蛟河抽蓄工程下水庫(kù)施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

楊振平，馬王禹澤

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 工程概況

蛟河抽水蓄能電站位于吉林省蛟河市境內(nèi)的松花江一級(jí)支流漂河的源頭區(qū)，上水庫(kù)位于琵河村西北方向約5 km的北溝溝首處，下水庫(kù)位于琵河村上游約3 km處，工程裝機(jī)容量為1 200 MW，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大（1）型。永久性主要建筑物為1級(jí)建筑物，包括上水庫(kù)擋水建筑物、輸水建筑物、地下廠房、主變洞、母線(xiàn)洞、通風(fēng)兼出線(xiàn)洞、地面開(kāi)關(guān)站、下水庫(kù)擋水、泄水消能建筑物等；永久性次要建筑物為3級(jí)建筑物，包括進(jìn)廠房交通洞、尾調(diào)通風(fēng)洞、排水廊道等；臨時(shí)性建筑物為4級(jí)建筑物。

2 基本水文資料

下水庫(kù)壩址處設(shè)計(jì)洪峰流量及天然24 h設(shè)計(jì)洪量見(jiàn)表1，下水庫(kù)分期設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表2，下水庫(kù)壩址水位流量關(guān)系見(jiàn)表3。

表1 下水庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰流量及24 h設(shè)計(jì)洪量成果表

表2 下水庫(kù)分期設(shè)計(jì)洪水成果表 m3/s

表3 下水庫(kù)壩址水位流量關(guān)系

3 導(dǎo)流方式

下水庫(kù)大壩壩型為混凝土面板堆石壩，不適宜采用分期導(dǎo)流方式；下水庫(kù)大壩工程在右岸設(shè)置1條泄洪放空洞，可以考慮用做施工導(dǎo)流泄流建筑物使用，永臨結(jié)合，降低工程投資；下水庫(kù)壩址所在的漂河屬于小河流，洪水流量較小。綜合考慮下水庫(kù)放空檢修及施工導(dǎo)流等需要，下水庫(kù)大壩施工采用圍堰一次攔斷河流、基坑全年施工、泄洪放空兼導(dǎo)流洞泄流的導(dǎo)流方式。

4 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及度汛標(biāo)準(zhǔn)

4.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

下水庫(kù)大壩壩型為混凝土面板堆石壩，為1級(jí)建筑物，根據(jù)NB/T 10491-2021《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，相應(yīng)導(dǎo)流建筑物為4級(jí)建筑物，施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)土石圍堰為10年重現(xiàn)期洪水[1]。為保證下水庫(kù)混凝土面板堆石壩工程施工質(zhì)量，施工期間基坑不宜過(guò)水，故導(dǎo)流擋水時(shí)段采用擋大汛洪水，基坑全年施工。

4.2 度汛標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)施工進(jìn)度安排，第3年10月中旬，壩體填筑高程超過(guò)圍堰堰頂高程，需要壩體施工期臨時(shí)擋水度汛。根據(jù)NB/T 10491-2021規(guī)定，壩體擋水?dāng)r蓄庫(kù)容小于0.1億m3，度汛洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50～20年重現(xiàn)期[1]?？紤]下水庫(kù)壩后附近有琵河村，壩體過(guò)流將對(duì)下游造成人員財(cái)產(chǎn)損失，故壩體施工期臨時(shí)度汛洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用上限值，即大汛50年重現(xiàn)期洪水，相應(yīng)洪峰流量為361.0 m3/s。

5 導(dǎo)流程序

由于下水庫(kù)大壩施工導(dǎo)流利用永久泄洪放空洞進(jìn)行泄流，導(dǎo)流建筑物僅有上下游圍堰，圍堰布置考慮因素較為簡(jiǎn)單，滿(mǎn)足大壩基坑擋水要求即可。下水庫(kù)大壩施工導(dǎo)流程序：第1年9月初開(kāi)始進(jìn)行泄洪放空兼導(dǎo)流洞施工，至第2年9月底泄洪放空兼導(dǎo)流洞具備過(guò)水條件，第2年10月中旬開(kāi)始截流。結(jié)合工程施工進(jìn)度安排，施工導(dǎo)流過(guò)程分為初期、中期和后期[1]。下水庫(kù)攔河壩施工導(dǎo)流程序見(jiàn)表4。

表4 下水庫(kù)大壩施工導(dǎo)流程序表

6 初期導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

6.1 泄洪放空兼導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

泄洪放空洞采用短有壓進(jìn)口形式，由引水渠、閘門(mén)井段、無(wú)壓隧洞、出口擴(kuò)散段及消能段組成。進(jìn)水口底板高程為401.00 m，閘門(mén)井內(nèi)設(shè)1道事故閘門(mén)和1道工作閘門(mén)。工作閘門(mén)后接無(wú)壓隧洞，采用一坡到底，斷面采用城門(mén)洞型。洞徑為4.00 m×7.30 m，工作閘門(mén)孔口尺寸為4.00 m×4.20 m。

6.2 導(dǎo)流建筑物水力學(xué)計(jì)算

按有壓流進(jìn)行計(jì)算，按下列公式計(jì)算：

其中：μ——流量系數(shù)；ω——隧洞出口斷面面積，m2；H0——上游水面與隧洞出口底板高程差H及上游行近流速水頭V02/2g之和，一般可認(rèn)為H0=H；hp——隧洞出口斷面水流的平均勢(shì)能；ξi——某一局部能量損失系數(shù)，與之相應(yīng)的流速所在斷面為ωi（根號(hào)內(nèi)第二項(xiàng)）；li——某一段洞長(zhǎng)，與之相應(yīng)的斷面面積、水力半徑和舍齊系數(shù)為ωi（根號(hào)內(nèi)第三項(xiàng)）、Ri和Ci；a——出口斷面洞高；p/r——為出口斷面平均單位壓能，當(dāng)淹沒(méi)流時(shí)，hp=hs(下游水深），當(dāng)自由出流時(shí)，p/r一般常小于0.5a，當(dāng)出口逐漸收縮和注意改善出口斷面與下游邊界的銜接條件時(shí)可取p/r=0.5a[2]。

經(jīng)計(jì)算，上游擋水水位為410.95 m。

6.3 堰頂高程計(jì)算

圍堰堰頂高程按下列公式計(jì)算：

式中：h——圍堰擋水水位，m；Y——圍堰頂超高，m；R——設(shè)計(jì)波浪爬高，m；e——設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高，m；A——安全加高，m。

經(jīng)計(jì)算，上游圍堰頂高程為412.10 m，下游圍堰頂高程為397.50 m。

6.4 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上游土石圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)采用全年10年重現(xiàn)期洪水，經(jīng)水力計(jì)算，圍堰設(shè)計(jì)擋水位為410.95 m，考慮波浪爬高、最大風(fēng)速壅高等影響，確定圍堰堰頂高程為412.10 m，圍堰長(zhǎng)度為264.30 m。截流戧堤頂寬8.00 m，圍堰頂寬10.00 m，兩側(cè)坡比均為1∶1.7。圍堰斷面堰殼填筑料為堆石料，防滲體采用高噴灌漿上接土工膜防滲體。

下游土石圍堰設(shè)計(jì)擋水位為396.17 m，考慮波浪爬高、最大風(fēng)速壅高等影響，確定圍堰堰頂高程為397.50 m，圍堰長(zhǎng)度為157.50 m。圍堰斷面形式同上游圍堰。

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)吉林蛟河抽水蓄能電站工程的工程特點(diǎn)，從水力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面全面論述施工導(dǎo)流的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)施工具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，確保工程安全導(dǎo)流度汛。