析可知，在截流流量分別為432 m3/s、695 m3/s、860 m3/s且攔河閘進(jìn)出口各存在2.0m殘埂的工況下，截流戧堤上游水位比進(jìn)出口無(wú)殘埂工況下增加0.03 m～0.34 m，戧堤落差增加0.06 m～0.45 m，龍口最大流速增加0.23 m/s～0.89 m/s。可見(jiàn)，攔河閘進(jìn)出口各存在2.0 m殘埂時(shí)，殘埂對(duì)龍口水力力學(xué)參數(shù)的影響程度更大。在同一工況下，隨著截流流量的增大，龍口水力力學(xué)參數(shù)取值順次增大，也意味著截流難度的增大。當(dāng)截流流量取695 m3/s時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的龍口水力力學(xué)參數(shù)的增量值均最大，攔河閘圍堰殘埂對(duì)龍口水力力學(xué)參數(shù)的影響也最為顯著。

根據(jù)上述分析，攔河閘圍堰殘埂會(huì)不同程度的增大截流難度，當(dāng)截流流量取695 m3/s時(shí)，對(duì)截流難度的影響最大，為此，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加強(qiáng)該流量及所對(duì)應(yīng)工況下攔河閘圍堰殘埂的分析與控制。

3.3 圍堰殘埂影響截流拋投材料的分析

攔河閘圍堰殘埂的存在使截流進(jìn)占過(guò)程中的戧堤落差及龍口段流速增大，所以，對(duì)截流時(shí)所使用的拋投材料也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響，對(duì)影響程度的統(tǒng)計(jì)分析見(jiàn)表3。由表中結(jié)果可知，在截流流量相同的情況下，攔河閘圍堰進(jìn)出口各2.0 m殘埂工況下對(duì)拋投材料的使用量比進(jìn)出口無(wú)殘埂工況大；拋投石料流失程度也隨使用量的增加而增大。當(dāng)截流流量為432 m3/s時(shí)，在進(jìn)出口有殘埂和無(wú)殘埂兩種工況下，攔河閘圍堰殘埂對(duì)截流拋投材料沖砂的影響不大，對(duì)邊坡無(wú)明顯沖刷，隨著截流流量的持續(xù)增大，沖刷程度和拋投材料流失程度不斷增加。當(dāng)截流流量為860 m3/s時(shí)，不論攔河閘圍堰進(jìn)出口有無(wú)殘埂，邊坡均遭全部沖刷，拋投石料流失量在石料總量中均占比15%，對(duì)戧堤施工安全及施工質(zhì)量控制存在十分不利的影響，為此，必須加強(qiáng)棄渣岸坡的預(yù)進(jìn)占保護(hù)處理。

表3 攔河閘圍堰殘埂對(duì)截流拋投材料沖砂的影響

4 結(jié)論

本文分析結(jié)果表明，別迭里水電站攔河閘出口圍堰殘埂對(duì)攔河閘泄流能力存在一定影響，特別是泄流量較小的情況下這種影響越明顯，隨著泄流量的持續(xù)增大，出口圍堰殘埂的影響也逐漸下降，當(dāng)泄流量增大至1700 m3/s及以上時(shí)，出口圍堰殘埂對(duì)攔河閘泄流能力的影響已經(jīng)很小，甚至可以忽略不計(jì)。而別迭里水電站攔河閘進(jìn)口圍堰殘埂對(duì)攔河閘泄流能力的影響相對(duì)較大，且進(jìn)出口各存在2.0 m殘埂工況在對(duì)龍口水力參數(shù)及對(duì)截流拋投材料沖砂等方面的影響均比進(jìn)出口無(wú)殘埂工況大。此外，當(dāng)攔河閘進(jìn)出口均有圍堰殘埂時(shí)，截流拋石材料使用量和流失量均增大，并當(dāng)截流流量為860 m3/s時(shí)，河岸棄渣材料已全部遭沖刷，并嚴(yán)重威脅到戧堤施工進(jìn)度與安全，為此，筆者建議，應(yīng)當(dāng)將攔河閘進(jìn)口處圍堰殘埂拆除至設(shè)計(jì)高程，并通過(guò)預(yù)進(jìn)占以加強(qiáng)對(duì)岸坡棄渣的保護(hù)。