檳榔江勐乃水電站導(dǎo)流洞水力計算

1、檳榔江勐乃水電站導(dǎo)流洞水力計算劉軍(云南省水利水電科學(xué)研究所云南昆明650228摘要:盈江縣檳榔江勐乃水電站采用隧洞導(dǎo)流方式,如何合理地選擇導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)、洞徑尺寸、確定上下游圍堰的高度,直接決定了施工導(dǎo)流建筑物的造價,甚至影響到整個工程的工期,本文就勐乃水電站導(dǎo)流洞的水力計算方法和過程作進(jìn)一步闡述。關(guān)鍵詞:導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)泄流能力糙率1.工程簡介勐乃水電站位于盈江縣西北盞西鎮(zhèn)檳榔江中游河段,地理位置為東經(jīng)97°31-98°16、北緯24°22-25°20之間,壩段河谷為“V”字形峽谷,河床寬約40m。樞紐建筑物由混凝土重力壩、壓力鋼管、地面廠房、升壓站等組成。水庫興

2、利庫容903.18×104m3,擋水建筑物最大壩高51m,混凝土重力壩壩頂高程1059.0m,河床部位最低建基面高程1008.0m,壩頂長度175.6m,壩頂寬度5.0m。樞紐施工采用一次性攔斷河床,上下游土石圍堰,隧洞導(dǎo)流方式。導(dǎo)流洞布置于右岸,全長153.5m,主要巖性為泥盆系下統(tǒng)關(guān)上組上段D1g2a灰?guī)r段, D1g2a灰?guī)r為淺灰、深灰色,中厚層狀,為中硬巖,成洞地質(zhì)條件較好。2.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與洪水根據(jù)首部樞紐工程等別、永久建筑物級別及水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范(SDJ338-89的規(guī)定,導(dǎo)流建筑物級別定為5級,導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)取P=33.320%。因本工程壩址處河谷狹窄,河床沖積層較厚,

3、經(jīng)過對壩址區(qū)地形、地質(zhì)、建筑物施工特性及河流水文特性的綜合分析,擬采用右岸隧洞導(dǎo)流方式,根據(jù)施工進(jìn)度要求及導(dǎo)流時段初擬為枯期(124月。根據(jù)水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范(SDJ338-89的規(guī)定,本工程首部樞紐的施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)初擬如下:表1 施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及流量表 3.導(dǎo)流洞水力計算3.1擬定導(dǎo)流洞斷面尺寸導(dǎo)流隧洞斷面尺寸的擬定根據(jù)隧洞和圍堰總造價優(yōu)化后選擇,因為隧洞斷面尺寸小,可使造價比較低,但洪水時期洞前水位就比較高,因而上游圍堰比較高,圍堰造價增加,要采用最經(jīng)濟(jì)的隧洞斷面必須計算隧洞和圍堰的總造價。設(shè)計時分別選取底寬5×6.0m、6×7.2m、7×8.4m和8&

4、#215;9.6m 四種隧洞斷面進(jìn)行水力計算和投資估算對比分析:斷面尺寸為6.0 m ×7.2m(寬×高,凈面積51.6 m2 方案,在工程量、投資、渡汛等方面比較合理,經(jīng)水力和施工條件比較后采用城門洞型無壓隧洞。表2 上游圍堰和隧洞的工程量和造價估算表 (單位:m 3.2洞身段過流能力復(fù)核無壓隧洞洞身段的過流能力,按明渠均勻流公式計算:Ri C Q =式中:Q -流量;-過水?dāng)嗝婷娣e,對于矩形斷面=bh 0; C -謝才系數(shù)C =R 1/6/n R -斷面水力半徑R=/x ;i -水道底面坡降;隧洞底坡i =0.008,斷面寬度b=6.0m ,滿足無壓凈空面積界限(15%

5、時的水深h 0=6.5m ,對于噴錨支護(hù)糙率n=0.025。Ri C Q =225.0m 3/s >Q 設(shè)=210.0m 3/s洞身過流能力滿足要求。 3.3隧洞進(jìn)口高程的選取隧洞進(jìn)口底板高程的選取與導(dǎo)流洞的施工及造價相關(guān),隧洞進(jìn)口底板高程較高時,施工期洪水對導(dǎo)流洞的施工干擾小,但增加了上游圍堰的高度,提高了造價;隧洞進(jìn)口底板高程較低時,可適當(dāng)降低上游圍堰的高度,但汛期來臨時,導(dǎo)流洞進(jìn)出口需采取二次導(dǎo)流的措施。經(jīng)綜合比較,隧洞進(jìn)口底板高程確定為1023.00m ,高于枯期水位1.5m 。 3.4隧洞進(jìn)口上游水頭H 0的計算當(dāng)隧洞泄流為明流時,水流流態(tài)有急流和緩流兩種。對于急流,下游水位對

6、上游隧洞進(jìn)口水深不發(fā)生影響,因此上游水頭H 0可按非淹沒寬頂堰公式計算:3/202(gmb Q H =式中:m 流量系數(shù),m =0.320.38;b 隧洞進(jìn)口處水面的計算寬度;對于緩流,下游水位對上游隧洞進(jìn)口水深將發(fā)生影響。但一般情況下,隧洞長度較長,這種影響可以忽略不計,故隧洞進(jìn)口內(nèi)的水深可近似地按正常水深計算;而正常水深可按謝才公式Ri AC Q =用試算法確定。從上式求出正常水深后,可由下式近似求得上游壅高水深H :02221h gv H +=式中:考慮側(cè)向收縮的流速系數(shù); v 隧洞進(jìn)口流速; h 0隧洞內(nèi)正常水深;導(dǎo)流洞臨界水深h k 按矩形斷面明渠臨界水深計算:322gbQ h k

7、=其中:Q =225m 3/s , b =6.0m ,=1.0,求得h k =5.23m <正常水深h 0=6.5m ,屬緩流。上游壅高水深H =5.681.9295.067.522+=8.4m 其中:v =225/39=5.67m 3/s , =0.95。 3.5上游圍堰高程的擬定上游圍堰高程=隧洞進(jìn)口底板高程+上游壅高水深H+圍堰安全超高=1023+8.4+0.5=1031.9m 。 3.6下游圍堰高程的擬定下游圍堰高程等于下游水位加安全超高。下游水位一般可按下游水位流量關(guān)系曲線確定。經(jīng)查值,對應(yīng)于設(shè)計流量210m 3/s 的下游水位為1023.8m ,下游圍堰高程=下游水位+圍堰安全超高=1023.8+0.5=1024.3m 。 4.結(jié) 語導(dǎo)流洞水力計算緊緊圍繞著洞身過流和上游壅高水深H 開展,其最終目的是根據(jù)計算結(jié)果比較隧洞尺寸和上游圍堰高度,選擇最經(jīng)濟(jì)的隧洞斷面。導(dǎo)流洞于2006年12月初河床截流時正式過水,根據(jù)上游水文站提供的水文資料,導(dǎo)流洞實際泄流量可達(dá)240m 3/s 左右,計算成果基本合理。 參考文獻(xiàn):1吳持恭.水力學(xué)M.北京:高等教育出版社,1982. 2袁光裕等.水利工程施工M.北京:中國工業(yè)出版社,1965 3汪胡楨.隧洞的設(shè)計理論和計算M.北京:水利電力出版社,1990 4蘇尼古拉耶夫.水利水電建