小灣水電站泄洪洞水力學(xué)問題試驗和數(shù)值模擬研究

通過對小灣水電站泄洪洞弧形工作閘門的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形測量、動力特性測試、振動響應(yīng)測試、啟閉力測試及脈動壓力測試的原型觀測，找出高水頭大尺寸弧形閘門在運行過程中各項參數(shù)的特征值和變化規(guī)律，對泄洪洞弧形工作閘門的運行安全性做出分析研究，該研究成果對弧形閘門的安全運行操作具有重要的指導(dǎo)意義。

水利水電技術(shù)　第39卷　2008年第12期 wryv13n1 小灣水電站泄洪洞反弧段開挖施工工藝 楊海林,尹太平,王麗莉 (中國水利水電第一工程局有限公司,吉林長春　130062) 關(guān)鍵詞:泄洪洞;渥奇反弧段;開挖施工;施工工藝;周邊孔;小灣水電站 中圖分類號:tv65113(274)　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:b　　　　文章編號:100020860(2008)1220032203 　　　　　　　　　　 收稿日期22 作者簡介楊海林(—),男,助理工程師。 1　工程概況 泄洪洞是小灣水電站工程三套泄洪設(shè)施之一,泄 洪洞洞身為有壓變無壓“龍?zhí)ь^”布置,由進(jìn)水口、 有壓段、工作閘門室、渥奇反弧段、無壓段及出口挑 流鼻坎組成。泄洪洞設(shè)計工況和

文章針對小灣水電站泄洪洞洞身體主體與f7斷層交錯段結(jié)構(gòu)建立有限元數(shù)學(xué)模型，采勝有限元分析程序ansys對其進(jìn)行線彈性靜力分析，對泄洪洞進(jìn)行定性的應(yīng)力評價，為泄洪洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)。

小灣水電站泄洪洞工程龍?zhí)ь^段斷面大、坡度陡、施工難度大,在開挖時結(jié)合進(jìn)口有壓段及出口無壓段施工分層進(jìn)行施工,做出合理的開挖分層。分層時同時要考慮在開挖完成前進(jìn)口段施工通道中斷后,運輸及出渣通道的設(shè)置。

小灣水電站泄洪洞f7斷層開挖支護(hù)采用“新奧法”施工，開挖后及時對周邊圍巖噴混凝土封閉，形成初期簡單的柔性支護(hù)環(huán)，超前支護(hù)及系統(tǒng)錨桿跟進(jìn)，進(jìn)一步的加強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定，同時快速利用機(jī)械配合人工進(jìn)行工字鋼拱架的安裝，掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土；成功的穿越了f7斷層。

白云水電站泄洪洞系“龍?zhí)ь^”式明流隧洞。百年設(shè)計洪水位541．80m，對應(yīng)的下泄量1197m3／s；二千年校核洪水位546．30m，對應(yīng)的下泄量1473m3／s。泄洪洞布置在大壩左岸，斷面為城門洞型，洞軸線與河床中心線交角約45°。洞進(jìn)出口水位差100余米，洞內(nèi)最大流速43m／s，高速水流問題十分突出。通過1：40的水工模型試驗，對泄洪洞體型、摻氣減蝕設(shè)施、挑流消能工進(jìn)行了多種方案的優(yōu)化，較好地解決了高速水流的轉(zhuǎn)向，歸槽和消能問題。此項成果不僅對白云工程直接產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益，亦可供類似工程設(shè)計參考。

小灣水電站泄洪洞在泄洪時具有高水頭、高流速、泄量大的特點,對混凝土沖刷力強(qiáng),容易產(chǎn)生空蝕破壞。通過合理選擇澆筑措施、優(yōu)選配合比、有效的溫度控制以及合理的養(yǎng)護(hù),目前,泄洪洞各方面質(zhì)量均滿足要求,且未發(fā)現(xiàn)裂縫。泄洪洞抗沖耐磨混凝土施工及質(zhì)量控制的成功,為減小泄洪洞過流面空蝕和抗沖耐磨提供了保障。

小灣水電站泄洪洞底板抗沖磨混凝土在硅粉混凝土中加入了聚丙烯微纖維和鋼纖維。在混凝土施工過程中,采用預(yù)冷混凝土、優(yōu)化混凝土配合比、適時抹面、長期流水養(yǎng)護(hù)等良好措施,保證了硅粉混凝土施工質(zhì)量。

小灣水電站泄洪洞出口由于邊坡高陡,混凝土運輸距離遠(yuǎn),下料高差大,且貼坡混凝土板較薄,施工難度大。施工單位在利用現(xiàn)有施工設(shè)施的基礎(chǔ)上,通過改進(jìn)施工措施、改善施工工藝,提高施工水平等手段,較好地克服了施工困難,確保了混凝土的施工質(zhì)量,為后續(xù)項目的施工奠定了基礎(chǔ)。

從配合比設(shè)計、施工工藝及養(yǎng)護(hù)等方面論述了小灣水電站泄洪洞工程有壓段底拱混凝土施工技術(shù),詳細(xì)介紹底拱混凝土采用翻模技術(shù)的施工工藝及適宜的翻模、抹面時間。

小灣水電站泄洪洞漸變段混凝土技術(shù)、質(zhì)量要求高。施工中采取了減小澆筑長度、底拱翻模施工與頂拱排架支撐相結(jié)合、嚴(yán)格控制混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)等技術(shù)措施,確保了漸變段混凝土的質(zhì)量。

小灣水電站水力學(xué)原型觀測試驗方案研究

小灣水電站泄洪建筑物布置優(yōu)化研究——小灣水電站最大泄流量為20700m3/s，最大水頭約225m，泄洪功率高達(dá)46000mw。小灣工程河谷窄、壩高、泄量大，經(jīng)各設(shè)計階段的多方案比選研究，泄洪消能布置采用5個壩頂溢流表孔、6個壩身中孔和左岸一條泄洪洞，壩后設(shè)水墊塘...

小灣水電站泄洪建筑物布置研究——根據(jù)審查意見的批復(fù)建議：“進(jìn)一步研究調(diào)整三種泄洪建筑物的泄量分配，研究減少一條泄洪隧洞的可能性?！睋?jù)此，以減少一條泄洪隧洞為目的，對壩身表、中孔和泄洪滑的泄量進(jìn)行重分配，以優(yōu)化泄洪建筑物布置　　

千佛巖水電站泄洪建筑物水力學(xué)試驗研究——工程中泄水建筑物與電站廠房之間容易出現(xiàn)跌水、側(cè)收縮等問題，嚴(yán)重地影響了泄水建筑物的泄流量和電站的安全運行。結(jié)合具體工程，通過多種體型方案的比較，提出了在閘墩前加設(shè)圓墩頭導(dǎo)墻的優(yōu)化方案，為同類工程的設(shè)計、...

工程中泄水建筑物與電站廠房之間容易出現(xiàn)跌水、側(cè)收縮等問題,嚴(yán)重地影響了泄水建筑物的泄流量和電站的安全運行。結(jié)合具體工程,通過多種體型方案的比較,提出了在閘墩前加設(shè)圓墩頭導(dǎo)墻的優(yōu)化方案,為同類工程的設(shè)計、修建起到了一定的參考作用。

通過模型試驗對三道灣水電站泄洪洞的相關(guān)物理量進(jìn)行了計算,從設(shè)計和校核兩種工況分析得出:該泄洪洞設(shè)計方案的泄流能力能夠滿足要求;泄洪洞底板上各測點的空化數(shù)都大于0.3,且各測點均無負(fù)壓,故無空蝕危害。下游沖涮試驗得出,沖坑對左岸坡腳有一定的沖刷淘空作用,建議對左岸山坡采取防沖措施。

洞坪水電站樞紐工程最大壩高134m,采用表孔與中孔聯(lián)合運行的消能方式。挑流鼻坎采用窄縫式消能工體型,迫使水舌縱向拉長、橫向擴(kuò)散,利用表、中孔沿拱壩徑向布置的特點,又迫使表、中孔的挑流水舌在空中相互碰撞摻氣消能,從而大大減輕了拋射水流對下游河床的沖刷。中孔(1號)挑流水舌因鼻坎側(cè)收縮而導(dǎo)致直接沖刷右岸山體,對其左側(cè)邊墻優(yōu)化后,消除了水舌對右岸山體的威脅。

溪洛渡水電站泄洪洞采用龍落尾式布置,由于水頭高,水流在龍落尾后,流速可達(dá)到40~50m/s,屬于水利工程的超高速水流問題,體型稍有不慎,容易造成極大的破壞。通過1∶45的水工模型試驗,分析出溪洛渡水電站泄洪洞原設(shè)計體型存在的主要問題為反弧末端附近摻氣濃度低和出口挑流水舌沖擊河道對岸。通過增設(shè)摻氣坎,修改挑坎體型和洞身曲線,對泄洪洞體型進(jìn)行了優(yōu)化。并通過模型試驗對優(yōu)化體型進(jìn)行了檢驗。

小灣水電站施工導(dǎo)流水力學(xué)模型試驗研究——根據(jù)小灣工程的實際情況、設(shè)計資料及導(dǎo)流指標(biāo)，系統(tǒng)的分析了導(dǎo)流隧洞進(jìn)出口處的河床堆渣及圍堰爆破拆除后的堆渣對導(dǎo)流隧洞過流能力的影響和導(dǎo)流隧洞的沖渣能力；下游圍堰坡腳處回流流速分布及對岸坡和坡腳沖刷的特性與...

澤城水電站導(dǎo)流泄洪洞出口河道段狹窄、險峻,泄流流態(tài)異常復(fù)雜,沿河段消能防沖設(shè)計難度大。為驗證泄洪洞體型及布置方式的合理性,設(shè)計、實施了流態(tài)模擬試驗,結(jié)果表明:泄洪洞過流能力略大于水力學(xué)計算結(jié)果,出口水頭可以滿足規(guī)范要求,在汛限水位、設(shè)計水位、校核水位三種工況下,挑角在20°至25°之間均合理。據(jù)此為設(shè)計修改提出了有益的建議。工程試運行實測數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)基本匹配,效果良好。

為檢測筒閥在大容量、高水頭機(jī)組上應(yīng)用的實際性能,借助現(xiàn)場試驗手段,將小灣水電站筒閥動水關(guān)閉過程中的各狀態(tài)量以電測信號形式連續(xù)采集至數(shù)字錄波儀,通過對各項相關(guān)試驗數(shù)據(jù)的分析,定性定量地描述了筒閥動水關(guān)閉過程中啟閉時間、接力器同步性、油缸壓力上升、穩(wěn)定性等影響因素,并通過相關(guān)計算得出了筒閥動水關(guān)閉過程中水力下拉力的幅值及其隨筒閥接力器行程變化的趨勢,為相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。