dapein水电站导流设计

dapein水电站导流设计

1厂区厂区dapin（）水库位于缅甸东北部克钦邦（kasin）边境，靠近中缅边境。工程区上游为中国云南省德宏傣族景颇族自治州盈江县,坝址所在地距中缅第37号界桩约2.5km。DAPEIN(Ⅰ)水电站以发电为唯一开发目标,所发电量回送中国境内。工程规模为中型,工程等级为Ⅲ等,水库正常蓄水位255.00m,死水位250.00m,坝址控制流域面积6010km2,装机4×60MW,保证出力30.05MW,多年平均发电量10.7亿kW·h。本水电站为引水式电站,主体建筑物包括:首部枢纽、引水系统和厂区枢纽。其中首部枢纽由混凝土重力坝(包括冲沙泄洪孔、排漂孔、溢流坝段和非溢流坝段)、下游消力池、电站进水口、左岸导流隧洞等建筑物组成;引水系统由有压引水隧洞、调压井、压力管道等组成;厂区枢纽由电站厂房、升压站等组成。拦河坝采用混凝土重力坝,最大坝高45.50m,正常蓄水位255.00m,设计洪水位(P=2%)255.00m,校核洪水位(P=0.2%)256.06m,坝顶高程257.50m,坝轴线处坝顶全长204m。本水电站布置两条引水隧洞,每条隧洞洞径8m,总引用流量386m3/s(单机引用流量96.5m3/s),Ⅰ#引水隧洞长3299.282m,Ⅱ#引水隧洞长3342.214m,调压井内径均为16m。电站厂房位于坝址下游约3.9km处的河滩地上,此处地势平坦,适宜于布置厂区各种建筑物。电站厂区主要建筑物:主厂房、副厂房、110kVGIS室和500kV户外升压开关站等。2排水条件2.1“v”型谷DAPEIN(Ⅰ)水电站库区河段总体由北东流向南西,河流近直线,在坝址附近约为弧形。河谷一般为大体对称的“V”型谷,一般河槽深切,水面狭窄。库区谷坡一般40°~50°之间,局部较陡达60°左右。工程区出露的地层为深变质岩系,岩性为眼球状混合片麻岩、花岗质混合片麻岩及黑云角闪斜长片麻岩和条带状混合片麻岩、黑云斜长变粒岩、角闪岩等,另外分布有燕山期的花岗岩,以岩墙或岩床的形式侵入。2.2气候区空气运移特征Dapein江流域地处高黎贡山区域,属亚热带湿润季风气候区,主要受西南暖湿气流和西部干暖气流的影响,水汽十分充沛。降水量年内分配不均,主要集中在5~10月,该时期降水量约占全年降水量的88%(见表1和表2)。3标准的引导基准3.1流护墙设计本工程等级为Ⅲ等,主要建筑物为3级,次要建筑物为4级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)规定,当永久建筑物为3级、4级时,导流建筑物级别为5级,对应土石结构导流建筑物洪水标准为重现期10年~5年。首部枢纽施工导流分为初期导流、坝体度汛导流两个阶段。3.2年发酵时期风压的影响本工程首部枢纽采用枯水期全断面围堰挡水,隧洞导流。根据大坝施工强度及进度计划、工程区水文特性及导流隧洞工程造价等因素,比较各个枯水时段洪峰流量,导流时段采用12月~次年4月。本工程位于缅甸山区,下游村庄及人口稀少,挡水坝为混凝土结构,允许坝面临时过水,堰前库容较小,围堰失事后的损失和加大导流标准而增加的工程费用相比,失事后的损失较小,因此本工程采用重现期5年洪水标准,相应5年一遇,12月~次年4月设计洪峰流量为Q=429m3/s。3.3坝体临时度灾设计本工程位于峡谷地段,库容较小,总库容为0.048×108m3,拦洪度汛库容为0.016×108m3。根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)规定,混凝土坝坝前拦洪库容小于0.1×108m3时,坝体临时度汛洪水标准为重现期20年~10年,因为本工程拦洪库容过小,因此采用规范推荐值的下限,度汛标准采用重现期10年全年洪水,相应设计洪峰流量为Q=2820m3/s。4流量规划和流量规划4.1施工高导向性本工程坝址处河道地形为“V”形河谷,两岸无河滩、台地可以利用,右岸为凹岸,左岸为凸岸。首部大坝为混凝土重力坝,工程为引水式开发,可利用枯水期进行施工。结合地形、地质、首部主体建筑物布置等因素,综合考虑,本工程首部枢纽施工导流采用枯水期全断面围堰一次拦断河水,左岸导流隧洞泄流的导流方案,汛期由坝体预留缺口、冲沙泄洪底孔和左岸导流隧洞联合泄流。首部枢纽导流布置平面图见图1。4.2坝体施工管理根据本工程施工总进度计划,2008年11月中旬前,原河床过流,施工左岸导流隧洞和两岸坝肩开挖;2008年11月下旬截流;2008年12月至2009年4月,上、下游土石围堰挡水,导流隧洞过流,进行坝基开挖和坝体混凝土浇筑。2009年5月至2009年11月,导流隧洞、冲沙泄洪底孔、溢流坝段预留缺口(宽79m,底高程237.50m)联合泄流,局部坝体混凝土浇筑。2009年12月至2010年4月,继续坝体混凝土浇筑和闸门安装。2010年5月至2010年6月汛期,坝体闸孔过流,坝顶辅助设施施工(见表3)。5建筑物的注入5.1导波洞5.1.1ktf置高地地质条件在满足枢纽建筑物总布置要求的前提下,导流隧洞的布置主要考虑地形地质条件、分流条件、洞内水力条件、施工条件、与临近建筑物的相对关系等因素,以与水工枢纽布置相协调,减少导流隧洞长度,减少工程投资为原则。5.1.2岩、花岗质片麻岩隧洞沿线穿越岩层为元古界高黎贡山群第三段之变质岩系,其岩性为眼球状角闪斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩,夹条带状混合片麻岩、花岗质片麻岩,片麻理走向与隧洞轴线的交角均较大,有利于洞身稳定。隧洞进口段分布有Ⅲ级结构面F208断层,明渠段分布有Ⅲ级结构面F201断层。隧洞洞身岩体较新鲜坚硬,一般为弱风化下部~微新岩体,进口段为弱风化上部岩体,但是隧洞上覆岩体厚度较薄,均小于3倍洞径,且局部岩体质量较差,呈强风化状,岩性软弱。地下水位高于隧洞的设计顶高程,洞室一般为潮湿~滴水状。5.1.3英美法系明渠段导流隧洞原设计方案为后期改建的冲沙洞,后根据模型试验研究,利用导流隧洞改建为冲沙洞的排沙能力很有限,因此取消了改建导流隧洞为冲沙洞的设计方案,导流隧洞仅承担导流任务,后期封堵。导流隧洞全长423.41m,包括进口明渠段、洞身段、出口明渠段。导流隧洞进口明渠长89.73m,梯形断面,底净宽8.234m,底高程227.5~225.0m,底坡i=2.8%,在进口明渠末端设置有3.5m长的渐变段,有利于进口明渠与隧洞进口的平顺衔接。洞身段长245.63m,进口底板高程225.00m,出口底板高程222.05m,纵坡1.2%。全长采用钢筋混凝土衬砌,标准过流断面为直径7m的圆形,过水面积38.47m2。进口长16.05m范围为渐变段,洞身进口直线段长138.56m,转弯段长51.02m,转弯半径74.29m,转角39°,出口直线段长40m。导流隧洞出口明渠长88.05m,梯形断面,扩散角6°,底宽7.0~19.29m,底高程222.05~219.00m,底坡i=3.5%。5.2坝前度概况及工程施工安排冲沙泄洪底孔位于9#坝段,闸室采用胸墙式结构,共1孔,闸室前沿总宽度13m,进口底板高程225.00m,进口尺寸为7.0m×7.0m,出口胸墙底高程232.0m。闸室顺水流方向长度55.8m。闸墩为实体式,其前部墩顶高程为257.5m,后部为244.0m。根据大坝度汛要求及浇筑施工安排,2009年4月30日,6#、7#、8#、9#坝段浇筑至237.5m高程,预留缺口宽度79m,坝前度汛水位为243.9m,汛前根据大坝实际浇筑形象调整坝前度汛水位。大坝拦洪度汛上游立视图详见图2。5.3排水并关闭5.3.1坝上地区基岩冲积物上游围堰布置在坝轴线上游约70m处。根据钻探成果,冲积层一般厚6~9m,由卵石、漂石为主构成。左、右岸接近堰顶高程的缓坡台地上有厚约5~8m的堆积物覆盖在基岩面上,由漂、块、孤石夹砂质粉土构成,河床冲积层及左、右岸堆积物均为强透水层。下游围堰布置在坝轴线下游约100m处,右岸地层结构较均一,基岩裸露,左岸处在阶地之上,地形平缓,河床冲积物厚约9m,阶地冲积物厚约11m。右岸堰基为弱风化基岩,河床及左岸均填筑于冲积层上,冲积层为强透水层。5.3.2围堰设计方案根据堰址所处地形地质条件,本工程围堰难点为堰基防渗。堰基防渗主要有水平防渗和垂直防渗两种型式,本工程重点比较了水平粘土铺盖防渗、灌浆垂直防渗两种型式。粘土铺盖作为堰基防渗的优点:施工速度快,抛填粘土与围堰填筑可同时施工,围堰闭气时间短。粘土铺盖作为堰基防渗的缺点:抛填粘土质量难以保证,渗水量较大,围堰基础渗透稳定难有可靠保证。灌浆垂直防渗的优点:灌浆施工工艺成熟,防渗效果较有把握,渗水量小;缺点:灌浆施工与围堰填筑施工干扰较大,灌浆施工时间较长,闭气时间较长。经对不同围堰型式方案比较,参考其它类似工程围堰设计经验,在可研设计阶段,围堰选定为粘土斜墙加粘土铺盖的土石围堰型式,后期考虑到河床砂卵石层较厚,透水性强,围堰基础渗透稳定无可靠把握等因素,将围堰型式改为粘土斜墙加控制性帷幕灌浆防渗。上游围堰堰顶高程240.00m,顶宽6.00m,堰顶全长118.11m,覆盖层以上堰体最大高度15.50m。上游面236.0m高程以上边坡坡度为1∶2.0,236.0m高程以下坡度为1∶1.5;下游面边坡坡度为1∶1.5,在高程233.00m处设有宽20.96m的马道,作为控制性帷幕灌浆施工平台和连接两岸的施工临时道路。堰体采用在两个戗堤之间抛填粘土斜墙防渗,粘土斜墙水下部分边坡为1∶2.5,水上部分为1∶0.13,斜墙顶宽2.0m。截流戗堤位于围堰轴线上游7.01m处,戗堤顶高程236.00m,顶宽8.00m,上下游坡比均为1∶1.5。上游围堰典型剖面图见图3。下游围堰堰顶高程225.50m,堰顶宽度19.19m,堰顶长度96.04m,最大堰高5.5m,上游坡度1∶1.25,下游坡度1∶1.5。控制性帷幕灌浆施工平台设置于堰顶,堰顶兼做连接两岸的施工临时道路。粘土斜墙抛填边坡为1∶2,斜墙顶宽2.0m,在斜墙背水面铺设0.8m厚的砂砾石反滤层,在下游迎水面设有不小于0.8m厚的石渣护坡。由于下游围堰较小,填筑量不大,所以戗堤高程与堰顶高程齐平,顶高程为225.50m,宽度6m,上游坡比1∶1.25,下游坡比1∶1.5。下游围堰典型剖面图见图4。6模拟的输入模型试验6.1高水管流方案验证水利水电工程导流设计,仅仅凭借水力学计算来确定施工水力要素不够可靠;理论计算总是难以真实反映天然河道和水工建筑物复杂的边界情况。因此,为了工程安全,本工程对导流方案通过水工模型试验加以验证;通过水力学模型试验,进一步掌握和了解主体工程施工期该导流方案各项水力条件,验证并观测导流隧洞的泄流能力、流态等;验证围堰挡水高程的合理性以及围堰的抗冲安全性,并提供修改建议意见和相应措施。6.2试验结论6.2.1游围堰水位在设计流量Q=429m3/s下,上游围堰实测堰前水位为238.90m,比理论计算上游围堰设计挡水位238.50m高0.4m,建议上游围堰加高0.5~1.0m。在设计流量Q=429m3/s下,下游围堰实测堰前水位为221.80m,根据天然河道水面线推算的下游堰前水位为224.5m,比实测水位高2.7m。水流从导流隧洞出口泄出后,主流方向与下游围堰轴线方向基本平行,水流以较大的流速直接经弯道流向下游。由于下游天然河床水位流量关系资料较少,且模型试验下游控制水位是根据水力学计算推算出来,从安全角度考虑,不建议降低下游围堰的堰顶高程。6.2.2立轴涡流影响下的回流隧洞发育由于导流隧洞进口上游水头较小,容易在进口处产生立轴漩涡。立轴漩涡将空气体带入导流隧洞内,减小了过水面积,对导流隧洞的泄流能力有一定影响。导流隧洞泄流能力的试验数据见表4。由表4可知,导流隧洞的泄流能力满足设计要求。6.2.3主要冲刷处理上游围堰堰前流速很小、水流平稳,有微弱的回流现象,微电脑流速仪实测读数为零;工况Q=429m3/s时,导流隧洞进口平均流速4.79m/s,上游行近流速1.12m/s。下游围堰堰前水位很低,工况Q=429m3/s时,下游围堰堰前水位221.8m;导流隧洞出口最大流速11.04m/s,堰脚回流流速1.20m/s,不存在冲刷问题。因此,上、下游围堰都不需要进行特殊的防冲刷处理。经试验论证,DAPEIN(Ⅰ)水电站