劉 躍，趙 艷

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

嘉陵江蒼溪航電工程優(yōu)化設(shè)計

劉 躍，趙 艷

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072）

蒼溪航電樞紐工程單位千瓦投資大、經(jīng)濟效益差。為節(jié)約投資，降低工程成本，加快施工進度，提高經(jīng)濟效益，開展了泄水建筑物優(yōu)化設(shè)計研究工作。該工程利用水頭低，為水力自控及液控翻板門在樞紐布置中的應用提供了條件，水力自控及液控翻板門作為擋、泄水建筑物，相對于原泄洪閘方案有工程投資省、工期短的優(yōu)勢。本文介紹了蒼溪航電工程采用翻板閘門的優(yōu)化設(shè)計原則及內(nèi)容。

優(yōu)化設(shè)計；泄水建筑物；翻板閘門；蒼溪航電

1 工程概況

蒼溪航電樞紐工程系《嘉陵江渠化開發(fā)規(guī)劃報告》規(guī)劃中第三個梯級，位于四川省蒼溪縣城上游約3 km的河段上，上游接亭子口水利樞紐，下游與沙溪航電工程相連。

蒼溪航電樞紐工程設(shè)計引用流量1 193 m3／s，設(shè)計水頭6.3 m，總裝機容量66 MW，具有日調(diào)節(jié)能力。電站枯期平均出力17.5 MW，亭子口電站建成后多年平均年發(fā)電量2.66億kW·h，年利用小時3 864 h。船閘設(shè)計通航船舶噸級2×500 t，單向年通過能力376萬t。

2 原設(shè)計方案

樞紐建筑物從左岸至右岸依次由左岸土石壩、廠房、16孔泄洪沖沙閘、及右岸船閘組成，閘壩頂總長515.26 m。

左岸土石壩段總長96.00 m，連接廠房壩段和左岸岸坡。壩頂高程390.80 m，壩頂寬11.0 m，上下游坡比均為1∶2。

廠房壩段由主機間壩段和安裝間壩段組成，沿壩軸線方向總長度109.76 m。其中主機間壩段沿軸線長67.74 m，順水流方向長75.85 m。

16孔泄洪沖沙閘布置在主河道及左岸漫灘部位，由1孔沖沙閘和15孔泄洪閘組成，總長度為247.00 m。沖沙閘與廠房壩段之間設(shè)置18.50 m寬的儲門槽壩段，兼做廠房縱向圍堰。泄洪沖沙閘為開敞式平底堰型，單孔凈寬均為12.00 m，閘室順水流方向長度均為30.00 m，閘室底板高程均為363.00 m，閘頂高程為390.80 m。

船閘布置于河床右岸，主要由上游引航道、上閘首、閘室、下閘首及下引航道等組成，上閘首長30.00 m，下閘首長30.00 m，閘室長120.00 m，閘室寬16.00 m。全閘總長約956.50 m。

3 優(yōu)化設(shè)計基本原則

蒼溪航電樞紐工程優(yōu)化要滿足以下基本原則：

（1）工程等級、工程規(guī)模及建筑物級別保持不變。本工程為Ⅲ等工程，主要建筑物按3級建筑物設(shè)計，次要建筑物按4級建筑物設(shè)計，臨時建筑物按5級設(shè)計。

（2）工程設(shè)計洪水標準不變，設(shè)計洪水50年一遇，校核洪水500年一遇。

（3）工程總體樞紐布置格局保持不變，從左岸至右岸依次由左岸土石壩、廠房、泄水建筑物、及右岸船閘組成。為保證船閘水力學條件，船閘位置保持不變。

（4）設(shè)計洪水位、校核洪水位及相關(guān)淹沒水位不抬高（以原設(shè)計為基準）。水庫正常蓄水位及死水位不變。

4 優(yōu)化設(shè)計思路

因嘉陵江洪枯水位變幅大，從而導致蒼溪航電工程采用的開敞式泄洪閘較高，其正常蓄水位至壩頂高差為17.8 m，該段范圍內(nèi)閘墩工程量大，浪費嚴重。水力自控（液控）翻板門靠水壓力及閘門自重自動啟閉，作為擋、泄水建筑物，相對于泄洪閘具有工程投資省、工期短等優(yōu)勢。在我國應用多年，在中小型工程中普遍應用，是一項較成熟的技術(shù)，對蒼溪航電樞紐工程的優(yōu)化具有極大的價值。

5 優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容

5.1 優(yōu)化方案擬定

根據(jù)優(yōu)化調(diào)整基本原則，本次優(yōu)化調(diào)整后壩軸線總長保持不變，為515.70 m。為增加泄流前緣寬度，在確保廠房進水水流基本順暢的基礎(chǔ)上，廠房向左岸側(cè)移動15.50 m，沿壩軸線方向總長度116.70 m不變，左岸土石壩段沿壩軸線方向總長度縮短15.50 m，總長96.00 m調(diào)整為73 m，另外原廠房基坑全年施工調(diào)整為廠房基坑枯期施工導流方案，故可取消原儲門槽壩段，增加泄流前緣寬度18.50 m，樞紐總布置調(diào)整后泄流前緣總寬由原來的247.00 m變?yōu)?83.00 m。

考慮樞紐運行的靈活及可靠，泄水建筑物應由泄洪沖沙閘及水力自控（液控）翻板門壩段共同組成。本專題依據(jù)上述優(yōu)化基本原則中的淹沒要求擬定了水力自控（液控）翻板門壩段分別和1、3、5、7孔泄洪沖沙閘組合共4個方案進行研究分析，成果見表1：

表1 優(yōu)化方案組合

樞紐布置中，為提高工程運行的靈活性及可靠度，需要設(shè)置一定的泄洪沖沙閘，但是泄洪沖沙閘越多，工程造價越高。因此，綜合考慮翻板門高度、工程投資、樞紐運行及導流方案的需要等，本專題選定3孔泄洪閘＋231.00 m水力自控（液控）翻板門壩段作為推薦方案。

5.2 翻板閘門高度選取

經(jīng)初步分析，擬定了翻板閘門高度為6.50 m、7.0 m、7.50 m三個方案進行分析比較（見表2）。三種方案翻板壩段泄流前緣寬度為231.00 m，泄洪閘為3孔，每孔泄流前緣寬度為12.00 m，泄洪閘堰頂高程為363.00 m。泄洪閘及翻板閘泄流能力按無坎寬頂堰計算，計算公式如下：

式中 m——流量系數(shù)；

ε——側(cè)收縮系數(shù)；

σs——淹沒系數(shù)；

n——閘孔數(shù)；

b——閘孔凈寬；

H0——堰上水頭（包括行進流速水頭）。

式中流量系數(shù)根據(jù)模型試驗選取。

表2 翻板門高度比較水力學計算成果

各方案計算成果表明：隨著水力自控翻板壩堰頂高程的降低，各頻率洪水對應的上游水位也相應降低，翻板壩堰頂高程為366.50 m（門高6.50 m）時在兩年一遇洪水上游庫水位高于初設(shè)上游水位0.18 m，不能滿足本次優(yōu)化調(diào)整的基本原則，故該方案不宜采用。翻板壩堰頂高程分別為366.00 m（門高7.00 m）及365.50 m（門高7.50 m）時在各頻率洪水上游庫水位低于初設(shè)上游水位，能夠滿足本次優(yōu)化調(diào)整的基本原則；根據(jù)我院收集的水力自控翻板壩工程實例，目前采用的水力自控（液控）翻板門高度不宜超過7.00 m，若門高增加至7.50 m，會增大水力自控翻板閘門的設(shè)計、制造、安裝難度。綜合以上因素，推薦水力自控翻板壩堰頂高程為366.00 m（門高7.00 m）。根據(jù)水庫運行方式的要求，當來流量Q入庫＞3 500 m3／s，需敞泄排沙，故本階段推薦液壓自控雙作用翻板閘門。

5.3 優(yōu)化后泄水建筑物布置

樞紐泄水建筑物采用3孔泄洪閘＋水力自控翻板壩方案布置，其中3孔泄洪閘布置在左岸漫灘部位，緊鄰廠房；翻板壩段布置在主河道，經(jīng)泄流能力計算，由3孔泄洪閘和231 m長水力自控翻板壩段組成，總長度為283.00 m。為提高電站運行的靈活性，翻板壩段安裝23扇水力自控液控雙作用翻板閘門。

3孔泄洪閘布置在左岸漫灘部位，泄洪閘為開敞式平底堰型，總寬度52.00 m，單孔凈寬均為12.00 m，閘室順水流方向長度均為30.00 m，閘室底板高程均為363.00 m，閘頂高程為390.80 m，最大閘高36.80 m（見圖1）。

圖1 樞紐布置示意

泄洪閘室下游設(shè)置48.00 m長的護坦，護坦頂面高程均為360.50 m，建基巖高程為358.00 m，厚2.5 m，下設(shè)反濾排水管。

泄洪閘工作閘門尺寸為12.00 m×10.50 m，3孔閘各設(shè)1扇工作閘門，工作閘門上游設(shè)檢修閘門。工作閘門和檢修閘門均采用平面疊梁門。3孔閘共用1扇檢修門，工作閘門由固定式啟閉機操作，檢修閘門用移動式門機操作。

翻板壩總長231.00 m，設(shè)置1個分隔墩，翻板閘門尺寸為7 m×10 m（高×寬），共計23扇水力自控液控雙作用翻板閘門，分為12個壩段，布置在左岸泄洪閘和右岸船閘之間的灘地及主河床。翻板壩采用低實用堰，壩體堰面順水流長24.00 m，堰頂高程366.00 m。翻板壩底部上游側(cè)均設(shè)有灌漿、排水廊道，廊道斷面尺寸為2.50 m×3.50 m（寬×高），帷幕灌漿孔深約15.00 m。

翻板壩下游設(shè)置混凝土護坦，護坦底板頂高程347.00～360.50 m，厚度2.50 m，護坦下設(shè)反濾排水管，末端設(shè)防沖齒墻至新鮮基巖，齒墻后設(shè)大塊石防沖槽。

初步設(shè)計階段與優(yōu)化設(shè)計階段泄水建筑物特征對比見表3：

表3 初步設(shè)計階段與優(yōu)化設(shè)計階段泄水建筑物特征對比

6 結(jié) 論

蒼溪航電樞紐工程具有水頭低的特性，為水力自控（液控）翻板門在樞紐布置中的應用提供了有利條件。

（1）蒼溪航電樞紐工程泄水建筑物優(yōu)化調(diào)整后，樞紐的功能保持不變，仍然能渠化航道、改善航運條件和發(fā)電。

（2）通過泄洪計算，采用“3孔泄洪沖沙閘＋231 m翻板壩”能滿足兩年一遇、十年一遇等標準洪水的淹沒要求，設(shè)計洪水及校核洪水均有所下降；樞紐泄流能力通過西南水運科學研究所整體水工模型試驗進行了驗證，滿足泄流能力要求；

（3）翻板壩在各工況下的穩(wěn)定及應力均滿足規(guī)范要求；

（4）水庫運行及閘門開啟方式的擬定綜合考慮了泄洪沖沙閘和水力自控（液控）翻板門的特性，為工程的安全、可靠運行提供了保障。

（5）樞紐布置采用水力自控（液控）翻板門將為蒼溪航電樞紐工程節(jié)省投資約1億元。

TV222

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1003－9805（2015）02－0007－03

2014－09－22

劉 躍（1980－），男，四川三臺人，高級工程師，從事水工設(shè)計工作。