雅鲁藏布江街需水电站施工截流模型试验研究

'学兔兔www.xuetutu.com水利水电技术第47卷2016年第2期雅鲁藏布江街需水电站胞工截流檩型i式验研奔郑强，胡志根，任金明，吴忠，陈永红，董宝顺(I．武汉大学水利水电学院，湖北武汉430072；2．长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010；3．中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州310014)摘要：雅鲁藏布江街需水电站施工截流为典型的大比降山区河道截流，天然河道状态下截流难度极大。本工程截流主要利用下游电站水库回水效应创造的截流条件。模型试验研究分析了下游库水位变化对截流难度的影响；验证了单导流洞和双导流洞过流条件下的截流水力学指标；提出了在导流洞进口岩坎设置缺口的截流优化措施并分析了缺口参数与分流效应的关系。试验对比了不同工况下的截流龙口水力学指标，优选了安全可靠的截流方案，为工程截流施工组织提供了重要指导作用。关键词：街需水电站；截流；模型试验；水力指标；雅鲁藏布江doi：10．13928／j．enki．wrahe．2016．02．021中图分类号：TV135．5(275)文献标识码：B文章编号：1000—0860(2016)02—0097—05ModelexperimentalstudyonclosureforconstructionofJiexuHydropowerStationOilYarlungZangboRiverZHENGQiang。，HUZhigen，RENJinming，WUZhong，CHENYonghong，DONGBaoshun(1．SchoolofWaterResourcesandHydropowerEngineering，WuhanUniversity，Wuhan430072，Hubei，China；2．ChangjiangInstituteofSurvey，Planning，DesignandResearch，Wuhan430010，Hubei，China；3．HuadongEngineeringCorporationofPowerchina，Hangzhou310014，Zhejiang，China)Abstract：TheclosurefortheconstructionofJiexuHydropowerStationonYaduZangboRiverisatypicalclosureofriverchan-nelinmountainousregionwithlargegradient，whichisquitedifficulttobedoneunderthenaturalstateofriverchanne1．Forthisclosure．theclosuringconditioniSmainlycreatedwiththeeffectfromthebackwaterfromthereservoirofthedowns~eamhydro—powerstatiorrTheeffectfromthechangeoftllewaterleveloftl1edownstreamreservoironthedifficultyoftheclosureiSanalyzedinthemodelexperimentalstudy，andthenthehydraulicindexesfortheclosuresundertheflow-conditionsofboththesingledi—versiontunnelandthedoublediversiontunnelareverified，whiletheoptimizationmeasurefortheclosurethatarrangingagapattherockbankfortheintakeofthediversiontunnelisproposedandtherelationshipbetweentheparametersofthegapandthedi—ve~ioneffectisanalyzedaswellBytheexperiment，thehydraulicindexesoftheclosuregapundervariousworkingconditionsarecompared，thusasafeandreliableclosuringschemeisoptimized，whichplaysallimportantroleforguidingtheconstructionorganizationoftheclosureconstruction．Keywords：JiexuHydropowerStation；closure；modelexperiment；hydraulicindexes；YarluZansboRiver1工程概况收稿日期：2015—06．24街需水电站位于西藏自治区山南地区桑日、加查基金项目：国家自然科学基金项目(51279137)。县交界处，坝址距离上游泽当镇约87km，下游加查作者简介：郑强(1991一)，男，硕士。WaterResourcesandHydropowerEngineeringVo1．47No．2 学兔兔www.xuetutu.com郑强，等∥雅鲁藏布江街需水电站施工截流模型试验研究上游围堰轴线坝轴线图1街需水电站截流试验模型布置示意县约22．5km，拉萨市约270km。街需水电站上接大流施工。古水电站，下邻藏木水电站(2014年10月底蓄水发由于街需水电站右岸的两条导流隧洞进口预留有电)，是雅鲁藏布江中游桑日县至加查县峡谷段的第高出底板4m的拦渣岩坎，在龙口施工进占前期，上三级电站。水库总库容0．4749亿m／s，调节库容游水位较低，导流隧洞不具备分流条件，上游来流量0．0985亿m／s。电站装机容量560MW(140MWX全部经过龙口断面和戗堤渗透下泄，随着龙口逐步束4)，年发电量27．556亿kW·h。街需水电站施工窄，龙口水力指标逐渐增大；当戗堤上游水位抬升没采用一次性拦断河床的隧洞导流方式⋯。右岸布置过导流洞进口岩坎时，导流洞开始发挥分流作用。由2条导流隧洞，导流洞为城门洞型，全断面衬砌标于导流洞分流时段靠后，在最困难时段龙口水力指标准过水断面为16．0mX17．0m(宽X高)，进出口偏大，提出了在导流洞进口岩坎开设深2m、不同长底板高程分别为3311．O0m和3307．O0m，导流洞度缺口的优化方案，以使导流洞提前分流，减小龙口进口引水渠端预留无缺口岩坎供拦渣用，岩坎高程最困难时段水力指标。为3315m，洞身长度分别为778．97In和1114．532模型试验设计m，下游正常库水位为3310m，上下游围堰均采用2．1模型制作土石围堰。试验采用正态整体局部动床模型，按重力相似准随着白鹤滩水电站、溪洛渡水电站等国内大型水电工程的建设实施，我国西南峡谷地区河道的梯级开则设计，模型与原型保持几何相似、水流运动相似及动力相似。模型几何比尺为人=60，相应流量比尺发成为水电工程建设的主流和研究热点。任金明等研究了下游水库对上游梯级电站截流施工的影响2；Ao=A=27885．48，单宽流量比尺A=A=周玉香等研究了下游水深对截流难度的影响；孙464．758，流速比尺A=A=7．746，时间比尺Ar东坡等研究了运用下游电站协助上游截流施工的方=A=7．746，糙率比尺A=A1／6=1．979。根据街式。在下游有已建电站的条件下，上游电站施工需水电站河道特点，模型长度范围为上游至坝轴线截流水深、落差、流速等水力参数及水流性态发生以上900m，下游至坝轴线以下1400m。模型布置变化，毫无疑问下游水库对上游电站的截流施工带见图1。来了影响I6j，有必要通过工程实例作专门研究论2．2截流模型试验方案卜证。截流设计方案为：由左岸向右岸(右岸18m裹街需水电站坝址处为典型的大比降山区河道，头)、上游单戗堤单向立堵进占的截流方案，截流时河道坡降大，水流湍急，在天然状况下水流流速可间为11月，标准采用10年一遇旬平均。为研究设计达10m／s，截流难度极大。在下游藏木水库的回方案的合理性及截流标准、分流条件、优化条件等，水作用下，坝址区域河道天然属性得以改变，下拟定模型试验的主要内容有：游水位雍高，河道水流流速减缓，街需水电站便(1)截流时段拟定在11月上旬、中旬或者下旬，是利用下游水库的回水作用创造的条件来进行截三个时段的平均流量分别为802m／s、685m／s、591水利水电技术第47卷2016年第2期 学兔兔www.xuetutu.com郑强，等∥雅鲁藏布江街需水电站施工截流模型试验研究。／sIll，试验流量按以上3级进行。流速为5．32m／s。(2)右岸布置有两条导流隧洞，截流分流条件可从龙口水力学指标(见表1)来看，在802m／s选择1单导流洞分流、双导流洞分流两种。流量下，龙口最大流速为5．83m／s；685m／s流量(3)为优化导流洞分流，减小龙口最困难时段水下龙口最大流速5．57rn／s，同比减小0．26m／s；591力指标，在导流洞进口岩坎设置缺口以改善分流条In／s流量下龙口最大流速为5．45m／s，同比8021TI／件，试验研究导流洞进口岩坎无缺口、25m缺口、s减小0．38m／s。由此可见，在三组截流流量下，龙70m缺口三种情况下的分流效应。口水力指标区别不明显，从工程的安全可靠性上考(4)考虑到在枯水期截流时段，下游库水位存在虑，三个截流流量均可采用。考虑到后期施工工期的低于正常水位的情况，拟对下游水位对截流难度的影问题，推荐优先采用11月上甸旬平均流量802ITI／s响作专门研究，试验拟定3310m(设计水位)、3307作为设计流量。In、3305m三种下游水位。3．2单导流洞与双导流洞分流能力分析试验在三种截流流量802m／s、6851TI／s、5913实验成果分析1TI／s工况下，分别对1导流洞分流条件下和双导流3．1截流时段洞分流条件下龙口水力学参数进行了对比研究。在进(1)p=802m／s。11月上旬甸平均流量为802占前期，导流洞不过流，所有截流工况下，戗堤上游m／s，l导流洞分流条件下，截流龙口最大平均流速水位须达到一个“临界水位”，在达到“临界水位”之为5．83m／s，双导流洞分流条件下，龙口最大平均前导流洞分流流量为0In／s，这个临界水位值即导流流速为5．79m／s。洞进口岩坎高程值，即上游水位被不断抬高直到其淹(2)Q=685m／s。11月中旬旬平均流量为685没导流洞进口岩坎，导流洞才开始发挥分流作用。通m／s，l导流洞分流条件下，截流龙口最大平均流速过试验发现，802m／s、685m／s流量下这个“临界为5．57m／s，双导流洞分流条件下，龙口最大平均水位”在龙口宽36～30m之间时产生；591m／s流流速为5．54m／s。量下这个“临界水位”在龙口宽30～24in之间时产生(3)Q=591m／s。11月下旬旬平均流量为591(见表2)。nl／s，1导流洞分流条件下，截流龙口最大平均流速通过相同流量组下，单、双导流洞分流流量比为5．45m／s，双导流洞分流条件下，龙口最大平均对，表明单、双洞分流的差异性主要体现在最困难及表1设计条件下龙口水力学参数流量Q分流方式落差最困难时段落差龙口最大平均流速戗上水位单宽流量尾水位／m3．s一1／m／m．s—l／m／m·(Irl·s)一／m80210．537．045．833319．6938．666851导流洞分流9．276．1O5．573318．8238．275918．526．0o5．453318．4335．7033108028．646．O95．793317．5338．21685双导流洞分流7．836．015．5433l7．0537．405917．774．325．323316．4535．11表2各工况不同龙口宽度下导流洞分流量m／s流量Q各工况不同龙口宽度下导流洞分流流量／3分流方式．s—16Omm54in48nl42m36in30nl24mOm802O．oo0．oo0．ooO．o00．oo85．12207．52421．706851导流洞分流0．00O．oo0．000．ooO．oo83．3O159．36312．55591O．oo0．oo0．000．o00．0o0．0o89．6o218．988020．0oO．0oO．oo0．oo0．0o89．85279．35496．5l685双导流洞分流0．0oO．00O．00O．oo0．oo109．31256．33403．08591O．0oO．o0O．OOO．ooO．oo0．0o176．9339．47水利水电技术第47卷2016年第2期 学兔兔www.xuetutu.com郑强，等∥雅鲁藏布江街需水电站施工截流模型试验研究以后的时段，双洞分流要稍稍优于单洞分流效果。在龙VI宽度为0m(戗堤合龙)时刻，流量802m／s、685m。／s，、591m／s，在1单导流洞分流条件下，分／一流比分别0．52、0．46、0．37；在双洞分流情况下，g相应分流比为0．62、0．58、0．57，可知合龙时刻双＼J＼f媛洞分流比高于单洞分流比10％～20％。、"口3．3降低截流难度工程措施J+无缺口l正常设计条件下，龙口最大平均流速达到5．83l一1～ha,nll—1“Hlm／s，此条件下截流难度中等偏上，为保证安全、I_．_70m缺口l可靠截流施工，通过试验提出在导流洞进口岩坎设龙VI宽／m置缺口(见图2)的工程优化措施，以降低导流洞分流要求上游水位，提前分流时段，降低龙口截流难图31导流洞分流时不同岩坎缺口条件下的度。龙口流速变化关系稳定。通过综合比较分析和试验观察，截流戗堤不会发生大的坍塌现象。654321O图2导流洞进口岩坎缺口设置示意试验在1导流洞分流802m／s流量条件下，就不同缺口宽度尺寸对分流效果的影响作了对比试验研图4双导流洞过流802m。／s流量工况下龙口宽究(见图3)，试验表明：(1)岩坎设置缺口的工程措24m流态(截流困难时段)施使得导流洞提前分流，截流最困难时段相对提前，相当于对龙口流速变化曲线起到一个“削峰”的作用，3．6下游库水位对截流的影响最大流速从5．83m／s降到5．31m／s；(2)将岩坎缺街需水电站截流具有特殊性，受下游水电站空库口宽度由25m拓宽到70m，导流洞分流时段不变，回水影响，河道天然属性被改变，戗下水位与下游水同时段下分流量稍稍增加，最大流速从5．31m／s降库的调节紧密相关。采用802m／s试验流量，右岸到5．18m／s。双导流洞分流(见图4)，导流洞进口70m岩坎缺口，3．4截流戗堤高程与宽度不同控制尾水条件下龙口水力参数见表3。试验表模型试验表明，在流量Q=591—802m／s时，明：(1)下游控制水位在3310m时，戗堤进占过程上游戗堤闭气完成后，戗上水位为3316．4～3319．6中，龙口流速为2．76～4．96m／s，截流材料基本无m，考虑波浪及堤顶安全超高，上游戗堤堤顶高程流失；(2)下游控制水位下降到3307m时，戗堤进3323m满足安全要求。在模型试验中未出现戗堤坍占过程中，龙口流速为5．26～6．02rn／s，截流材料塌失稳情况，同时考虑截流施工强度，戗堤设计顶宽流失量为0．68万m，可以看出下游水位下降后，龙采用25m符合要求。口水力指标及截流难度迅速增大；(3)下游控制水位3．5戗堤堤头受水流影响在3305m时，戗堤进占过程中，龙口流速为5．42～试验发现在右岸裹头有局部块石滑落现象，但不6．83m／s，材料流失量为1．36万m，可以看出在下影响戗堤的安全及顺利进占；随着龙口进占，戗堤左游水位继续下降后，龙口流速同比增长幅度不大，主堤头上游坡脚平均流速大于龙口水流平均流速，戗堤要原因是材料流失较多，在戗堤下游河床堆积，抬高左堤头上游坡脚出现局部冲刷现象，流失材料在戗堤了戗堤下游局部水位；(4)总体来说，街需水电站截下游堆积，抬高下游局部水位，利于截流进占和戗堤(下转第109页)水利水电技术第47卷2016年第2期100 学兔兔www.xuetutu.com张国栋，等∥水库型滑坡稳定性动态变化过程有限元分析[8]卢书强，易庆林，易武，等．三峡库区卧沙溪滑坡变形失稳63·7O．机制分析[J]．中国地质灾害与防治学报，2013，24(2)：21．[11]刘东燕，辜文杰，侯龙．降雨及地下水位对三峡库区非饱和土25．边坡稳定性的影响[J]．水利水电技术，2013，44(7)：111．[9]杨金，简文星．三峡库区黄土坡滑坡浸润线动态变化规律研究115．[J]．岩土力学，2012，33(3)：853—858．[12]湖北省三峡库区后续地质灾害防治秭归县白水河滑坡应急治理[10]涂国祥，邓辉，黄润秋．水位变动速度对某库区岸坡堆积体稳工程勘查报告[R]．宜昌：三峡大学建筑设计研究院，2013．定性的影响[J]．四川大学学报(工程科学版)，2011，43(4)：(责任编辑郭利娜)(上接第100页)(2)根据截流试验过程中各工表3不同控制尾水条件下龙口水力学指标对比况现象及试验成果，在导流洞进口流量尾水位龙口宽流速戗上水位戗堤落差单宽流量岩坎处设置缺口可以较好地改善其／m3．s一1／m／m／m．s一／m／m·(m·s)一分流条件，减小截流困难时段龙口605．2633o9．553．3O30．2O处的水力指标，为工程截流提供了545．4633lO．533．8631．79优化措施。485．8833l1．835．1O32．28(3)在截流进占过程中，左、33O7426．O233l3．036．3031．23365．893313．697．1429．75右岸堤头流速大于龙口平均流速，3O5．793314．838．0425．83堤头上游脚处会受到一定冲刷，且245．223314．928．5223．03沿着左堤头处会形成冲沟，在截流8026O5．42331O．366．5729．79实施过程中须关注。545．5833l1．597．083O．12(4)街需水电站的截流条件和485．643312．167．2032．243305425．733312．858．0134．01技术难度受下游电站空库回水影366．8333l3．639．4535．41响较大、影响较为敏感，在进行3O6．253314．479．4832．35施工截流组织时要给予高度重视。245．503315．28lO．3225．66致谢：参加本项目的试验研究工作还流受下游空库回水十分敏感，下游库水位高有利于截有武汉大学水利水电学院朱威，陆贺，卢政佐，何文钦，张衍，程毅，熊毅，周剑，在此衷心感谢!流。3．7龙口分区抛投参考文献：在正常尾水控制条件下，各工况进占过程中，戗[1]肖焕雄．施工水力学[M]．北京：水利电力出版社，1992．堤龙口最大平均流速在4．76～5．83m／s，最大单宽[2]任金明，蔡建国，胡志根，等．下游水库对上游梯级电站施工功率34．18～38．66m(m·s)，最困难时段在龙口宽导截流的影响[J]．武汉大学学报：工学版，2011，44(3)：331-度36～24m之间。推荐的预留龙口宽度60m的截334．流方案(p=802m／s)，截流难度适中。根据截流周玉香，王秀民，庄如三．龙口下游水深对截流难度的影响[J]．试验成果，截流戗堤左岸预进占至龙口宽度为60人民长江，2004，35(3)：10—11．孙东坡，王丽莎．下游水电站运用方式对施工导截流影响的研m，粒径为0．4～0．6m；戗堤右岸裹头18．0m，粒究[J]．中国农村水利水电，2012(10)：133·138．径为0．6—1．0m。截流龙口抛投拟分二区进行，一肖焕雄．关于立堵进占截流的几个问题[J]．水利水电技术，区从龙口宽度60～36m，抛投材料粒径为0．4—0．61964(9)：43-51．m；二区从龙口宽度30m至合龙，抛投材料粒径为肖焕雄，周克己．对截流理论与实践中几个问题的初步讨论0．6—1．0m。[J]．水力发电学报，1984(2)：90—100．胡志根，盂德乾，黄天润，等．单戗堤立堵截流龙口的水力特4结语性试验研究[J]．水利学报，2011，42(4)：414—418．李奎炎．潮州供水枢纽工程西溪截流的技术措施[J]．水利水(1)试验验证了802m／s截流流量的可行性和电技术，2003，34(7)：50—52．单、双导流洞的分流效果，比选确定截流流量802曾新华，戚蓝，霍海平．拉西瓦水利枢纽工程导截流设计及施m／s、单(双)导流洞分流、70m岩坎缺口方案作为工[J]．水利水电技术，2004，35(9)：8l一83．设计推荐方案。(责任编辑欧阳越)水利水电技术第47卷2016年第2期109'