個(gè)人業(yè)務(wù)總結(jié)-中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司

1、<p>　　紅花水電站樞紐布置和建筑物優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　凌春海</b></p><p>　　（中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司 廣州 510610）</p><p>　　[摘要] 低水頭河床式電站的經(jīng)濟(jì)效益與樞紐布置、建筑物選型、優(yōu)化等密切相關(guān)，而這些因素又影響到施工導(dǎo)流和施工期通航，通過(guò)紅花水電站的設(shè)計(jì)實(shí)踐，

2、為同類(lèi)工程的設(shè)計(jì)提供參考的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　[關(guān)健詞] 水電站 河床式 低水頭 樞紐布置 優(yōu)化 氣蝕 空化</p><p>　　柳江紅花水電站位于廣西壯族自治區(qū)柳江縣境內(nèi)，是廣西柳江干流綜合規(guī)劃開(kāi)發(fā)九個(gè)梯級(jí)的最下游一個(gè)電站，是以發(fā)電、航運(yùn)為主，兼顧灌溉、旅游、養(yǎng)殖的綜合利用工程。正常蓄水位77.5m，相應(yīng)庫(kù)容為5.7億m３，壩址以上控制流域面積46770km2，電站總裝

3、機(jī)容量為228MW，工程等別為Ⅰ等，主要建筑物為2級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇，泄水建筑物消能防沖按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，洪峰流量為29700 m３/s。工程概算總投資16.7億元,總工期3年3個(gè)月,發(fā)電工期2年8個(gè)月。</p><p>　　紅花水電站是一座典型的低水頭河床式電站，低水頭河床式電站的經(jīng)濟(jì)效益與樞紐布置、建筑物選型、優(yōu)化等密切相關(guān)，而這些因素又影響到施工導(dǎo)流布置和施工期

4、通航，紅花水電站設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合施工導(dǎo)流的布置，對(duì)樞紐布置和建筑物優(yōu)化選型進(jìn)行了研究，取得一定的工程效果。</p><p><b>　　一、樞紐布置的優(yōu)化</b></p><p>　　紅花水電站壩址位于侵蝕溶蝕低山丘陵區(qū)，柳江在壩址處形成凹向左岸的微彎性河道。壩軸線處河面寬490m，河床高程57m～62m。河床左側(cè)在覆蓋層10～20m以下有一巖石灘地，長(zhǎng)約200m～25

5、0m，寬約100m～140m，灘面高程60m～63m。河床右側(cè)有一砂洲(莫窯洲)，洲長(zhǎng)大于400m，寬約200m，高程為60m～62m。壩址左岸為巖石風(fēng)化山包，山頂高程103.6m。右岸分布一、二、三級(jí)階地，高程分別為70m～80m、85m～95m、100m～120m。</p><p>　　壩址河床覆蓋層較薄，為含泥砂卵礫石層，下伏基巖為炭質(zhì)灰?guī)r夾硅質(zhì)巖、灰?guī)r及薄層炭質(zhì)頁(yè)巖。兩岸覆蓋層較厚，為碎石粘土、壤土組成的

6、殘坡積層及泥巖、粉砂巖夾硅質(zhì)巖全風(fēng)化層。</p><p>　　樞紐布置要考慮的因素很多：地形地質(zhì)條件、水流條件、交通條件、施工導(dǎo)流和施工通航、施工工期、運(yùn)行條件、工程量和投資等。通常情況下，由于通航水流條件較難滿足，船閘位置應(yīng)優(yōu)先考慮，船閘宜臨岸布置，不應(yīng)布置在泄水閘與電站廠房之間。紅花水電站樞紐布置時(shí)考慮以下原則：</p><p>　　壩址洪水峰高量大，為保證建筑物安全和對(duì)上游淹沒(méi)的控制

7、，泄水閘布置應(yīng)</p><p>　　盡量維持原河道的河勢(shì)，保證行洪安全順暢。</p><p>　　2)柳江是柳州市重要交通水道，樞紐布置應(yīng)考慮船閘的運(yùn)行特點(diǎn)，要求上下游引航道與原有天然枯水航道相銜接。</p><p>　　3)施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿足泄洪和臨時(shí)通航所要求的流量、水位及流速等條件。</p><p>　　4)壩址兩岸有來(lái)賓～柳州～

8、桂林的220kV過(guò)河高壓線跨河通過(guò)，樞紐布置時(shí)建筑物開(kāi)挖應(yīng)盡量避免對(duì)跨河高壓線塔基礎(chǔ)帶來(lái)影響。</p><p>　　5)在滿足運(yùn)行及建筑物安全的條件下樞紐投資盡量節(jié)省。</p><p>　　根據(jù)上述原則，樞紐布置比較了左船閘右廠房方案、右船閘左廠房方案和船閘、</p><p>　　廠房集中布置在左側(cè)的三個(gè)方案。</p><p>　　左船閘右廠

9、房方案（方案一），船閘布置在左岸凹岸邊，上下游與航道深弘線銜接，利于通航；廠房布置于右岸基巖風(fēng)化深槽上，石方開(kāi)挖量較??；對(duì)外交通公路在右岸，利于廠房發(fā)電設(shè)備的進(jìn)場(chǎng)安裝及施工區(qū)布置；電站進(jìn)水渠須避開(kāi)220kV跨河高壓線塔基礎(chǔ)；右岸基巖風(fēng)化深槽土方開(kāi)挖量大，回填量也較大。主體工程靜態(tài)總投資9.36億元，總工期3年9個(gè)月，其中發(fā)電工期3年2個(gè)月。</p><p>　　左船閘左廠房方案（方案二），壩址處水面寬約490m(

10、65m高程)，樞紐混凝土前緣長(zhǎng)度約660m，該方案右岸泄水閘布置需深入右岸階地100多米，工程量大；同時(shí)泄水閘將偏離原河床中弘線，河勢(shì)改變較大，造成泄水閘下游岸坡的沖刷及行洪不暢，增加溢流前緣長(zhǎng)度及護(hù)岸工程。主體工程靜態(tài)總投資9.76億元，總工期比方案一多5個(gè)月，發(fā)電工期比方案一多6個(gè)月。</p><p>　　右船閘左廠房方案（方案三），避開(kāi)右岸基巖風(fēng)化深槽，回填方量較少；左岸廠房正向進(jìn)水，進(jìn)水流態(tài)較好，但石方開(kāi)

11、挖量大；船閘位于右側(cè)凸岸，不利于與上下游航道深弘線銜接。主體工程靜態(tài)總投資9.37億元，總工期比方案一多2個(gè)月，發(fā)電工期比方案一多3個(gè)月。</p><p>　　從上可見(jiàn)，左船閘右廠房方案投資最省，工期較短，泄洪順暢，方便施工，</p><p>　　利于通航，樞紐布置選定左船閘右廠房方案。</p><p>　　左船閘右廠房方案即船閘位于左岸岸邊，廠房布置右岸階地，泄水

12、閘居中</p><p>　　布置于河床中部，這種樞紐布置總格局是合理的。但樞紐因受地形、地物影響，電站廠房必須側(cè)向進(jìn)水，進(jìn)口流態(tài)較差。為改善廠房進(jìn)口流態(tài)，廠房應(yīng)在條件許可的情況下，盡量向河中左移?？紤]提前發(fā)電和盡量減少影響通航的要求,水工建筑物布置與施工導(dǎo)流方案相互配合組成優(yōu)化的組合方案,采用左右岸同時(shí)修枯水圍堰的方式。</p><p>　　在第一枯水期的9月中旬開(kāi)始修一期右岸外枯水土石圍

13、堰,形成一期右岸基坑,施工廠房和右岸8.5孔泄水閘,并在12月前建好第8孔泄水閘和泄水閘下游的中隔墻及上游的混凝土縱向圍堰;在第一汛期前修好右側(cè)8孔泄水閘、廠房基礎(chǔ)及一期廠房縱橫向過(guò)水圍堰;在第一汛期和第二枯水期時(shí)段內(nèi),在廠房過(guò)水圍堰保護(hù)下廠房繼續(xù)施工。要求在第二汛期前廠房完成至82ｍ高程以下的混凝土澆筑。第二汛期廠房在自身水下墻及閘門(mén)的保護(hù)下繼續(xù)澆筑混凝土及機(jī)組安裝。</p><p>　　在第一枯水期的11月初

14、開(kāi)始修一期左岸枯水土石圍堰,形成一期左岸基坑施工船閘,在第一汛期前完成高程70.5ｍ以下船閘的上、下閘首和閘室的右邊墻及上、下游導(dǎo)航墻,其后即拆除一期左岸枯水土石圍堰。在第一汛期間的非洪水條件下繼續(xù)70.5ｍ以上船閘右閘室墻的澆筑。在第二枯水期內(nèi)修建船閘上、下游枯水圍堰,并利用上、下閘首和閘室的右邊墻作為一期船閘縱向圍堰,形成第二枯水期左岸基坑,繼續(xù)完成船閘上下閘首和閘室的左邊墻混凝土澆筑。此施工期間第一汛期由束窄后的河床左側(cè)、已建好的

15、5孔泄水閘和廠房過(guò)水圍堰聯(lián)合泄流,由河床的左側(cè)通航;第二枯水期由束窄后的河床、已建好的5孔泄水閘過(guò)流,河床左側(cè)通航;第二汛期前拆除廠房過(guò)水圍堰,由束窄后的河床、已建好的8孔泄水閘聯(lián)合泄流,河床左側(cè)通航。</p><p>　　在第三枯水期修河床左側(cè)的泄水閘。利用下游中隔墻,上游縱向混凝土圍堰</p><p>　　以及船閘上、下閘首和閘室的右邊墻作為二期基坑的右側(cè)和左側(cè)縱向圍堰,并填筑二期上、

16、下游橫向土石圍堰,在二期基坑保護(hù)下施工河床中間10孔泄水閘,利用在船閘下游設(shè)一臨時(shí)交通橋解決二期基坑的對(duì)外交通。第三枯水期由已建好的8孔泄水閘過(guò)流,二期圍堰臨時(shí)擋水,船閘臨時(shí)通航;第三汛期前拆除二期河床圍堰,電站已建成,由已建好的18孔泄水閘泄流和船閘通航。</p><p>　　因此,泄水閘分兩期施工，泄水閘下游的中導(dǎo)墻兼做施工期的縱向圍堰，把左岸河床段的門(mén)庫(kù)移至船閘的左側(cè)灘地上，泄水閘和廠房向左移，從而縮窄河床

17、段建筑物前緣寬度，實(shí)現(xiàn)水工建筑物與施工導(dǎo)流臨時(shí)建筑的結(jié)合。對(duì)于電站發(fā)電時(shí)上游漂來(lái)的污物，參照國(guó)內(nèi)一些工程的實(shí)際做法，運(yùn)行管理時(shí)采用環(huán)保清理措施，即及時(shí)清理，就地掩埋。這樣，取消原來(lái)的排漂孔壩段，采用18孔泄水閘,堰頂高程60.0m，每孔凈寬16m的泄水建筑物布置，根據(jù)模型試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果，其渲泄50年一遇的洪水時(shí)，壩前水位壅高值為32cm，回推至上游柳州市郊區(qū)雞喇處的水位壅高不超過(guò)20cm，滿足泄洪的要求。泄水閘和廠房之間的門(mén)庫(kù)右移至廠房

18、右側(cè)，廠房就可以向河床中間移動(dòng)44m，大大減少了原廠房上下游進(jìn)出口的階地開(kāi)挖，避免了對(duì)右岸跨河高壓線塔的影響，同時(shí)，也改善了廠房的進(jìn)出口水流條件。泄水建筑物擋水前緣長(zhǎng)度由388m減為366m。船閘順應(yīng)原枯水航道布置在河床深弘部位，泄水建筑物也位于原主河床，通航和泄洪都比較順暢。</p><p>　　經(jīng)上述調(diào)整后，樞紐建筑物布置廠房左邊墻樁號(hào)為0+437.0，泄水閘左邊墻樁號(hào)為0+803.0，船閘中心線樁號(hào)為0+8

19、26.0，廠房左移了44m，開(kāi)挖量減少了20多萬(wàn)m3，也節(jié)省了混凝土工程量，為兩岸同時(shí)施工、泄水閘下游的中導(dǎo)墻兼做施工期縱向圍堰創(chuàng)造了條件。</p><p>　　二、廠房建筑物布置優(yōu)化</p><p>　　紅花水電站廠房為河床式，位于河床右岸，廠房前緣總長(zhǎng)152.855m，采用二機(jī)一縫的結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)機(jī)組設(shè)備布置、過(guò)水流道尺寸及結(jié)構(gòu)的要求，從右到左為1＃、2＃機(jī)組段長(zhǎng)36.22m，3＃、4

20、＃機(jī)組段長(zhǎng)35.22m，5＃、6＃機(jī)組段長(zhǎng)39.935m。廠房左側(cè)與泄水閘相接，右側(cè)緊鄰右岸門(mén)庫(kù)段。主廠房由主機(jī)間和安裝間組成，副廠房由尾水副廠房和安裝間副廠房組成，變電站采用GIS設(shè)備，布置在安裝間下游。</p><p>　　主廠房前緣長(zhǎng)111.39m，順?biāo)飨驅(qū)?6.01 m，順?biāo)飨蛞来螢檫M(jìn)口段、座環(huán)段、轉(zhuǎn)輪</p><p>　　室和尾水管段，尾水管段上部布置尾水副廠房。主廠房右側(cè)為

21、安裝間，前緣長(zhǎng)41.47m，順?biāo)飨驅(qū)?3.62 m，順?biāo)飨蛞来尾贾冒惭b間副廠房、安裝檢修場(chǎng)、變電站。這樣分區(qū)布置既合理又緊湊，充分利用了貫流式燈泡機(jī)組流道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使主、副廠房與變電站既能相互溝通，又相對(duì)獨(dú)立，運(yùn)行管理十分方便。</p><p>　　廠房進(jìn)口流道寬12.15m，底高程42.575m。座環(huán)段，轉(zhuǎn)輪室段尺寸根據(jù)機(jī)組運(yùn)行、安裝和檢修要求，底高程為42.575m，水輪機(jī)井底高程39.80m，建基面高

22、程分別為38.50m和35.80m。流道頂板頂高程為62.50m，流道頂板內(nèi)布置有電纜廊道和管道廊道。主機(jī)間順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度19.03m，內(nèi)設(shè)兩臺(tái)雙梁式起重機(jī)。起重機(jī)分兩層布置，上層軌頂高程79.00m布置起重量為150/50t的起重機(jī)，跨度為19m；下層軌頂高程73.00m布置起重量為32/5t的起重機(jī)，跨度為18.5m。橋機(jī)上游軌道梁支承在上游擋水墻的牛腿上，下游軌道支承在排架柱牛腿上。</p><p>　　兩臺(tái)

23、雙梁橋式起重機(jī)分上下兩層布置，大、小起重量的起重機(jī)能方便地左右交叉換位,與并排布置相比，既能充分利用了廠房的高度，又減少了安裝間和邊機(jī)組段的前緣長(zhǎng)度，減少了廠房工程量和工程投資，而且使用方便。</p><p>　　主機(jī)間布置時(shí)將發(fā)電機(jī)層、運(yùn)行層合并為一層即發(fā)電運(yùn)行層，高程為62.50m，布置油壓裝置和調(diào)整器，機(jī)組進(jìn)人孔及供機(jī)組安裝檢修用的發(fā)電機(jī)井和水輪機(jī)井，在主機(jī)間流道頂板內(nèi)設(shè)電纜廊道和管道廊道，節(jié)省了一層樓板，

24、使布置更加簡(jiǎn)潔，同時(shí)電纜線、油氣管道、水管道各入各廊道，使廠房管理顯得有序，運(yùn)行維護(hù)也很方便。</p><p>　　尾水副廠房位于主機(jī)間下游、尾水管頂板上部，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)15.20m共分為四層。尾水副廠房根據(jù)需要，1＃、2＃、3＃機(jī)組段和4＃、5＃、6＃機(jī)組段分別布置成三層和四層，不同層布置既滿足了使用要求，也有利于通風(fēng)和采光。</p><p>　　廠房與外界聯(lián)系通道有三條：一條為垂直運(yùn)輸井

25、，布置在安裝間上游的壩頂平臺(tái)上，可直接進(jìn)入62.50m的進(jìn)廠間；一條為安裝間右端墻頂人行通道；一條為主機(jī)間左端墻頂人行通道和交通梯，兩條通道均可聯(lián)系壩頂公路、尾水副廠房及尾水交通平臺(tái)。安裝間上游副廠房設(shè)有一道樓梯，用以溝通安裝間上游副廠房各層。尾水副廠房有一座電梯和兩道主樓梯，樓梯可溝通尾水副廠房各層和發(fā)電運(yùn)行層，并可直通至水輪機(jī)井底部，通過(guò)交通廊道貫通全廠。在3＃、4＃機(jī)組段設(shè)有一道簡(jiǎn)易樓梯，可溝通運(yùn)行層和尾水副廠房各層。這樣廠內(nèi)各層

26、均有足夠的通道溝通各部位的聯(lián)系，整個(gè)廠房交通十分便利。</p><p>　　廠房采光采用自然采光和人工照明相結(jié)合，主機(jī)間、安裝間的采光主要通過(guò)屋面采光帶采光。下游副廠房主要通過(guò)屋面采光帶和天井采光，其他部位主要采用人工照明。紅花水電站由于汛期尾水位高，下游擋水墻較高，廠房?jī)?nèi)自然采光通風(fēng)條件不好，為了盡可能利用有限的自然條件。主副廠房屋面均設(shè)有采光罩，同時(shí)利用錯(cuò)層和天井增加自然采光和通風(fēng)面積，充分利用自然通風(fēng)采光條

27、件，盡可能減少能耗，降低運(yùn)行成本。</p><p>　　三、主要建筑物選型及優(yōu)化</p><p>　　1、泄水閘堰型的優(yōu)化選擇</p><p>　　紅花水電站壩址處洪水峰高量大，河床寬度有限，泄水閘的布置和設(shè)計(jì)要充分考慮建筑物安全和滿足上游淹沒(méi)（柳州市防洪堤和大橋）的控制條件。</p><p>　　泄水閘堰型選擇設(shè)計(jì)過(guò)程中比較了常用的WES型

28、實(shí)用堰、寬頂堰、駝峰堰以及新推廣的機(jī)翼堰。實(shí)用堰堰面曲線形狀流暢，水流平順，但施工不便，一般常用于較高的堰體。寬頂堰體型由堰頂直線、下游斜線和反弧段組成；駝峰堰體型由堰頂圓弧、上下游反弧和上下游直線段組成，這兩種堰型形狀扁平，堰型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，整體穩(wěn)定性好。機(jī)翼堰更接近水流流線，與水流的貼合性好，其過(guò)流能力大于同等條件下的WES低堰，且運(yùn)行中堰面較少出現(xiàn)負(fù)壓，堰面壓強(qiáng)分布特性優(yōu)于WES低堰，另外堰頂部分平緩，便于布置閘門(mén)，擋水時(shí)堰

29、體自重重心偏于上游，可利用部分水重幫助維持穩(wěn)定，對(duì)閘底應(yīng)力分布有利。</p><p>　　紅花水電站泄水閘為開(kāi)敞式，洪峰流量大，要求較大的孔口尺寸，而河床覆蓋層較薄，泄水閘基礎(chǔ)開(kāi)挖不深，因此，主要考慮寬頂堰和曲線型低堰。根據(jù)模型試驗(yàn)驗(yàn)證，曲線堰的泄流能力大于寬頂堰，而曲線型低堰的泄流能力差別不大（見(jiàn)表1），駝峰堰雖然上游堰面水流流態(tài)較好，但下游堰面因坡度較陡，過(guò)閘水流有時(shí)脫離堰面；而機(jī)翼堰下游堰面水流流態(tài)較好，但

30、上游面進(jìn)口陡坎處底部水流不能沿河底平順過(guò)閘，水流在陡坎前形成小的立軸旋流，增加了局部的能量損失，對(duì)過(guò)流能力產(chǎn)生不利影響，因此對(duì)上游堰面進(jìn)行局部修改，利用反弧段連接消除陡坎，使水流平順過(guò)閘，改善了上游堰面水流流態(tài)，綜合比較后選擇機(jī)翼堰為泄水閘堰型。</p><p>　　2、泄水閘下游消能工的合理分區(qū)</p><p>　　泄水閘消能防沖方式選擇必須考慮設(shè)計(jì)水頭、流量、下游河床地質(zhì)條件、泄水建筑

31、物布置及運(yùn)行調(diào)度方式等因素，常用的消能方式有挑流、面流、戽流、底流和其它輔助消能工。紅花水電站最大水頭17.7m，泄流時(shí)不能形成挑流；不同運(yùn)用工況泄流量有差別，下游水位存在較大變幅，也不具備形成面流和戽流的水位條件，因此，挑流、面流、戽流的消能方式不適合本工程，只能考慮底流消能。泄水閘基礎(chǔ)為弱風(fēng)化灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r夾硅質(zhì)巖、薄層灰頁(yè)巖存在軟化～泥化夾層，難以滿足泄流抗沖要求，需要修建消力池。</p><p>　　在可

32、行性研究階段下游消力池分三區(qū)布置，將泄水閘從右至左分為右區(qū)(3</p><p>　　孔)、中區(qū)(5孔)、左區(qū)(10孔)，按不同的運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)度。當(dāng)泄流量小于1000m3/s時(shí)，由右區(qū)3孔均勻開(kāi)啟控泄；泄流量在1000～5000m3/s時(shí)，由右區(qū)3孔和中區(qū)5孔同時(shí)控泄；泄流量小于5000m3/s時(shí)，左、中、右3區(qū)18孔全部均勻開(kāi)啟控泄至敞泄。</p><p>　　在施工圖階段，由于樞紐布置

33、的優(yōu)化調(diào)整，結(jié)合施工導(dǎo)流和圍堰的布置，將消力池原三區(qū)改為兩區(qū)布置，在9#閘墩尾部設(shè)一中隔墻，將泄水閘從右至左分為Ⅰ區(qū)（8孔）、Ⅱ區(qū)（10孔）按不同的運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)度。當(dāng)泄流量小于4800m3/s時(shí)，由Ⅰ區(qū)（8孔）均勻開(kāi)啟控泄；泄流量在4800～9000m3/s時(shí)，由Ⅰ區(qū)（8孔）和Ⅱ區(qū)（10孔）分別以不同的開(kāi)度均勻開(kāi)啟進(jìn)行控泄；泄流量大于9000m3/s時(shí)，兩區(qū)18孔控泄至水位72.5m，洪水再大，18孔可全部均勻開(kāi)啟至敞泄，其水力特性見(jiàn)

34、表2。</p><p>　　兩個(gè)分區(qū)方案，消力池長(zhǎng)度和池深差不多，但兩區(qū)方案少了一道導(dǎo)墻，工期和投資相應(yīng)減少。兩方案消力坎后最大流速小于河床基巖的抗沖流速v=6m/s，消能措施均滿足要求。在同一下泄量和單區(qū)運(yùn)用情況下，由于單寬流量的增加，消力池長(zhǎng)度要相應(yīng)增加，當(dāng)下泄量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，開(kāi)啟Ⅱ區(qū)可減少Ⅰ區(qū)的消力池長(zhǎng)度。水工斷面模型試驗(yàn)和整體模型試驗(yàn)結(jié)果表明：18孔泄水閘孔全部局部開(kāi)啟，由于水頭低、佛氏數(shù)低、淹沒(méi)度高的

35、特點(diǎn)，消能效率低，因此實(shí)際運(yùn)行時(shí)，采用分區(qū)開(kāi)啟方式，可通過(guò)調(diào)整下泄流量增加消能效果。閘下水流基本為淹沒(méi)水躍，試驗(yàn)中沒(méi)出現(xiàn)遠(yuǎn)驅(qū)式水躍。單寬流量較大時(shí)，易產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，可通過(guò)減小單寬流量避免此流態(tài)的發(fā)生，適時(shí)啟用Ⅱ區(qū)泄水可實(shí)現(xiàn)。在右岸Ⅰ區(qū)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)左岸船閘下游口門(mén)區(qū)出現(xiàn)回流流態(tài)不能滿足航運(yùn)要求時(shí)，開(kāi)啟Ⅱ區(qū)部分邊閘孔可消除口門(mén)區(qū)的回流。調(diào)整消力池尾坎高度和位置，可確保各種泄流工況下，泄水閘各區(qū)下游產(chǎn)生的水躍均發(fā)生在消力池內(nèi)，消力池設(shè)置尾坎，

36、可將水流挑離河床，避免下游河床被沖刷。</p><p>　　3、泄水閘工作閘門(mén)的選型及優(yōu)化</p><p>　　紅花水電站泄水閘采用開(kāi)敞式改進(jìn)機(jī)翼堰堰型，正常蓄水位為77.5m，孔口凈寬16m，</p><p>　　閘門(mén)設(shè)計(jì)水頭乘孔口尺寸達(dá)5068m3，屬于超大型閘門(mén)，根據(jù)水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度的需要，泄水閘工作閘門(mén)局部開(kāi)啟控泄頻繁，方案比較時(shí)曾考慮采用弧門(mén)方案，以改善工作閘

37、門(mén)的水流流態(tài)，避開(kāi)閘門(mén)的水激震動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：弧門(mén)支鉸宜布置在過(guò)流時(shí)支鉸不受水流及漂浮物沖擊的高程上。本工程上游校核洪水位（P=0.1%）為91.52m，大大高出正常蓄水位，若要滿足規(guī)范推薦方式布置，必須增大弧門(mén)面板曲率半徑，支臂長(zhǎng)度將會(huì)大大增加，由此引起泄水閘墩長(zhǎng)度大大增加，因此，弧門(mén)方案不管是金屬結(jié)構(gòu)還是土建工程量都將大幅度增加，工程投資隨之增加，因此，泄水閘工作閘門(mén)選用平板門(mén)。</p><p>　　目

38、前國(guó)內(nèi)已建同類(lèi)工程中已有很多大型泄水閘工作門(mén)采用平面定輪鋼閘門(mén)，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)中采用新技術(shù)、新材料，解決平板閘門(mén)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)局部開(kāi)啟時(shí)水激震動(dòng)的弊端，紅花水電站泄水閘工作閘門(mén)選用平面定輪鋼閘門(mén)，大大節(jié)省了工程量，也縮短了閘門(mén)制造和安裝的時(shí)間，贏得了工期，及時(shí)下閘蓄水，滿足左岸船閘施工期通航的要求。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外大量的工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：平面閘門(mén)門(mén)槽空化空蝕問(wèn)題十分嚴(yán)重，甚至造成嚴(yán)重事故。選擇適當(dāng)?shù)拈T(mén)

39、槽形式可以改善門(mén)槽附近的水力學(xué)條件，緩解空化空蝕問(wèn)題。</p><p>　　參考同類(lèi)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，紅花水電站泄水閘工作閘門(mén)門(mén)槽采用Ⅱ型門(mén)槽。Ⅱ型門(mén)槽初生空穴數(shù)一般為Ki=0.4～0.6，實(shí)際工程中門(mén)槽附近的水流空穴數(shù)K＞Ki時(shí)，門(mén)槽一般不至于發(fā)生空蝕。從本工程委托南京水利科學(xué)研究院做的模型試驗(yàn)結(jié)果可以看出：在泄水閘敞泄洪水時(shí)門(mén)槽水流空穴數(shù)高，不會(huì)出現(xiàn)空化空蝕問(wèn)題；當(dāng)閘門(mén)作局部開(kāi)啟運(yùn)行時(shí)，工作門(mén)門(mén)槽在大部分工況下

40、具有抗空化空蝕能力，但在1.5m以下的小開(kāi)度閘下自由出流工況下，門(mén)槽</p><p>　　空化數(shù)安全裕度不大。因此，實(shí)際運(yùn)行中，工作閘門(mén)應(yīng)盡量避免在1.5m以下的小開(kāi)度狀態(tài)下運(yùn)行，才能保證門(mén)槽的運(yùn)行安全。</p><p>　　考慮到泄水閘工作閘門(mén)孔口寬度大，總水壓力大，閘門(mén)采用多主橫梁同層結(jié)構(gòu)布置。閘門(mén)主梁布置除底主梁外，上部主梁盡量等荷載布置，采用相同主梁截面，方便制造。底主梁采用雙腹板

41、箱型梁。由于閘門(mén)底檻下游側(cè)有向下5°的偏角，為減少門(mén)底底主梁以下懸伸長(zhǎng)度以減小底主梁荷載，同時(shí)又能滿足底主梁到底止水的距離符合底緣布置的要求，下游傾角設(shè)計(jì)為26.2°，底主梁與底檻的夾角則為31.2°＞30°。為改善水流流態(tài)，底主梁后翼緣與底次梁間采用鋼板進(jìn)行密封?？v梁（隔板）與主梁等高設(shè)計(jì)。同時(shí)為減小閘門(mén)運(yùn)行過(guò)程中的震動(dòng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)提高了閘門(mén)的整體剛度。</p><p&g

42、t;　　在進(jìn)行閘門(mén)主支承設(shè)計(jì)時(shí)，為方便布置，閘門(mén)主輪采用后置式帶輪架線接觸簡(jiǎn)支輪，主輪軸套采用自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承，以適應(yīng)因閘門(mén)變形而在梁端形成的偏角，確保滾輪的線接觸特性，解決了大跨度、高輪壓主支承輪的設(shè)置難題。主輪支座處采用偏心軸套，克服了傳統(tǒng)偏心軸帶來(lái)的密封偏心問(wèn)題。</p><p>　　4、船閘輸水廊道工作閘門(mén)門(mén)槽體型優(yōu)化</p><p>　　紅花水電站船閘采用閘底長(zhǎng)廊道側(cè)孔分散式出水的

43、輸水系統(tǒng)。輸水廊道工作閘門(mén)采用潛孔式平板定輪閘門(mén)，孔口尺寸2.6×3.2米，工作水頭17.71米，處于空化的臨界狀態(tài)。若廊道工作閘門(mén)門(mén)楣體型設(shè)計(jì)不合適，不但對(duì)廊道產(chǎn)生氣蝕，對(duì)閘門(mén)和門(mén)槽本身也產(chǎn)生氣蝕。</p><p>　　一般做法可選擇適當(dāng)?shù)恼T(mén)槽方案以消除門(mén)槽氣蝕，但窄門(mén)槽不利于閘門(mén)結(jié)構(gòu)的整體布置，而且閘門(mén)的支承往往采用鋼對(duì)鋼的滑動(dòng)支承，摩擦阻力較大，導(dǎo)致啟閉機(jī)容量增加，同時(shí)，窄門(mén)槽不容易消除閘門(mén)底緣

44、空蝕。</p><p>　　為防止門(mén)槽及閘門(mén)底緣的空蝕破壞，尋找一種合適的門(mén)槽形式，金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)和南京水利科學(xué)研究院合作進(jìn)行了廊道工作閘門(mén)門(mén)楣1：1的切片試驗(yàn)，通過(guò)多種水位組合的試驗(yàn)探索，門(mén)槽除按Ⅱ型錯(cuò)距門(mén)槽設(shè)計(jì)外，在廊道工作閘門(mén)門(mén)楣沿門(mén)楣寬度方向設(shè)置進(jìn)氣管，利用開(kāi)門(mén)瞬間產(chǎn)生的高速水流進(jìn)行補(bǔ)氣，消除空化現(xiàn)象。</p><p><b>　　四、幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)</b></

45、p><p>　　低水頭河床式電站的設(shè)計(jì)和施工，其經(jīng)濟(jì)效益與總工期能否縮短、發(fā)電工期能否提前關(guān)系密切，而這些都是工程業(yè)主在工程建設(shè)過(guò)程中關(guān)注的重點(diǎn)。</p><p>　　電站建設(shè)的總工期、發(fā)電工期與工程的樞紐布置、建筑物的選型、優(yōu)化等密切相關(guān),這些又是影響施工導(dǎo)流及圍堰布置的重要因素，根據(jù)選定的樞紐布置、建筑物體型和設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)流時(shí)段選擇合適的施工導(dǎo)流程序和圍堰，圍繞提前發(fā)電和縮短工期的目標(biāo)

46、，將廠房放在第一期建設(shè)，在航運(yùn)繁忙的河流，船閘也放在第一期建設(shè)，根據(jù)導(dǎo)流和通航的要求，劃分泄水閘第一期和第二期施工的孔數(shù)，分兩期建設(shè)。</p><p>　　紅花水電站第一施工導(dǎo)流期右岸施工廠房和右河床8.5孔泄水閘，左岸施工船閘；第二施工導(dǎo)流期施工剩下的9.5孔泄水閘，繼續(xù)施工廠房。實(shí)踐證明，一期的8.5孔泄水閘只要一個(gè)枯水期就可以基本完成，左岸船閘只用一年時(shí)間就可以通航，第一臺(tái)機(jī)組只用了兩年時(shí)間就正式并網(wǎng)發(fā)電，

47、比原計(jì)劃提前8個(gè)月，既提前了發(fā)電，又大大縮短了施工期停航和斷航的時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。</p><p>　　對(duì)于孔口寬，水頭大的超大型平板閘門(mén)，特別應(yīng)注意局部開(kāi)啟時(shí)的不利水流激震，避免不利的閘門(mén)開(kāi)度，選擇合適的門(mén)槽體型，可緩解門(mén)槽的空化、空蝕問(wèn)題。</p><p>　　高水頭、大流量的船閘輸水廊道，其工作門(mén)和門(mén)槽容易出現(xiàn)空蝕，可采取適當(dāng)?shù)膿綒獯胧瘴g現(xiàn)象。</p>