水布垭水电站泄洪消能设计创新与实践.pdf

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1、第41卷第6期人民长江Vo1．41．No．62010年3月YangtzeRiverMar．，2010文章编号：1001—4179(2010)06—0001—03水布垭水电站泄洪消能设计创新与实践杨启贵，廖仁强，向光红(1．长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010；2．国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉430010)摘要：水布垭水电站消能区岩性软弱破碎，抗冲刷能力低。但岸边溢洪道最大泄量达18320m／s，泄洪落差171m，最大泄洪功率31000MW。致使泄洪消能技术难度居国内外同类工程之首，其具体表现在：①消能区方案选择难；②消能区防护方案选择难；③冲淤形

2、态控制难；④防淘墙结构设计难；⑤防淘墙施工难。通过系统的科学试验和技术攻关，首次提出防淘墙防护方案；独创新型消能工布置形式和综合防冲结构措施。工程建成后，经过了最高运行水位的考验。对同类工程设计具有很好的参考作用。关键词：泄洪消能；溢洪道；防淘墙；水布垭水电站中图法分类号：TV653文献标志码：A水布垭水电站主体建筑物由混凝土面板堆石坝、之首，确定合理的泄洪消能方案难度很大。左岸溢洪道、右岸地下电站和放空洞等组成。溢洪道最大泄量18320m／s，泄洪水头落差171m，最大泄洪功率31000MW；消能区河床基岩为写经寺组页岩，岩性软弱破碎，抗冲刷能力低；消能区左岸有

3、大岩淌滑坡(580万m)，右岸有马崖高陡边坡(坡高350余米)和马岩湾滑坡(180万m)等不利的环境地质条件；消能区紧临大坝下游坡脚，导流洞出口位于消能区的下游，厂房尾水位于消能区的右岸，消能区的布置型式及安全运行对各建筑物安全运行影响重大，泄洪消能技术难度居国内外类似工程之首。水布垭水电站消能区建筑物布置见图1。图1水布垭水电站消能区建筑物布置(单位：m)1设计难点与创新1．1设计难点(2)消能区防护方案选择难。下游消能区防护可采用混凝土水垫塘方案和护岸不护底的防淘墙方(1)泄洪消能方案选择难。水布垭岸边溢洪道最案I4J。混凝土水垫塘方案工程量大，需要安排两个大

4、泄洪功率31000MW，居国内已建工程第1，世界已枯水期施工，且由于导流洞出口位于消能区上游，溢洪建工程第2；消能区岩性软弱破碎，抗冲刷能力低；消道存在跨汛施工带来的风险；防淘墙方案可以克服混能区左、右岸均有滑坡体，右岸还有高边坡，环境地质凝土水垫塘方案的缺点，但存在冲刷深度大，电站尾水条件复杂；消能区紧临大坝下游坡脚，导流洞出口位于出口淤堵等问题。因此，消能区防护型式选择难度很消能区的下游，厂房尾水位于消能区的右岸。因此，水大。布垭工程泄洪消能的综合技术难度居国内外同类工程收稿日期：2010—01—14作者简介：杨启贵，男，总工程师，教授级高级工程师，主要从事水

5、电工程的勘察设计工作。2人民长江(3)冲淤形态控制难。对于防淘墙方案，为保证1．2．2独创新型消能工布置型式边坡、滑坡稳定及电站运行安全，必须有效控制冲刷深独创性地提出了分区陡槽窄缝挑坎阶梯式出口布度，冲淤形态还需做到左岸高右岸低，并尽量减小电站置型式，在左岸1号孑L采用小贴角窄缝鼻坎，右岸5号尾水处波浪及大坝下游坡脚处回流强度。因此，冲淤孑L采用非对称斜切导向窄缝鼻坎的新型消能工布置形形态控制是本工程消能设计的最大难点。式，保证了各级流量下均能形成典型的窄缝水舌形态(4)防淘墙结构设计难。防淘墙最大高度40m，且水力特性良好，有效减轻了岸坡淘刷及大坝下游坡冲刷坑

6、形成后，防淘墙承受动水荷载和山岩压力的双脚的回流强度，特别是冲淤形态得到有效控制，确保了重作用，结构受力复杂J。因此，防淘墙的结构措施电站尾水出口在各种运行工况下皆无砂石淤积且下游除需满足自身的稳定安全，起到防冲保护作用外，还要右半侧河床基本无淤积。为滑坡和边坡的稳定安全提供有利条件。因此，防淘(1)窄缝鼻坎布置形式。由于电站尾水紧邻消能墙结构设计是本工程的又一难点。区的下游，泄洪时在尾水出口产生的冲刷淤积和泄洪(5)防淘墙施工难。防淘墙结构复杂，墙体深涌浪有可能影响机组运行。为此对窄缝鼻坎的布置及40m，面积近3万m。，墙体下部岩石为软岩，上部为覆体型进行了深入

7、研究，其目标是在减小冲刷深度的同盖层，且位于水下，因此防淘墙施工中的防渗、开挖、混时，有效地达到对厂房尾水口门部位削波减淤的目的。凝土浇筑、锚索施工等难度很大，针对不同条件选择合挑流鼻坎布置型式研究了平齐式、左长右短(左低右适的施工方法是防淘墙施工研究的重点。高)、右长左短(右低左高)、左右长中问短(左右低中1．2设计创新间高)等多种布置方案。水工模型试验表明，挑流鼻1．2．1泄洪消能及防护方案选择坎采用左低右高的阶梯式布置，能很好地适应消能区首次在最大泄洪功率为31000MW、消能区岩性河湾地形条件和电站尾水布置在右岸的特点，最低冲软弱且环境条件复杂的水电站泄洪

8、消能设计中