CN108797526A - 用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构及使用方法，属于水利水电工程领域，可非常方便地对导流洞的进口进行截流围堰施工，进而便于进行导流洞的检修；同时也可利于特高坝的蓄水控制。本发明中通过将生态供水洞独立设置在位于初期导流洞的下游侧，并且同时设置生态供水洞的进口底板高程与初期导流洞的底板高程一致；这样，在对导流洞进行检修时，可直接将导流洞进行封堵检修，而采用生态供水洞进行供水，保证下游生态所需流量要求；既能满足导流洞封堵的同时不断流供水的要求，又能在进行进口截流围堰施工时进行过流，进而避免在截留过程中围堰缺口产生高速水流的情况，可显著地降低截留围堰施工难度。

Description

用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构及多功能生态供水洞的使用方法。

背景技术

目前，我国西南区域正修筑与规划设计多座坝300m级特高堆石坝水电工程，如双江口312m、两河口295m、如美315m等。这些特高堆石坝位于高山峡谷中，河床两侧边坡陡峭，施工导流均采用在山体中开挖导流洞的隧洞导流方案，使上游河道改道经导流洞流入下游河道内。

随着对水利水电工程环境保护要求的不断提高，水库工程下泄生态流量问题是环保主管部门关注的一个重点。目前关于水利水电工程蓄水期及运行期间下泄生态流量的方案有很多，比如常规的处理方式：

(1)在导流洞底板下面埋设放水钢管；

(2)在导流泄水建筑物通过进口钢闸门局部开启控制闸门开度等；

(3)在导流洞进口一侧修建旁通洞等。

这些方案的共同特点就是通过将导流隧洞作为过流通道，下泄环保所需生态流量，有效满足下游生态用水需求。

然而，对于特高堆石坝工程而言，因坝体高达300m级，其工程规模宏大，建设周期长，导流复杂，导流洞一般需要分层布置，从低到高依次为初期导流洞、中期导流洞、后期导流洞。同时，由于天然洪水流量大小的原因，设置两条以上初期导流洞，显然造价过高，因而往往仅设置一条初期导流洞，如此便带来较多新的工程技术难题：

(1)特高堆石坝各层导流洞布置高差较大，初期蓄水期须满足下游生态供水要求，如何实现各层隧洞衔接供水不断流；特高堆石坝初期蓄水阶段因坝体本身结构安全要求，到达一定高度后还需要控制蓄水上升速度。

(2)特高堆石坝建设过程中受诸多因素的影响，建设工期很长，且存在较大不确定性，工程中往往存在初期导流洞超期服役的现象；因此需要及时对整个初期导流洞进行检修，确保其安全性。而且，当河流推移质较多时，如施工期上游存在的施工弃渣，推移质在高速水流的带动下，年复一年地磨损初期导流洞混凝土底板；在空蚀和推移质联合作用下，极易造成初期导流洞闸室底板和初期导流洞洞身底板结构的冲蚀破坏，给初期导流洞下闸和封堵带来极大的安全隐患，一旦出现问题不仅处理难度很大，而且推迟电站发电工期，带来巨大的经济和社会效益损失。因此，特高堆石坝初期导流洞下闸封堵前必须对闸室部位，以及初期导流洞洞身结构等进行彻底全面的检修。

(3)由于传统初期导流洞的布置结构限制，在进行初期导流洞的进口截流围堰施工过程中，由于水流没有改由其它引流通道过流，因此在截流时一方面会存在水位升高的问题，给围堰施工带来一定难度，另一方面在截留末期通常其缺口的水流量较大，流速高，导致截流非常困难，极大地增加了施工难度和施工成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，其可非常方便地对初期导流洞的进口进行截流围堰施工，进而便于进行初期导流洞的检修；可有效地降低初期导流洞的检修施工难度，缩短施工工期和节约施工成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，包括初期导流洞和生态供水洞，所述初期导流洞和生态供水洞分别连通堆石坝坝体的上游河道和下游河道，所述生态供水洞包括闸室前洞段、闸室段和闸室后洞段，所述闸室前洞段的进口位于初期导流洞的进口的下游侧，在闸室段内设置有可开闭调节控制的闸门；所述生态供水洞的进口底板高程与初期导流洞的底板高程一致。

进一步的是：在闸室段内设置的闸门为弧形闸门。

进一步的是：所述闸室段包括闸室腔，在闸室腔的顶部向上延伸地设置有竖井，所述竖井从地表穿出，竖井顶部高程为生态供水洞封堵期的20年一遇洪水水位再加1m。

进一步的是：所述闸室前洞段和闸室段的底板沿水流方向呈相同坡比值地倾斜设置；所述闸室后洞段的底板沿水流方向呈倾斜设置，并且闸室后洞段的底板的倾斜坡比值大于闸室前洞段的底板的倾斜坡比值。

进一步的是：所述生态供水洞的横截面形状呈城门洞型；生态供水洞的洞径取值为：分别满足初期导流洞检修过程中检修流量的要求和蓄水期生态供水流量的要求所需的洞径中的较大值。

进一步的是：闸室后洞段的断面尺寸满足在过流条件下净空面积不小于该洞断面面积的15％。

另外，本发明还提供一种多功能生态供水洞的使用方法，采用本发明所述的用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构；所述使用方法包括使用在初期导流洞检修过程中的初期导流洞检修方法和使用在大坝下闸蓄水过程中的蓄水方法：

所述初期导流洞检修方法为在大坝下闸蓄水前最后一个枯期时间段内进行，其包括如下步骤：

a、下闸初期导流洞的闸门，同时开启生态供水洞内闸门，使水流不间断地全部改由生态供水洞过流；

b、在初期导流洞的闸门下闸完成后，进行初期导流洞进口截流围堰施工；

c、在初期导流洞进口截流围堰施工完成后，进行初期导流洞出口截流围堰施工；

d、进行初期导流洞的检修作业，包括对初期导流洞的闸门、闸底板及洞身的检修；

e、待初期导流洞的检修作业结束后，先拆初期导流洞出口截流围堰，再拆初期导流洞进口截流围堰，使初期导流洞恢复过流；

所述大坝下闸蓄水过程位于初期导流洞检修过程之后，所述蓄水方法包括如下步骤：

f、在初期导流洞恢复过流后，完全关闭生态供水洞的闸门，使水流不间断地全部改由初期导流洞过流，直到此后第一个汛期结束；

g、汛期过后，在满足下游生态流量的情况下，顺序下闸初期导流洞的两扇闸门，水库开始蓄水；待蓄水位到达一定高度后，使得生态供水洞可满足下泄生态流量要求；再完全下闸初期导流洞的闸门，使得初期导流洞的闸门关闭，使水流不间断地全部改由生态供水洞过流；同时，通过调节生态供水洞的闸门，在满足下游生态流量要求的情况下不控制水位上升速度，尽快蓄水；

h、当蓄水至坝体控制分界水位后，通过调节生态供水洞的闸门，控制水库蓄水位按照控制速度上升；

i、当蓄水水位升至仅通过中期导流洞就能满足下泄生态流量要求的水位时，完全关闭生态供水洞的闸门，在满足下游生态流量要求的情况使水流不间断地全部改由中期导流洞过流，并且通过中期导流洞控制水库蓄水位按照控制速度上升；

j、当蓄水水位升至仅通过后期导流洞就能满足下泄生态流量要求的水位时，完全关闭中期导流洞的闸门，在满足下游生态流量要求的情况使水流不间断地全部改由后期导流洞过流，并且通过后期导流洞控制水库蓄水位按照控制速度上升，直到水库水位蓄水至正常水位。

进一步的是：初期导流洞检修过程中的过流流量取检修时段内5年一遇洪水流量，检修过程中的水流通过生态供水洞过流。

进一步的是：初期导流洞的进口截流围堰高度小于10m。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中通过将生态供水洞独立设置在位于初期导流洞的下游侧，并且同时设置生态供水洞的进口底板高程与初期导流洞的底板高程一致；这样，最大限度的发挥了生态供水洞的泄流能力，进而在对初期导流洞进行检修时，可直接将初期导流洞进行封堵检修；能在进行进口截流围堰施工时通过生态供水洞进行过流，进而避免在截留过程中围堰缺口产生高速水流的情况，可显著地降低截流围堰施工难度。

(2)通过在生态供水洞闸室段设置弧形闸门，可以由弧形闸门的控制，在满足生态供水流量要求的情况下，实现特高堆石坝分层导流洞之间的水力衔接功能，以及初期蓄水阶段可非常方便地调节以及控制蓄水的上升速度；尤其适用于特高坝的蓄水过程特点。

(3)本发明所述的检修方法，确保了在初期导流洞下闸封堵前，对导流隧洞进口闸室部分，闸门及门槽埋件和整个初期导流洞结构等进行检修，有效避免了初期导流洞下闸的风险，保证了初期导流洞闸门顺利下闸及发电效益。

(4)本发明从初期导流洞的检修阶段过渡至蓄水阶段，其衔接十分顺畅，充分拓展了生态供水洞的功能，实现了一洞多功能的效果。

附图说明

图1为本发明所述的特高堆石坝生态供水洞布置结构的俯视图；

图2为图1中A-A截面的剖视图；

图3为初期导流洞与生态供水洞的进口位置关系的主视图；

图中标记为：初期导流洞1、生态供水洞2、闸室前洞段21、闸室段22、闸室腔221、竖井222、闸室后洞段23、堆石坝坝体3、上游河道4、下游河道5、弧形闸门6、中期导流洞7、后期导流洞8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明所述的用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，包括初期导流洞1和生态供水洞2，所述初期导流洞1和生态供水洞2分别连通堆石坝坝体3的上游河道4和下游河道5，所述生态供水洞2包括闸室前洞段21、闸室段22和闸室后洞段23，所述闸室前洞段21的进口位于初期导流洞1的进口的下游侧，在闸室段22内设置有可开闭调节控制的闸门；所述生态供水洞2的进口底板高程与初期导流洞1的底板高程一致。

本发明所述的特高堆石坝指的是坝高超过200米的情况，在这种情况下，大坝的施工和蓄水周期较长，因此相对于低坝而言具有非常突出的特点，也带来较多的工程难题。

本发明中所述的生态供水洞布置结构，通过设置独立于导流洞且特定位置布置关系的生态供水洞2，确保了在初期导流洞1在封堵以及检修过程中下游生态供水的需求，同时通过设置生态供水洞2的进口底板高程与初期导流洞1的底板高程一致；因此在初期导流洞1下闸以后，可同步不间断地改由生态供水洞2进行下游生态供水，可确保生态供水连续不断流；同时由于有生态供水洞2过流，避免上游水位过高，因此可显著地降低截留围堰施工难度；进而降低施工成本。

本发明中的生态供水洞2内设置的闸门，可方便地对流量进行控制，一方面确保下游生态供水流量的控制，另一方面也便于控制上游水位的蓄水速度。

另外，本发明进一步设置闸室段22内设置的闸门为弧形闸门。采用弧形闸门可以更加方便对闸门的开度进行控制，而且可以通过弧形闸门的控制，在满足生态供水流量要求的情况下，实现特高堆石坝初期蓄水阶段有效控制蓄水上升速度的功能。对于特高坝的蓄水控制要求具有显著的益处。

更具体的，参照附图2中所示，本发明中进一步将所述闸室段22设置为包括闸室腔221和竖井222的结构，在闸室腔221的顶部向上延伸的设置有竖井222，所述竖井222从地表穿出。这样的设置结构一方面是便于闸室段22的施工，在施工过程中，可直接从地表向下开挖竖井222，直至闸室腔221位置；另一方面也是便于后期对闸室以及闸门等结构的安装、运输以及后期的检修和控制等。

另外，不失一般性，闸室段22一般优选设置在偏向上游河道4的一侧，并且竖井222顶部的开口位置一般位于河岸边坡顶部，且应当满足大坝蓄水水位的要求，即避免蓄水后淹没至竖井222的顶部开口；例如可优选参照如下要求设置：竖井(222)顶部高程为生态供水洞封堵期的20年一遇洪水水位再加1m。

另外，本发明中进一步将生态供水洞2采用如下设置：所述闸室前洞段21和闸室段22的底板沿水流方向呈相同坡比值地倾斜设置；所述闸室后洞段23的底板沿水流方向呈倾斜设置，并且闸室后洞段23的底板的倾斜坡比值大于闸室前洞段21的底板的倾斜坡比值。这样设置的好处是，可提高闸室后洞段23的水流速度，进而在闸室后洞段23内形成无压过流。更优选的，可通过设置倾斜坡比值，使得相应的闸室后洞段23的断面尺寸满足在过流条件下净空面积不小于该洞断面面积的15％。

不失一般性，本发明中所述生态供水洞2的横截面形状优选设置为城门洞型，如附图3中所示的形状。另外，通常情况下，还可在初期导流洞1的上方设置有相应的中期导流洞7和/或后期导流洞8等。本发明中将生态供水洞2与的初期导流洞1对应，即是将生态供水洞2的进口底板高程与初期导流洞1的底板高程一致。

另外，本发明还提供一种多功能生态供水洞的使用方法，其采用上述本发明所述的用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，所述使用方法包括使用在初期导流洞检修过程中的初期导流洞检修方法和使用在大坝下闸蓄水过程中的蓄水方法：

所述初期导流洞检修方法为在大坝下闸蓄水前最后一个枯期时间段内进行，其包括如下步骤：

a、下闸初期导流洞1的闸门，同时开启生态供水洞2内闸门，使水流不间断地全部改由生态供水洞2过流；

b、在初期导流洞1的闸门下闸完成后，进行初期导流洞1进口截流围堰施工；

c、在初期导流洞1进口截流围堰施工完成后，进行初期导流洞1出口截流围堰施工；

d、进行初期导流洞1的检修作业，包括对初期导流洞的闸门、闸底板及洞身的检修；

e、待初期导流洞1的检修作业结束后，先拆初期导流洞1出口截流围堰，再拆初期导流洞1进口截流围堰，使初期导流洞1恢复过流；

所述大坝下闸蓄水过程位于初期导流洞检修过程之后，所述蓄水方法包括如下步骤：

f、在初期导流洞1恢复过流后，完全关闭生态供水洞2的闸门，使水流不间断地全部改由初期导流洞1过流，直到此后第一个汛期结束；

g、汛期过后，在满足下游生态流量的情况下，顺序下闸初期导流洞1的两个闸门，水库开始蓄水；待蓄水位到达一定高度后，使得生态供水洞可满足下泄生态流量要求；再完全下闸初期导流洞1的闸门，使得初期导流洞1的闸门关闭，使水流不间断地全部改由生态供水洞2过流；同时，通过调节生态供水洞2的闸门，在满足下游生态流量要求的情况下不控制水位上升速度，尽快蓄水；

h、当蓄水至坝体控制分界水位后，通过调节生态供水洞2的闸门，控制水库蓄水位按照控制速度上升；

i、当蓄水水位升至仅通过中期导流洞7就能满足下泄生态流量要求的水位时，完全关闭生态供水洞2的闸门，在满足下游生态流量要求的情况使水流不间断地全部改由中期导流洞7过流，并且通过中期导流洞7控制水库蓄水位按照控制速度上升；

j、当蓄水水位升至仅通过后期导流洞8就能满足下泄生态流量要求的水位时，完全关闭中期导流洞7的闸门，在满足下游生态流量要求的情况使水流不间断地全部改由后期导流洞8过流，并且通过后期导流洞8控制水库蓄水位按照控制速度上升，直到水库水位蓄水至正常水位。

本发明中所述的多功能生态供水洞的使用方法，实际包括特高堆石坝大坝施工方法中在蓄水前对初期导流洞1的全面检修方法和在对初期导流洞1检修后的蓄水方法，通过在上述检修方法和蓄水方法中合理利用生态供水洞2，通过开关调节生态供水洞2的，一方面可实现不间断地对下游生态供水，同时也可实现对蓄水速度的控制，确保在特高坝蓄水过程中的有效控制，防止大坝发生安全事故。其中，在步骤h过程中，由于刚开始蓄水，因此可无需控制蓄水上升速度，在向下游供给满足生态流量要求的最小流量的情况下蓄水，以实现尽快蓄水。

当然，在上述本发明的步骤g中，在开始蓄水过程中为顺序下闸初期导流洞1的两个闸门，具体则是要求本发明中的初期导流洞1设置有两个闸门，同时在下闸过程中，首先下闸其中一个闸门，而保留另一个闸门过流，此时蓄水水位开始上升，直到上升后的水位高度达到能仅通过生态供水洞2即可满足下泄生态流量要求时，再完全下闸初期导流洞1的两个闸门，转而由生态供水洞2过流生态流量。

在本发明所述的多功能生态供水洞的使用方法中，大坝包括三层导流洞，如附图3中所示，分别为初期导流洞1、中期导流洞7和后期导流洞8。

另外，由于设置有独立于初期导流洞1的生态供水洞2结构，且通过设置特定的高度和位置布置关系，通过生态供水洞2在初期导流洞检修过程中也可确保下游生态供水不断流；同时还可利用生态供水洞2充分引流，以方便进行初期导流洞1的围堰截留施工，可显著减小截流难度，使得初期导流洞1进口能够顺利截流，从而提高导流洞下闸检修的工作效率。

另外，在初期导流洞检修过程中的过流流量取检修时段内5年一遇洪水流量，检修过程中的水流通过生态供水洞2过流；检修流量也是就作为生态供水洞2洞径尺寸设置的参考因素；即生态供水洞2的洞径必须满足对初期导流洞检修时段内五年一遇的洪水流量进行泄流。当然，由于生态导流洞2在蓄水期的作用是用于向下游供给生态流量，因此生态导流洞2的洞径也必须满足蓄水期生态供水流量的要求；因此本发明中设置生态导流洞2的洞径为：分别满足初期导流洞检修过程中检修流量的要求和蓄水期生态供水流量的要求所需的洞径中的较大值。

本发明中，初期导流洞的检修作业设置在初期导流洞1封堵下闸前一年的枯期内进行，这样可确保上游水位相对较低，水流量相对较小，更有利于截流围堰施工。

另外，为了便于施工，本发明中优选设置初期导流洞1进口截流围堰高度宜小于10m。

Claims (9)

1.用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，其特征在于：包括初期导流洞(1)和生态供水洞(2)，所述初期导流洞(1)和生态供水洞(2)分别连通堆石坝坝体(3)的上游河道(4)和下游河道(5)，所述生态供水洞(2)包括闸室前洞段(21)、闸室段(22)和闸室后洞段(23)，所述闸室前洞段(21)的进口位于初期导流洞(1)的进口的下游侧，在闸室段(22)内设置有可开闭调节控制的闸门；所述生态供水洞(2)的进口底板高程与初期导流洞(1)的底板高程一致。

2.如权利要求1所述的用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，其特征在于：在闸室段(22)内设置的闸门为弧形闸门(6)。

3.如权利要求1所述的用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，其特征在于：所述闸室段(22)包括闸室腔(221)，在闸室腔(221)的顶部向上延伸地设置有竖井(222)，所述竖井(222)从地表穿出，竖井(222)顶部高程为生态供水洞封堵期的20年一遇洪水水位再加1m。

4.如权利要求1所述的用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，其特征在于：所述闸室前洞段(21)和闸室段(22)的底板沿水流方向呈相同坡比值地倾斜设置；所述闸室后洞段(23)的底板沿水流方向呈倾斜设置，并且闸室后洞段(23)的底板的倾斜坡比值大于闸室前洞段(21)的底板的倾斜坡比值。

5.如权利要求1所述的用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，其特征在于：所述生态供水洞(2)的横截面形状呈城门洞型；生态供水洞(2)的洞径取值为：分别满足初期导流洞检修过程中检修流量的要求和蓄水期生态供水流量的要求所需的洞径中的较大值。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构，其特征在于：闸室后洞段(23)的断面尺寸满足在过流条件下净空面积不小于该洞断面面积的15％。

7.多功能生态供水洞的使用方法，其特征在于：采用上述权利要求1至6中任意一项所述的用于特高堆石坝的多功能生态供水洞布置结构；所述使用方法包括使用在初期导流洞检修过程中的初期导流洞检修方法和使用在大坝下闸蓄水过程中的蓄水方法：

所述初期导流洞检修方法为在大坝下闸蓄水前最后一个枯期时间段内进行，其包括如下步骤：

a、下闸初期导流洞(1)的闸门，同时开启生态供水洞(2)内闸门，使水流不间断地全部改由生态供水洞过流；

b、在初期导流洞(1)的闸门下闸完成后，进行初期导流洞(1)进口截流围堰施工；

c、在初期导流洞(1)进口截流围堰施工完成后，进行初期导流洞(1)出口截流围堰施工；

d、进行初期导流洞(1)的检修作业，包括对初期导流洞(1)的闸门、闸底板及洞身的检修；

e、待初期导流洞(1)的检修作业结束后，先拆初期导流洞(1)出口截流围堰，再拆初期导流洞(1)进口截流围堰，使初期导流洞(1)恢复过流；

所述大坝下闸蓄水过程位于初期导流洞检修过程之后，所述蓄水方法包括如下步骤：

f、在初期导流洞(1)恢复过流后，完全关闭生态供水洞(2)的闸门，使水流不间断地全部改由初期导流洞(1)过流，直到此后第一个汛期结束；

g、汛期过后，在满足下游生态流量的情况下，顺序下闸初期导流洞(1)的两扇闸门，水库开始蓄水；待蓄水位到达一定高度后，使得生态供水洞可满足下泄生态流量要求；再完全下闸初期导流洞(1)的闸门，使得初期导流洞(1)的闸门关闭，使水流不间断地全部改由生态供水洞过流；同时，通过调节生态供水洞(2)的闸门，在满足下游生态流量要求的情况下不控制水位上升速度，尽快蓄水；

h、当蓄水至坝体控制分界水位后，通过调节生态供水洞(2)的闸门，控制水库蓄水位按照控制速度上升；

i、当蓄水水位升至仅通过中期导流洞(7)就能满足下泄生态流量要求的水位时，完全关闭生态供水洞(2)的闸门，在满足下游生态流量要求的情况使水流不间断地全部改由中期导流洞(7)过流，并且通过中期导流洞(7)控制水库蓄水位按照控制速度上升；

j、当蓄水水位升至仅通过后期导流洞(8)就能满足下泄生态流量要求的水位时，完全关闭中期导流洞(7)的闸门，在满足下游生态流量要求的情况使水流不间断地全部改由后期导流洞(8)过流，并且通过后期导流洞(8)控制水库蓄水位按照控制速度上升，直到水库水位蓄水至正常水位。

8.如权利要求7所述的多功能生态供水洞的使用方法，其特征在于：初期导流洞检修过程中的过流流量取检修时段内5年一遇洪水流量，检修过程中的水流通过生态供水洞过流。

9.如权利要求7所述的多功能生态供水洞的使用方法，其特征在于：初期导流洞的进口截流围堰高度小于10m。