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米兰河山口水利枢纽导流兼泄洪排砂洞设计

更新时间:2009-03-28

1 工程概况

米兰河山口水利枢纽工程位于米兰河峡谷出山口上游处,是一座集工业、农业灌溉供水,同时兼顾发电的综合水利枢纽工程。米兰河山口水利枢纽工程为Ⅲ等中型工程。主要建筑物包括沥青混凝土心墙坝、导流兼泄洪排砂洞(以下简称导流洞)、溢洪道、发电引水洞及电站厂房等组成。总库容4 128万m3,最大坝高83 m。导流兼泄洪排砂洞为3级建筑物。

米兰河流域属于荒漠干旱区,洪水主要为融雪型和暴雨型洪水,历时短,洪量大,河道天然纵坡较大,流域植被差,河床及两岸阶地为较厚的砂卵砾石层,各种因素综合造成米兰河泥沙含量高于新疆地区其它河流。米兰河水利枢纽坝址多年平均悬移质输沙量为128.3×104t,多年平均悬移质输沙率为40.66 kg/s,多年平均含沙量为10.1 kg/m3,多年平均推移质输沙量为25.66×104t,多年平均输沙总量为154×104t。

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2 导流兼泄洪排砂洞设计[1、2]

米兰河山口导流洞在工程施工期承担导流、度汛任务,运行期承担泄洪、排砂等任务。导流洞进口底板的高程和孔口大小不仅要满足施工期导流、度汛要求,同时应满足运行期泄洪排砂的要求。

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出口段包括出口矩形明槽段、涡曲面扩散段、消力池、护坦、铅丝石笼段及明渠段,长约407 m。建筑物基础主要为洪积砂卵砾石层互层和第四系砂卵砾石。

2.1 进口引渠段

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该段位于左岸Ⅱ级阶地上,末端岸坡坡脚有基岩出露。引渠平面布置为伸向河道的喇叭口型式,进口底宽72 m,末端底宽8 m,长176.09 m,断面型式为梯形,底坡为i=0;引渠末端底板采用20 cm厚C20现浇混凝土板衬砌,长20 m,底坡为i=0,底板高程1 383.00 m。进口引渠段的布置型式使进水条件较为顺畅,上游泥沙进入引渠内,随着引渠断面束窄,流速变大,防止泥沙在冲砂过程中在导流洞闸井进口处淤积。

2.2 闸井段

在闸井工作弧门至洞身进口处过水断面较小,流速较大,通过水工模型试验,最大流速为31.88 m/s,压强较小,最小的空化数为0.16,容易发生空蚀破坏[3]。通过类似工程经验和水工模型试验分析结果,在闸井工作弧门后布置1道挑坎与通气槽组合型式的掺气设施,挑坎高30 cm,坎坡1∶10,在闸井两侧边墙内各埋设1根内径1 m通气管,引至挑坎底部通气孔进气,底部设置4个内径均为0.2 m的通气孔,该措施可有效减少空蚀破坏。

闸井段紧接进口引渠末端,闸井段出露岩性为大理岩,闸井基础坐落于微鲜岩体中。闸井型式采用岸塔式结构,闸井段长27 m,宽10.5 m,闸井顶高程与坝顶高程1 450.00 m相同,设置交通桥与坝顶道路连通。闸井进口底板高程1 383.00 m,采用有压短管进水口,压坡段上游设平板事故闸门,下游设弧形工作闸门。进口段上缘为一椭圆曲线,椭圆曲线下游接斜率为1∶4.5的直线,进口段两侧为半径1.5 m的1/4圆弧,形成三面收缩喇叭口。平板事故闸门孔口尺寸为4.5 m×5.5 m(b×h),采用前止水,事故闸门门前最大水头64.5 m,采用动水关闭,静水开启运行方式。事故门后采用长8 m,坡度1∶4的压坡段,将工作弧门孔口断面压缩至3.5 m×3.5 m,弧门半径7.7 m。

2.3 洞身段

隧洞洞身长170 m,纵坡i=1/100,为无压洞。洞身段为4.0 m×5.5 m的城门洞形,圆拱中心角120°,直墙高4.3 m。进口渐变段长20 m,从3.5 m×3.9 m矩形断面渐变为4.0 m×5.5 m城门洞型。通过水工模型试验分析,在边墙和底板连接处设半径0.5 m的圆弧形内贴角,隧道内水的流态更好,高速水流携带泥沙不易对边墙和底板连接处造成破坏。隧洞一次支护为挂网喷锚支护,喷射10 cm厚C25混凝土,布设3 m长φ25系统砂浆锚杆,环纵向间距均为2.0 m;隧洞二次衬砌采用钢筋混凝土衬砌。衬砌厚度根据外水压力的不同,隧洞前80 m衬砌厚度为0.8 m,后90 m衬砌厚度为0.6 m。洞顶120o范围回填灌浆,隧洞全断面固结灌浆,在坝轴线处布置一个帷幕灌浆断面。

洞身段斜穿左坝肩山梁,洞顶上覆岩体厚25~94 m大理岩和二云母石英片岩,二者呈整合接触,片理发育,片理面褶曲。洞身段发育2条断层f7和f8,断层宽度0.8~1.5 m,带内为碎裂岩和少量糜棱岩。洞身段洞室围岩以Ⅲ类为主,局部为Ⅳ类,岩体内2组节理走向与洞轴线交角0°~30°,对隧洞两侧洞壁影响较大,易顺节理面形成掉块,开挖后及时采取喷锚支护措施,过断层处采用混凝土塞处理。

隧洞内水流流速高,水中泥沙含量大,易对隧洞内底板和边墙造成破坏。参考新疆地区已建成运行的其它泥沙含量高的导流洞工程实例,导流洞底板和边墙30 cm厚均采用C35抗冲耐磨混凝土衬砌,工程运行中高速水流携带大量泥沙对C35混凝土冲磨破坏严重,后经试验分析[3],通过多种方案的比较,采用更高强度混凝土对泥沙的抗冲耐磨效果较好。借鉴其它工程经验,综合分析确定本工程导流洞洞身底板迎水面表层30 cm及边墙1 m高均采用C50抗冲耐磨混凝土衬砌,其它部位均采用C25钢筋混凝土衬砌。

2.4 出口段

根据枢纽总体布置,导流洞布置于河床左岸,溢洪道左侧,结合本工程导流洞在施工期和运行期承担不同的任务,导流洞采用进口有压短管无压洞,由进口引渠段、闸井段、洞身段、出口段等组成,导流流量178.63 m3/s,度汛流量206.22 m3/s,设计泄洪流量358.73 m3/s,校核泄洪流量366.10 m3/s。

出口矩形明槽段长11 m,底宽4 m,高5.5~7.8 m,采用整体混凝土矩形槽结构型式。涡曲面扩散段落差29.50 m,水平扩散长度53.501 m,扩散角5.7°,底宽由4 m扩宽到15 m,墙高7.8 m~15.8 m,扩散段采用10 m一段整体混凝土矩形槽结构型式,涡曲面底板及边墙1.5 m高的部位采用C50抗冲耐磨混凝土,其余部位采用C25混凝土。消力池长70 m,池宽15 m,池深7.9 m,消力池采用整体矩形槽结构型式,消力池边墙上布设间距2.5 m的排水孔,并在排水孔的边墙结构缝背水面处贴无纺布滤水,以防止堵塞。护坦及明渠段采用与溢洪道出口联合布置的型式,加大渠道过水断面面积,降低流速。护坦长50 m,采用扩散式梯形断面,边坡1∶1.75;护坦后设置20 m长铅丝石笼段,以防止产生冲刷破坏。护砌段后为开挖不衬砌扩散段与河道平顺连接。

3 运行期现况

导流洞施工完建后,作为大坝施工期唯一的导流、度汛建筑物,连续运行2年,进口引渠段未出现泥沙淤积现象,冲砂效果较好;出口护坦段水流平稳,未对河床及护岸造成冲刷破坏。导流洞运行2年后,坝体施工到一定高程后,短暂关闭导流洞工作闸门,进入导流洞内对掺气系统和洞身运行情况进行检查,掺气系统周边各部位结构没有任何破坏,在导流洞洞身段底板上发现有局部磨损现象,分析认为主要是河水中大粒径石块在高速水流作用下翻滚对底板混凝土正常磨损,对结构安全没有影响。

4 结语

导流洞作为米兰河山口水利枢纽中重要的组成部分,在施工期承担施工导流和度汛任务,在工程运行期承担底孔泄洪和排砂任务,加之米兰河河水中泥沙含量较高等特点,在设计过程中结合水工模型试验数据,认真分析,采用合理有效的工程措施,有效消除安全隐患。根据导流洞实际运行情况分析,该导流洞满足不同工况下的安全运行要求,说明该导流洞的设计科学合理。

大学生需对自我进行全面客观的分析与定位,学生要清楚自己是谁,自己想要做什么,自己能够做什么。要分析个人的能力、兴趣、性格、气质、价值观、道德水准以及自我评价等。学生要结合自身特点,在自我分析的基础上进行专业和职业定位,有意识地培养能力、挖掘潜力、发展个性、扬长避短。

参考文献

[1]SL253-2000,溢洪道设计规范[S].

[2]SL279-2016,水工隧洞设计规范[S].

[3] 刘亚坤,倪汉根.新疆米兰河水利枢纽工程水工模型试验报告[R].大连:大连理工大学土木水利学院,2012.

 
童亮
《广西水利水电》 2018年第01期
《广西水利水电》2018年第01期文献

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