小湾水电站泄洪洞水力学问题试验和数值模拟研究

通过对小湾水电站泄洪洞弧形工作闸门的结构应力、变形测量、动力特性测试、振动响应测试、启闭力测试及脉动压力测试的原型观测，找出高水头大尺寸弧形闸门在运行过程中各项参数的特征值和变化规律，对泄洪洞弧形工作闸门的运行安全性做出分析研究，该研究成果对弧形闸门的安全运行操作具有重要的指导意义。

水利水电技术　第39卷　2008年第12期 wryv13n1 小湾水电站泄洪洞反弧段开挖施工工艺 杨海林,尹太平,王丽莉 (中国水利水电第一工程局有限公司,吉林长春　130062) 关键词:泄洪洞;渥奇反弧段;开挖施工;施工工艺;周边孔;小湾水电站 中图分类号:tv65113(274)　　　　文献标识码:b　　　　文章编号:100020860(2008)1220032203 　　　　　　　　　　 收稿日期22 作者简介杨海林(—),男,助理工程师。 1　工程概况 泄洪洞是小湾水电站工程三套泄洪设施之一,泄 洪洞洞身为有压变无压“龙抬头”布置,由进水口、 有压段、工作闸门室、渥奇反弧段、无压段及出口挑 流鼻坎组成。泄洪洞设计工况和

文章针对小湾水电站泄洪洞洞身体主体与f7断层交错段结构建立有限元数学模型，采胜有限元分析程序ansys对其进行线弹性静力分析，对泄洪洞进行定性的应力评价，为泄洪洞的结构设计提供理论依据。

小湾水电站泄洪洞工程龙抬头段断面大、坡度陡、施工难度大,在开挖时结合进口有压段及出口无压段施工分层进行施工,做出合理的开挖分层。分层时同时要考虑在开挖完成前进口段施工通道中断后,运输及出渣通道的设置。

小湾水电站泄洪洞f7断层开挖支护采用“新奥法”施工，开挖后及时对周边围岩喷混凝土封闭，形成初期简单的柔性支护环，超前支护及系统锚杆跟进，进一步的加强围岩的稳定，同时快速利用机械配合人工进行工字钢拱架的安装，挂钢筋网喷混凝土；成功的穿越了f7断层。

白云水电站泄洪洞系“龙抬头”式明流隧洞。百年设计洪水位541．80m，对应的下泄量1197m3／s；二千年校核洪水位546．30m，对应的下泄量1473m3／s。泄洪洞布置在大坝左岸，断面为城门洞型，洞轴线与河床中心线交角约45°。洞进出口水位差100余米，洞内最大流速43m／s，高速水流问题十分突出。通过1：40的水工模型试验，对泄洪洞体型、掺气减蚀设施、挑流消能工进行了多种方案的优化，较好地解决了高速水流的转向，归槽和消能问题。此项成果不仅对白云工程直接产生了经济效益，亦可供类似工程设计参考。

小湾水电站泄洪洞在泄洪时具有高水头、高流速、泄量大的特点,对混凝土冲刷力强,容易产生空蚀破坏。通过合理选择浇筑措施、优选配合比、有效的温度控制以及合理的养护,目前,泄洪洞各方面质量均满足要求,且未发现裂缝。泄洪洞抗冲耐磨混凝土施工及质量控制的成功,为减小泄洪洞过流面空蚀和抗冲耐磨提供了保障。

小湾水电站泄洪洞底板抗冲磨混凝土在硅粉混凝土中加入了聚丙烯微纤维和钢纤维。在混凝土施工过程中,采用预冷混凝土、优化混凝土配合比、适时抹面、长期流水养护等良好措施,保证了硅粉混凝土施工质量。

小湾水电站泄洪洞出口由于边坡高陡,混凝土运输距离远,下料高差大,且贴坡混凝土板较薄,施工难度大。施工单位在利用现有施工设施的基础上,通过改进施工措施、改善施工工艺,提高施工水平等手段,较好地克服了施工困难,确保了混凝土的施工质量,为后续项目的施工奠定了基础。

从配合比设计、施工工艺及养护等方面论述了小湾水电站泄洪洞工程有压段底拱混凝土施工技术,详细介绍底拱混凝土采用翻模技术的施工工艺及适宜的翻模、抹面时间。

小湾水电站泄洪洞渐变段混凝土技术、质量要求高。施工中采取了减小浇筑长度、底拱翻模施工与顶拱排架支撑相结合、严格控制混凝土浇筑养护等技术措施,确保了渐变段混凝土的质量。

小湾水电站水力学原型观测试验方案研究

小湾水电站泄洪建筑物布置优化研究——小湾水电站最大泄流量为20700m3/s，最大水头约225m，泄洪功率高达46000mw。小湾工程河谷窄、坝高、泄量大，经各设计阶段的多方案比选研究，泄洪消能布置采用5个坝顶溢流表孔、6个坝身中孔和左岸一条泄洪洞，坝后设水垫塘...

小湾水电站泄洪建筑物布置研究——根据审查意见的批复建议：“进一步研究调整三种泄洪建筑物的泄量分配，研究减少一条泄洪隧洞的可能性。”据此，以减少一条泄洪隧洞为目的，对坝身表、中孔和泄洪滑的泄量进行重分配，以优化泄洪建筑物布置　　

千佛岩水电站泄洪建筑物水力学试验研究——工程中泄水建筑物与电站厂房之间容易出现跌水、侧收缩等问题，严重地影响了泄水建筑物的泄流量和电站的安全运行。结合具体工程，通过多种体型方案的比较，提出了在闸墩前加设圆墩头导墙的优化方案，为同类工程的设计、...

工程中泄水建筑物与电站厂房之间容易出现跌水、侧收缩等问题,严重地影响了泄水建筑物的泄流量和电站的安全运行。结合具体工程,通过多种体型方案的比较,提出了在闸墩前加设圆墩头导墙的优化方案,为同类工程的设计、修建起到了一定的参考作用。

通过模型试验对三道湾水电站泄洪洞的相关物理量进行了计算,从设计和校核两种工况分析得出:该泄洪洞设计方案的泄流能力能够满足要求;泄洪洞底板上各测点的空化数都大于0.3,且各测点均无负压,故无空蚀危害。下游冲涮试验得出,冲坑对左岸坡脚有一定的冲刷淘空作用,建议对左岸山坡采取防冲措施。

洞坪水电站枢纽工程最大坝高134m,采用表孔与中孔联合运行的消能方式。挑流鼻坎采用窄缝式消能工体型,迫使水舌纵向拉长、横向扩散,利用表、中孔沿拱坝径向布置的特点,又迫使表、中孔的挑流水舌在空中相互碰撞掺气消能,从而大大减轻了抛射水流对下游河床的冲刷。中孔(1号)挑流水舌因鼻坎侧收缩而导致直接冲刷右岸山体,对其左侧边墙优化后,消除了水舌对右岸山体的威胁。

通过物理模型试验和数值模拟计算,对比研究了不同有压出口高度时多级洞塞泄洪洞各项水力特性参数,分析了出口高度对泄洪洞泄流能力、洞身压强及消能率的影响。结果表明,随着出口高度的降低,泄洪洞泄流量减小,流量系数增大；洞身压强整体呈增大趋势,出口压坡高度的变化主要对洞塞及其以后洞段的壁面压强影响较大,而对上平段影响相对较弱；泄洪洞整体消能率逐渐减小,出口高度对竖井洞塞和压坡洞塞消能率影响较大,而对水平洞塞组的消能率影响甚微。

溪洛渡水电站泄洪洞采用龙落尾式布置,由于水头高,水流在龙落尾后,流速可达到40~50m/s,属于水利工程的超高速水流问题,体型稍有不慎,容易造成极大的破坏。通过1∶45的水工模型试验,分析出溪洛渡水电站泄洪洞原设计体型存在的主要问题为反弧末端附近掺气浓度低和出口挑流水舌冲击河道对岸。通过增设掺气坎,修改挑坎体型和洞身曲线,对泄洪洞体型进行了优化。并通过模型试验对优化体型进行了检验。

小湾水电站施工导流水力学模型试验研究——根据小湾工程的实际情况、设计资料及导流指标，系统的分析了导流隧洞进出口处的河床堆渣及围堰爆破拆除后的堆渣对导流隧洞过流能力的影响和导流隧洞的冲渣能力；下游围堰坡脚处回流流速分布及对岸坡和坡脚冲刷的特性与...

泽城水电站导流泄洪洞出口河道段狭窄、险峻,泄流流态异常复杂,沿河段消能防冲设计难度大。为验证泄洪洞体型及布置方式的合理性,设计、实施了流态模拟试验,结果表明:泄洪洞过流能力略大于水力学计算结果,出口水头可以满足规范要求,在汛限水位、设计水位、校核水位三种工况下,挑角在20°至25°之间均合理。据此为设计修改提出了有益的建议。工程试运行实测数据与试验数据基本匹配,效果良好。