PILATON水电站取水口二期导流设计与施工

来源:用户上传      作者: 白咏梅 朱士斌

　　摘 要：PILATON水电站取水口二期截流采用伊兹巴什（С.ИэбашВ）公式对截流材料的粒径和数量进行了准确计算，对今后山区河流的截流设计与施工具有借鉴和参考价值。
　　关键词：PILATON 水电站 取水口 导截流 设计施工
　　1、前言
　　PILATON电站取水口工程主要由溢流堰和沉沙池组成，分两期施工。一期在右岸河滩地上进行溢流堰（堰顶高程1100m）、上游进水渠（块石铺砌，长110m，厚1m，表面高程1099m）和下游护坦，以及沉沙池的首部闸室（闸底板高程1103.4m）等建筑物的施工，二期对主河道进行截流，进行沉沙池池体的施工。根据工程进度安排在2014年5月初进行二期导流施工。
　　2、导流标准与洪水位计算
　　2.1 导流程序
　　对原河床进行截流，在围堰和沉沙池首部闸室的围挡下，利用3孔溢流闸和冲沙廊道进行河水导流。
　　2.2 导流标准与洪水量
　　沉沙池施工计划为2014年5月至2015年12月，根据本工程的技术规范施工导流工程的导流标准为25年重现期，洪水流量为370m3/s。
　　2.3 洪水位计算
　　洪水位计算条件：
　　（1）溢流闸全开状态。（不考虑冲沙廊道的泄流量，以提高安全系数。）
　　（2）洪水流量：25年一遇的洪水流量为370m3/s。
　　（3）溢流堰泄流量按WES实用堰进行计算，当洪水流量为370m3/s，公式 计算出堰前水深3.75，堰前水位高程为1103.75m。
　　（4）堰前水位高程为1103.75m时，进水渠末端水深为4.75m，由于进水渠段过流断面比较规则，简化明渠均匀流进行计算进水渠进口处的水位。
　　计算公式
　　式中： Q--设计流量，370m3/s
　　Z―进水渠进出口水位差，m
　　ε―进口侧向收缩系数，取0.8
　　b―铺盖宽度，32m
　　h―铺盖的水深，4.75m
　　φ―流速系数，取0.9
　　计算成果为当洪水流量为370m3/s，进水渠上下游水位差为0.58m，即进口处的水位高程为1104.33m。
　　（5）下游护坦末端的河床高程为1094m，根据下游护坦尺寸（宽34m，水深3.75m），护坦过流断面比较规则，仍可按简化明渠形式进行计算。计算成果为当洪水流量为370m3/s，水位差0.85m，水面高程1096.9m。
　　3、二期围堰设计
　　二期围堰包括位于河床上、下游围堰和沉沙池首部闸闸室加高。
　　3.1 河床上下游围堰
　　上游围堰前水位高程为1104.33m，围堰与河床正交，须考虑波浪爬高，安全超高为1m，则堰顶高程为1105.33m，堰长52m。
　　下游围堰前水位高程为1096.9m，安全超高为0.7m，则堰顶高程为1097.6m，堰长38.5m。
　　二期围堰采用土石围堰，粘土心墙防渗，梯形断面，迎水面1：2、背水面1：1.5，顶宽4m。
　　3.2 沉池池首部闸底加高
　　沉沙池首部闸底板高程为1103.4m，闸前洪水位为1103.75m，需增加安全超高。2015年雨季前仍为无闸门状态下，在闸底板上设置0.8～1m高挡水围堰，围堰采用袋装土码放，中间填粘土防渗。
　　4、截流设计
　　河道狭窄，截流流量不大，现有设备能够满足快速进占要求，因此截流方式采用单戗立堵单向进占法，初步拟定龙口宽度8m。根据水文资料，考虑5月份仍为当地雨季，为确保安全，截流时的洪水流量按100m3/s。
　　4.1龙口水力计算
　　（1）龙口流量计算
　　经多次试算，形成龙口时，溢流堰开始分流，溢流堰顶水深1m，龙口上游水深3m。截流后，河水将全部通过溢流堰，堰顶水深将为1.75m，即水面高程1101.75m。
　　龙口处水的流态为非淹没流，龙口泄流量计算公式为
　　式中：m―流量系数，取0.32～0.3
　　H―龙口上游水位，m
　　计算龙口流量Q=59m3/s。
　　（2）龙口流速计算
　　龙口流速形成三角形断面前的流速计算公式：
　　式中：q―龙口单宽流量，59/8=7.38m3/s。
　　计算龙口流速v=4.16m/s。
　　龙口形成三角形断面后的流速计算公式为 ，计算龙口流速v=3.9m/s。
　　4.2抛投块体的计算
　　伊兹巴什（С.ИэбашВ）公式中关于截流材料平衡方程的计算公式
　　式中：v为龙口平均流速，m/s
　　γs、γ分别为块石和水和容重，t/m3，块石容重取2.4
　　K为块石的抗滑稳定系数，0.5～0.75，取0.6
　　d为块石直径，m
　　计算龙口流速v=4.16m/s时需块石直径为d=1.07m；当龙口形成三角形时，流速v=3.9m/s时需块石直径为d=0.94m。
　　计算龙口截量需块石160m3。考虑1.3的备料储备系数，将储备d=1.0m大块石208m3同时准备5个串石备用。
　　5、施工
　　截流安排在2014年5月1日进行，沉沙池首部闸前水位高程为1101.75m因此沉沙池首部闸底板围堰暂不施工。
　　5.1一期围堰拆除
　　提前对一期上游围堰进行降高减肥开挖，以减少后期拆除施工强度。提前将上游围堰顶高程由1102.6m降到1101.5m（流量100m3/s时水面高程1100.2m），剩余一条宽4m的道路，满足截流前的通行。
　　2014年5月1日前将一期围堰剩余拆除，拆除的渣料堆放在溢流闸5#墙左边的回填区域作为二期围堰的填筑材料。
　　5.2二期围堰填筑
　　（1）上游围堰
　　截流时的围堰前水位高程为1101.75m，围堰将分两次填筑。
　　第一次龙口截流后按围堰结构进行防冲、防渗加固并填筑到1102.5m。围堰填筑采用单向进占方式，由河床右岸向左岸进占，预留6-8m宽龙口进行截流。围堰填筑采用CAT320挖掘机装运，15t自卸车运输，装载机推铺，戗堤高出水面后，使用压路机进行碾压。龙口合龙时采用自卸车运输大粒径块石斜向上游方向进行抛投，随着龙口束窄，流速增大，用挖掘机配合推土机将已备好的大块石和串石集中抛投，直至合龙成功。合龙后，立即抛投坡积料（或粘土）在迎水坡面和坡脚闭气，同时对局部冲刷部位抛投块石作防冲护脚处理，随后进行围堰加高培厚和防渗体施工。
　　第二次施工护坡1102.5m以上部分，利用基坑开挖料填筑，确保在2015年雨季前达到1104.77m以上。
　　（2）下游围堰
　　2014年5月份围堰前水位高程为1095.75m，围堰也分两次填筑。
　　6、结束语
　　导截流工程在水电站施工中有着相当重要的作用，由于导截流工程所处的施工环境的特殊性和唯一性，因地制宜的制定合理的设计方案和施工实施方案，对工程施工的进度和经济有重要意义。本项目选用伊兹巴什（С.ИэбашВ）公式对山区河流的抛石截流材料的粒径和备料量进行准确计算及现场的精心管理，截流龙口合龙历时6小时，为项目取得了可观的经济效益，对今后类似工程具有很好的借鉴和参考价值。
　　参考文献
　　[1]全国水利水电施工技术信息网，水利水电工程施工手册―施工导（截）流与度汛工程北京中国电力出版社，2005
　　[2]吕兴祖、刘发权，施工截流与基坑排水，北京水利电力出版社，1987
　　[3]郑守仁，河道截流及流水中筑坝技术，湖北科学技术出版社，2009
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