金沙江中游阿海水电站施工详图设计阶段 【截流规划设计报告】 Z=Zs—Zx(Zs,Zx分别为上、下游水位) (3)单宽功率N:
N=γ·q·Z
(4)龙口平均流速v:
v?QgB?h?QgB?(H?Z0)
h——戗堤轴线处收缩水深,Z0——戗堤轴线处落差。
设计截流流量951m3/s时的水力计算成果见表4-2所示,截流龙口水力特性见图7-5所示。
图7-5 截流龙口水力特性曲线
从计算结果可以看出,截流最困难区段为55m~25m之间,流速范围:4.39m/s~5.73m/s,落差:3.10m~7.14m,单宽流量:18.25m2/s~46.27 m2/s,单
31 金沙江中游阿海水电站施工详图设计阶段 【截流规划设计报告】 宽功率:139.24 t.m/s.m~182.10 t.m/s.m。
在龙口宽度接近38m时,出现龙口底高程高出下游水位的情况,上游水位雍高较高,此时龙口落差仍采用Z=上游水位-下游水位计算,计算出数值较大,但此时龙口的堰上收缩水深实际小于该落差值,单位能量也较小,所以此时落差值的大小不能完全反应实际截流难度。
根据计算,在截流的困难区段,计算龙口最大平均流速为5.73m/s,最大落差为8.00m,最大单宽功率182.10m3/s.m,且计算最大龙口流速为断面平均流速,考虑不均匀系数后,龙口表面最大流速将接近9m/s,龙口进占难度较大。
7.5 截流水力指标分析
根据以上水力学计算指标及截流实验指标分析,截流设计水力计算流速和落差等指标与模型试验中的戗堤轴线断面平均值基本一致;但模型试验中在戗堤轴线下游局部点位(如下挑角处)截流指标均较高(详见《截流模型试验报告》)。由于河床天然落差较大接近2‰,属典型的山区河流,截流水力计算与截流模型试验均表明:在截流实施过程中出现高流速和高落差,以截流流量951m3/s为例,在龙口进占过程中,龙口基本一直均为三角形龙口,且当龙口宽小于38m时,龙口底高程将高出下游水位,导致龙口表面流速较大,最大流速计算值与实验值分别达5.73m/s、6.71m/s。由此可见,最大流速属国内已截流工程中较大的。国内部分已建工程截流指标详见表7-3:
32 金沙江中游阿海水电站施工详图设计阶段 【截流规划设计报告】 表7-3 国内主要水电工程截流指标表
截流流量(m3/s) 工程名称 河流 截流 年月 设计 实际 2030 截流方法与特点 单戗堤单向立堵 龙口宽最大 最大 主戗堤 度 落差 流速 顶宽(m) (m) (m/s) (m) 56 40 203 80 15 40 85 52 130 60 65 60 55 60 2.97 1.4 3.23 2.4 2.7 5.3 2.56 3.83 0.66 3.96 3.0 5.921 4.72 6.75 3.0 7.5 5.4 7.0 5.4 5.56 7.14 4.22 7.0 7.13 5.089 7.71 25 8~10 25 22 15 15 18 — 30 25 30 20 60 25 截流 历时 (h) 133 4 36 19 3.6 51 29.75 3.4 30 20.25 22 20 45 27 三门峡 龙羊峡 葛洲坝 黄河 黄河 长江 1958.11 1000 1979.12 800 1981.1 5200 170 单戗堤立堵 4720 单戗堤双向立堵 单戗堤单向850 立堵 210 单戗堤立堵 620 单戗堤立堵 613 单戗堤立堵 1440 平、立堵 8480 单戗堤立堵平抛护底 铜街子 大渡河 1986.11 750 隔河岩 李家峡 五强溪 二滩 三峡 清江 黄河 沅水 1987.12 425 1991.10 300 1991.11 1400 雅砻江 1993.11 2000 长江 1997.11 14000 大朝山 澜沧江 1997.11 873 漫湾 小湾 澜沧江 1987.12 922 澜沧江 2004.10 1320 618 单戗堤立堵 单戗堤单向立堵 单戗堤单向1240 立堵 636 829 宽戗堤立堵 单戗堤双向1380 立堵 金安桥 金沙江 2005.12 889 糯扎渡 澜沧江 2007.11 1442 6.7 (龙口宽7.52 25.3m)
阿海水电站的各项截流指标虽然较高,但单宽流量、龙口流速、单宽功率、上下游落差几个重要指标的高峰均没有重叠。经综合分析研究,认为以951m3/s流量作为截流设计截流,虽然截流流速指标偏高,截流落差大,截流施工难度较大,只要对截流材料及及施工机械方面做好充分准备,是可以实现的。
参照小湾、漫湾、大朝山、金安桥以及糯扎渡工程截流的经验分析,典型山区河道,采用隧洞分流后,均出现截流高流速、高落差现象,从已经成功截流的多个工程经验分析,在截流过程中梯形龙口与三角形龙口过渡段及龙口底高程高出下游水面段均属截流困难段,要求抛投料物块度及抛投强度较大。在漫湾截流实施过程中曾采用在左岸堤头预堆钢筋石笼,爆破倾入龙口帮助截流的成功经
33 金沙江中游阿海水电站施工详图设计阶段 【截流规划设计报告】 验。因此,结合现场施工条件,从导流工程施工进度安排角度看,因本工程围堰较高且填筑工程量较大,截流时间越早,2009年度汛风险越小,应争取实现确保12月上旬截流。截流规划按12月上旬10%旬平均流量951m3/s设计,同时为尽量降低截流难度,减小截流风险,截流实施工程中,结合河道实际来流量,选择合适的截流时机。
7.6 龙口分区
根据上游戗堤处的河谷形状,基本呈不对称“V”形。右岸岸坡较陡;左岸1400m高程以下坡度较陡,1400m高程以上坡度略缓。戗堤顶长度约为85m,天然河床在951 m 3/s的截流流量下,河床水流流速约为1m/s,在龙口宽度65m时,断面平均流速约3.29m/s,因此无法在两岸布置较大范围的非龙口区。
综合考虑流速、落差对抛投材料及戗堤进占的综合影响,根据截流水力学计算成果、龙口实际情况及截流强度来划分非龙口区段及龙口段。非龙口段为右岸单向进占约20m,在堤头抛投大块石及钢筋石笼裹头保护,同时在左岸亦抛投钢筋石笼裹头,以对河床起到护底及护坡的作用,另一方面可以提高河床的糙率,提高龙口区的抛投料稳定性,以减小龙口区的进占难度,分区如图7-6所示:
图7-6 龙口分区示意图
龙口段宽度65m,分为3个区,即Ⅰ区(10m,龙口宽度为65m~55m)为非困难区;Ⅱ区(30m,龙口宽度为55m~25m)为困难区,Ⅲ区(25m,龙口宽
34 金沙江中游阿海水电站施工详图设计阶段 【截流规划设计报告】 度为25m~0m)为合龙区。各区的流速、落差、单宽功率等重要水力学参数基本一致,以保证抛投材料、抛投强度等指标合理可行。龙口各区流速、落差见表7-4:
表7-4 龙口各区流速、落差表
项 目 龙口顶宽 平均流速 平均落差 单位 m m/s m 原河床 1.007 0 65 3.29 0.91 龙 口 各 区 特 征 参 数 47 5.73 3.80 30 4.83 6.57 20 3.84 7.58 5 0 8.00 备注 注:当龙口顶部宽度小于38m时,龙口底高程高于下游水位,落差不控制,主要影响因素为龙口堰上水深。
预进占段:平均流速1.007~3.29m/s,最大平均流速为3.29m/s。
Ⅰ区:龙口宽65m~55m,龙口平均流速3.29~5.08m/s,最大平均流速为5.08m/s。
Ⅱ区:龙口宽55m~25m,龙口平均流速4.39~5.73m/s,最大平均流速为5.73m/s。
Ⅲ区:龙口宽25m~0m,龙口平均流速4.39~0m/s,最大平均流速为4.39m/s。
7.7 龙口保护
7.7.1 龙口的护底
为了防止截流龙口合龙时河床被掏刷危及戗堤的安全、增加截流难度、延误截流时间,通过对龙口护底加糙河床,可减少合龙的工程量及截流龙口水深,改善分流条件,有利于迅速合龙。
本工程冲积层厚1.7m~6.0m,物质组成为砂卵砾石夹漂石、孤石等,密实度中等。围堰地段两岸岩体强风化厚度不大,埋深一般0~8m,弱风化水平埋深15m~29m,河床部位冲积层以下为微风化及新鲜岩体。
从对龙口分区和进占过程的分析,河床的主河道靠右岸,在戗堤预进占时主河道的的冲积层范围已基本被覆盖,龙口段的河底基本没有冲积层,为微风化及新鲜岩体,抗冲流速大,因此冲刷较小。戗堤下游由于戗堤龙口处部分流失堆渣料和坝基开挖的部分渣料堆积,也可以起到部分护底作用。同时考虑到金沙江河床比较狭窄,水面比降较陡,江水流速较大,不利于抛投船只的定位,施工难度较大。因此从现场条件、投资、工期
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