龙羊峡水电站施工导流建筑物的设计_施工与渡汛.pdf

龙 羊峡水电站施 工导流建 筑 物的设 计、施工与 渡汛水力发电建设总局工程处龙羊峡水 电站位于青海省海南藏族自治州境内黄河干流上,控制流域面积万公里“。水电站上游地区群山起伏,并有 大 面 积的草原、湖泊和沼泽。年降雨量一般为一毫米,且大多集 中在月。龙羊峡上游共有个水文站和个雨情站,其 中控制性的水文站为玛 曲站和唐乃亥站。龙羊峡下游公里处有贵德水文站可作为龙羊峡的代表站。贵德站自年建站以来到。年实测最大洪峰流量为,米“秒,天洪量为亿米。按理论频率分析,年一遇洪水为,米秒,石围堰,并附设非常溢洪道。下游围堰采用草土心墙堆石围堰。导流洞和下游围堰 由电力部西北勘测设计院设计,上游围堰和非常溢洪道由电力部第四水电工程局设计。导流工程的施工 由四局完 成。龙羊峡工程的导流平面布置见图。龙羊峡工程施工队伍于年进点,年末截流,上、下游围堰于年完成,并经受了。年汛期洪水的考验,导流建筑物全部运行正常。年一遇洪水为,米“秒,年一遇洪水为,米秒,年一遇洪水 为,米秒,年一遇洪水为,米秒。水电站枢纽建筑物由拦河坝、电站厂房和泄水建筑物三部分组成。河床主坝为混凝土重力拱坝,最大坝高米,副坝为混凝土重力坝。主坝前沿长米,枢纽前沿总长米。电站将安装台万千瓦水轮发电机组,总装机容量为万千瓦。泄水建筑物由岸边溢洪道和通过坝体的底孔、深孔、中孔组成。拦河坝坝址位于 龙羊 峡 进口下游公里处。坝址基岩为印支期花岗闪长岩,两岸陡峻,岸坡约一。,平水期水面宽米。由于山高谷深,水流 湍急,采取 全河床一次断流、右岸设一条隧洞导流 的方式。上游围堰采用混凝上心墙堆黄然溉缨吟、河臀蕊本 文 由毛亚杰同 志执笔。图龙羊峡工程导流平面布里 图一、导流隧洞的设计与施工导流洞于年月开工,年月开始混凝土衬砌,年月末基本完工,共完成石方桐挖万米、混凝土万米。隧铜为城门洞形断面,全长米,洞身过水断面宽米,高米,底板纵坡为。,与河道纵坡一致。隧洞按年一遇洪水设计,相应泄量为,米“秒,洞内流速为米 秒,流态为无压急流。隧洞进口距坝轴线。米,采用进水塔型式,塔顶高程按导流期间年一遇洪水设计施工 中降低为年一遇洪水标准,降低米。进水塔有两个又米的 门孔,门孔下游顶部设置的压板,可使水流过压板后 明流 出流压板末端设置两个米的通气孔补气。洞身 的底板和边墙全部采用混凝土衬砌,边墙衬砌高度设计耍求达到与顶拱岩面密贴或至少高于拱座米,实际施工时绝大部分降低到起拱线高度。顶拱部分根据地质情况进行了间断衬砌,衬砌长度约 占隧洞全长的。底板混凝土设计标号,号,施工中考虑利用后期强度部分改为,号。对于施工中出现的蜂窝麻面 和错 台等质量问题,用环氧砂浆或水泥砂浆进 行了表面处理。由于施工 中存在一些质量问题主要是边墙衬砌高度不够,个别锚筋质量较差和顶拱衬护未全做等,对导流洞竣工后的安全泄水能力有不同看法。为了确保安全,最后确定必要时隧洞限泄,米秒,并做了相应的限泄 闸门但实际是否限泄视具体情况而定。导流隧洞的纵剖面见 图。二、上游围堰的设计与施工在初步设计中上游 围堰采用溢流式混凝土拱围堰,按年一遇 洪 水 设计,隧洞泄 水,米秒,堰顶溢流米秒,相应库容亿米,最大堰高米。挡水标准为年一遇洪水,堰顶不溢流,由于年一遇洪水大于实测最大洪水,因此基本可以保证基坑全年施工。在施工 中,考虑到进度情况,为了确保截流后 围堰能在第二年汛期安全挡水,因此上游围堰型式改为混凝土心墙堆石围堰。为了减轻导流 隧洞过流负担和安全宣泄超标准洪水,利用右岸 向上游出碴公路路面基岩条件设计 了岸边非常溢洪道。按照导流洞在年一遇洪水时限泄,米秒的原则,上游围堰按年一遇洪水设计,年一遇洪水校核,非常溢洪道在年一遇洪水以下不过水。上游围堰堰顶长米,最大堰高米,最大库容亿多米。非常溢洪道宽米,翼墙高米,最大泄量米“秒,出口用鼻坎挑流 消能。棍 凝 土心墙底部厚米,顶部厚米,两侧坡度。心墙与河床及两岸采用混凝土止 水 体联结,止水体嵌入基岩,用锚筋锚固和灌浆防甲丝望竖一里臼缪叫卜懊枫乳一闸口口口戈戈二 匀匀尿洲“气气侧弯道段洲洲鸽尸。、健尹尹启启启娜娜匕成日叫叫理二二二予三摹摹斗斗斗斗昌二二二二二二二二二二嘴嘴嘴甲甲峨、,。引引口,进味一图一导流隧洞纵剖面图皿一皿渗止水体与心墙采用弧面联结。为适应堆石体沉陷和侧向变形,混凝土心墙采用设有道水平缝和道垂直缝的柔性结构,大致分成米的正方块,缝间设有 白铁皮和塑料 两道止水片。水平缝按铰接缝设计,缝面抹平刷沥青,缝面下游侧填一厘米 宽 的沥青 油板,板厚厘米,缝间有绞结钢筋相连。垂直缝按伸缩缝设计,相邻块设水平联系钢筋,缝面用厘米厚 的沥青油板隔开。为了加强缝面止水,心墙上游侧全部结构缝跨缝粘贴两毡三油。心墙 中配置了双向构造钢筋以增强其整体性。心墙两侧为一米宽的砂砾石过渡层,其边坡为。砂砾石取 自砂石料场,用 自卸汽车上堰,铺层厚米,用平碾碾压密实,取样检查平均干容重为吨米。砂砾石与心墙接触带用夯击密实。过渡层两侧为堆石体,边坡,利用坝肩开挖石碴未经筛选由 自卸汽车从基坑直接上堰或 由弃碴场运输上堰,每层铺料 厚米,用吨振动碾碾压,取样检查平均干容重为吨米,心墙两侧保持平 起升高。围堰 顶部设置了个外部观测点,自年月观测到年月后因围堰加高观测点损坏而中止观测。观测到心墙 最 大 下 沉毫米,向下游侧最大位移毫米,向上游侧最 大位移毫米。心墙上游侧堆石最大下沉毫米,下游侧堆石最大下沉毫米。观测期间最高水位达到米堰高。心墙内部埋设了渗压计、土压力计、钢筋应力计、测缝计,用以观测止水效果、应力情况和变形情况。渗压计支埋设在心墙下游侧河床基岩上,实测最大渗透压力为公斤 厘米“,渗 压 水头相当于上游水头的,且有滞后现象。土压 力计系 由渗压计改装而成,安装在河床 中心断 面上,上、下游对称布置支,实测最大压应力公斤 厘米。钢筋计布置在河床中心断面个高程点上,上下游对称布置支,实测应力全部是压应力,最大压应力公斤 厘米“,心墙底部下游侧压应 力大于上游侧,其他高程上游侧压应力大于下游侧。测缝计布置在心墙垂直、水平分缝及心墙与止水体的结合缝上,上下游对称布置支,实测最大缝张开毫米,心墙靠左右岸竖向接缝拉开,中间接缝微微有压缩,水平缝都为压缩变形。从年月到年月的内、外部观测资料表明心,黝黝黝黝黝“口口占八,碑”沪,二毡三抽心墙上游视非常隘洪道竖二口口直入入一一气擎,卜卜卜卜厂心心心心心口司司、”旧气气多岁代代以目“曰目止水白铁片水平缝构造田上游围堰示窟图墙与堰体的止 水情况、应力情况和变形变位情况均属正常。三、防汛准备龙羊峡库区为半成岩的湖相沉积地层,以粘土岩为主,间夹粉砂岩、砂岩,遇 水 易 泥化、崩解。围堰上游一公里范围内,右岸岸坡高陡,一古滑坡鳞 次栉比,是威胁围堰安全 的滑坡区。围堰 挡水后,水 位 升 高一米,有可能促使老滑坡重新活 动或 形 成新滑坡,可能的滑坡方量有数百万米“,可 能的涌浪高度一米。导流洞出口上方在今年月新发现,一,米“的 不 稳定岩体,且裂缝不断发展,假若一旦下滑将可能严重 影响导流洞 的泄水能力同时如前所述,对导流洞的安全泄水能力也存在着疑问。另外,年月黄河水利委员会根据太阳黑子活动、日全蚀、年九大行星连珠、历史上长江和黄河洪水关系等因素判断年黄河有大洪水。上述这些因素都可能危及上游围堰的安全。由于围堰形成水库的库容很大,一旦发生馈决,将对下游产生十分广泛的影 响和危害,因此,龙羊峡施工 围堰的安全渡汛,成为在建水电工程的主要问题。针对这种情况,汛前采取 了以下措施一导流洞不限泄导流洞 限泄,米,秒后,洞 内水 面 线大多在起拱 线以下,即在边墙混凝土衬砌范 围内,对导流洞的安全运行有利。但 导流洞是施工期宣泄洪水 的唯一通道,限泄后将会抬高库水位,降低上游围堰的挡水标准,洞内流速也将加大一米 秒,并增加产生气蚀 破 坏洞身混凝土的可能性。同时,限泄 闸门底缘的负压将会造成闸门振动,引起门槽变形,给下 闸蓄水带来严重困难。另一方面考虑到,洞内大多数地段岩石比较新鲜完整,在岩石相对破碎地段顶拱做了钢筋混凝土或钢 顶拱混凝 土 衬砌,岩石大规模塌滑的可能性很小。根据水工模型实验,隧洞在年一遇洪水时泄 水,米秒,洞 内仍基本保持明流状态,仅在局部有折冲浪打顶。综合考虑上述因素,认为在宣泄超标准洪水时,导流洞可能有局部破坏,但不致严重阻水,因此决定年汛期导流洞不限泄。二加固加高上游围堰上游围堰的混凝土心墙及非常溢洪道的导墙、翼墙等建筑物,是按年一遇洪水导流洞限泄,米秒设计、施工的。堆石体和过渡层按年一遇洪水导流洞不限泄 的 水位施工,堆石体比心墙低米。为提高围堰的防洪标准,汛前决定将堆石体加高米,使围堰的挡水标准 由原设计的年一遇洪水提高到年一遇以上。为使围堰在少量、短时间全面漫水时不致损坏,以及防止溢洪道挑流的回流淘刷围堰下游坡角,在堰顶浇筑了米厚的混凝土板,在下游坡面上铺设钢筋笼护坡,在马道上 浇筑米厚 的混凝土板,在下游坡 角堆碴上浇筑了。米厚的混凝土六面体。三分析溃堰对下游的影响西北勘测设计院汛前提交了龙羊峡上游围堰溃堰计算及溃堰对下游影 响的初步分析报告,对龙羊峡一刘家峡区间 的溃堰最大 流量、最高水位及主要川地的淹没范围作了分析计算。青海省人民政府据此进行了淹没调查,恢复健全了各级防汛组织,并建立了通讯网。关于溃堰对刘家峡水库的影响,则着重从防洪安全标准方面进行了调 度分析。西北院提出了刘家峡水库年月份防洪调 度实 施办法,并 由龙羊峡与兰州“黄河上 中游水调办公室”建立直接的无线 电通讯联系。四加强水情预报,完善通讯联系水情预报是 防汛工作中采取一切措施的依据。为此,首先充实了水文组的技术力量,使水文组的技术干部 由人增加到人同时在汛前补充编制了两个水文预报方案,即以雨量和洪峰为对应因子的经验相关预报方案和以产流分析为主 的降雨径流相关预报方案,以延长水情预见期和提高预报精度。其次,在上游的玛曲、唐乃亥两个水文站设立防汛电台,定时直接 向龙羊峡报汛同时第四水电工程局还和青海省气象局、邮 电局就黄河上游气象预报、雨量测报及 电讯传递签订了合同,以保证上、下游的通讯畅通。经采取上述措施后,水情预见期可做到小 时,预报精度达到以上。此外,北京与龙 羊峡之间设立了专 线 防 汛电话,以保证指挥系统的通讯联系。五对可能的滑坡和不稳定岩体进行监视在导流洞出口不稳定岩体上埋设了只测缝计,用以观测裂缝张开情况。同时在库区滑坡上进行地面变形的外部、内部及地下水升降情况 的观测,并定期进行地质巡山,以便在不测情况发生时及 时发 出警报。六组成非常防汛指挥部电力部会同青海、甘肃两省组成 了龙羊峡非常防汛指挥部,并商定当龙羊峡上游来水超过实测最大洪水时,非常防汛指挥部即赶到工地现场开始工作。四、防汛黄河上 游年的汛期大洪水,是由上游地区自月日至月日持续长时间阴雨造成的。龙羊峡黄河来水量 由月日的米秒起涨,到月日超过实测最大 洪 水,月日出现洪峰,洪峰流量,米秒,洪水重现期接近年,天 的洪量为亿米,重现期也在。年以上。与历史调 查洪水 相比,洪峰流量仅小于年的,米秒,而大于其他历史调查洪水。月日出现堰前最高水位,米,离堰顶还差米,水库拦蓄洪水亿米。导流洞超过设计标准泄水夭,最大下泄,米秒,超过设计 泄 量米秒。非常溢洪道泄水天,最大下泄。米秒。在导流洞超标准泄水期 间,从 导流洞出口观察,泄流通畅,无封顶 等 异 常 现象。非常溢洪道挑流冲走了围堰坡角堆碴,回流淘刷了坡角,但由于原坡面浇注的混凝土板和六面体坍落护底,并又抛投了许多钢筋笼,因而回流淘刷未影响围堰安全。为使围堰能在漫水时经受住冲刷或在溃堰时延缓溃堰时间、减小溃堰流量,在围堰下游坡钢筋笼上补浇了一层混凝土护面,并在马道上浇筑了混凝土五面体。为提高围堰的挡水能力,将全部挡水建筑物加高米,使堰体的保坝标准提高 到年一遇洪水。在洪水过程中,库区 总计发生万米 的滑坡,由于大多数属于坍岸 性 质,没有整体高速滑动,因此未造成涌浪。导流洞出口的不稳定岩体,在汛期未出现突变。在抗洪抢险期间,共浇筑混凝土,米,抛投钢筋笼个,填筑土方万米。短期水文预报可信,最大洪峰流量小时预报误差 为,小时预报误差为,起到了耳目作用。龙羊峡非常防汛指挥部从月日开始在工地工作。自月日至日,在党中央、国务院的关怀和领导下,经第四水电工程局、西北勘测设计院和基建工程兵部队广大职工、指战员的艰苦奋斗,青海省气象、水文、邮电、电力各部门的协助配合,以及上下游淹没区万居民的支持,终于战胜了黄河上游罕见的大洪水,胜利完成保龙羊峡、保刘家峡、保兰州、保包兰铁路的“四保”任务。由于龙羊峡围堰水库的调蓄作用,使龙羊峡汛期最大下泄洪水 由天然的,米“秒减为,米秒,削减,米秒,蓄水亿米”,从而减轻了下 游洪水的灾害,并为刘家峡水电站多蓄水多发电创造 了有利条件。上接第页一个共 同目标夺取抗洪斗争的胜利正是 由于有这种共产主义大协作、奋力拚搏 的精神,才使我们的抗洪斗争取得了胜利。龙羊峡地处青海 高原,地形、地质、气候条件非常严酷,正如一些外国专家参观 时 说 的“龙羊峡工程在国际上也是个挑战性 的工程”。自从工程开工以来,曾遇到过许多困难和挫折年遭到特大洪水的侵袭,更 增添了新的困难。但是,只要我们依靠上级党的领导,发扬实事求是的科学作风,开展共产主义大协作,我们将克服任何困难,取得更大 的胜利。