CN110258458A - 特高堆石坝导流隧洞群结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特高堆石坝导流隧洞群结构及其下闸封堵方法，属于水利水电工程技术领域。本发明通过巧妙的优化下闸封堵程序，通过各层级隧洞及相应的弧形闸门，采用多阶段控泄蓄水，实现了各层导流隧洞下闸封堵过程中衔接供水不断流，同时通过各阶段的控泄蓄水，当蓄水到达一定高度后能够有效地控制蓄水上升速度，满足特高坝各阶段蓄水过程中对蓄水上升速度的要求；另外，设置在初中期导流洞中的临时堵头挡水，来代替传统思维中由平板闸门挡水的情况，大大降低了初中期导流洞封堵闸门的挡水水头要求，提高闸门挡水和结构抗压的安全性，并能显著减小了封堵闸门和启闭机系统的规模，节省了工程投资。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种特高堆石坝导流隧洞群结构及其下闸封堵方法。
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，如长河坝240、双江口312m、两河口295m、如美315m、玛尔挡210m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相应的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。由于坝体较高，为满足不同阶段的防洪度汛要求，导流洞需要分层布置形成具有一定高差的多层导流隧洞群，一般分为较低高程的初中期导流洞、和较高高程的后期导流洞。这些导流隧洞群在完成度汛泄流任务后，必须进行下闸封堵以满足水库蓄水发电的要求。然而，由于特高堆石坝本身坝体很高，以及水电工程环保要求的不断提高，给多层导流隧洞群的下闸封堵带来诸多难题：
(1)特高堆石坝施工期只能通过山体中设置导流洞进行泄流，且各层导流洞布置高差往往较大，下闸封堵期须满足下游河道生态供水的要求，如何满足各层导流隧洞下闸封堵过程中的衔接供水不断流成为蓄水过程中需要解决的关键问题；
(2)特高堆石坝初期蓄水阶段因坝体本身结构安全要求，到达一定高度后需要控制蓄水上升速度；
(3)特高堆石坝坝体很高，导流隧洞封堵期挡水水头很高，结构安全风险大；
(4)导流隧洞封堵闸门挡水水头高、启闭容量大，封堵闸门和启闭机规模大，投资高。
发明内容
本发明解决的技术问题是针对上述技术问题，提供一种新的特高堆石坝导流隧洞群结构及其下闸封堵方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：特高堆石坝导流隧洞群结构，其特征在于：包括初中期导流洞、生态导流洞、后期一号导流洞、后期二号导流洞、放空洞和深孔泄洪洞；初中期导流洞布置于最低高程，生态导流洞与初中期导流洞布置于同一高程，后期一号导流洞布置高程高于初中期导流洞且低于后期二号导流洞；在初中期导流洞进口段设置有第一岸塔闸室，在第一岸塔闸室内设置有第一平板闸门；在初中期导流洞洞身段设置有第一永久堵头，紧邻第一永久堵头上游侧设置有临时堵头；在生态导流洞洞身段上游侧设置有竖井闸室，在竖井闸室内设置有第一弧形闸门，在生态导流洞洞身段下游侧设置有第二永久堵头；在后期一号导流洞和后期二号导流洞的进口段分别设置有第二岸塔闸室，在第二岸塔闸室内设置有第二平板闸门和第二弧形闸门，在后期一号导流洞和后期二号导流洞的洞身段下游侧分别设置有第三永久堵头。
另外，本发明还提供一种特高堆石坝导流隧洞群下闸封堵方法，通过该方法形成上述本发明所述的特高堆石坝导流隧洞群结构；以导流隧洞群下闸封堵开始年份为第一年，本发明所述下闸封堵方法包括如下步骤：
a、在第一年汛期过后，首先下闸初中期导流洞中第一岸塔闸室内的第一平板闸门，通过第一平板闸门进行挡水，为初中期导流洞洞身段的临时堵头创造干地施工条件，以进行临时堵头的施工；下闸第一平板闸门后，生态导流洞弧形闸门全打开，通过生态导流洞下泄上游来水，以使下泄水流不断流，设此时上游水位为H1，则初中期导流洞中第一岸塔闸室内的第一平板闸门的设计挡水能力满足挡H1即可；
b、待初中期导流洞内的临时堵头完工并具备挡水条件后，打开并回收第一平板闸门，让水流进入初中期导流洞中，此时由临时堵头挡水，为初中期导流洞洞身段的第一永久堵头创造干地施工条件，以进行第一永久堵头的施工；
c、待b步骤中的打开并回收第一平板闸门后，通过生态导流洞洞身段上游侧竖井闸室内设置的第一弧形闸门进行第一阶段第一期的控泄蓄水，第一阶段第一期的蓄水坝前水位上升速度对坝体稳定影响较小，坝前水位上升速度不控制，应尽量快的蓄水，弧形闸门控泄开度仅需要满足生态供水的要求。到达第一阶段第一期的控制水位后，进行第一阶段第二期的蓄水，该阶段坝前水位上升速度对坝体稳定影响较大，应控制水位上升速度，弧形闸门在满足特高堆石坝在该阶段对蓄水上升速度要求的情况下进行控泄蓄水，待水位蓄水到达第一阶段第二期的控制水位时将第一弧形闸门下闸到底，由第一弧形闸门挡水，为生态导流洞洞身段下游侧的第二永久堵头创造干地施工条件，以进行第二永久堵头的施工；第一弧形闸门下闸到底后，通过后期一号导流洞下泄上游来水，以使下泄水流不断流；第一阶段控制水位不低于后期一号导流洞所在高程；
d、随着坝体填筑高程的升高，在第二年汛期过后，在后期一号导流洞下泄上游来水的过程中，通过后期一号导流洞中第二岸塔闸室内的第二弧形闸门进行第二阶段控泄蓄水，在满足特高堆石坝在该阶段对蓄水上升速度要求的情况下进行控泄蓄水，待水位蓄水到达第二阶段控制水位时，下闸后期一号导流洞中第二岸塔闸室内的第二平板闸门以进行挡水，为后期一号导流洞洞身段下游侧的第三永久堵头创造干地施工条件，以进行后期一号导流洞内的第三永久堵头的施工；后期一号导流洞中第二岸塔闸室内的第二平板闸门下闸后，通过后期二号导流洞下泄上游来水，以使下泄水流不断流；第二阶段控制水位不低于后期二号导流洞所在高程；
e、随着坝体填筑高程的升高，在第三年汛期过后，在后期二号导流洞下泄上游来水的过程中，通过后期二号导流洞中第二岸塔闸室内的第二弧形闸门进行第三阶段控泄蓄水，在满足特高堆石坝在该阶段对蓄水上升速度要求的情况下进行控泄蓄水，待水位蓄水到达第三阶段控制水位时，下闸后期二号导流洞中第二岸塔闸室内的第二平板闸门以进行挡水，为后期二号导流洞洞身段下游侧的第三永久堵头创造干地施工条件，以进行后期二号导流洞内的第三永久堵头的施工；后期二号导流洞中第二岸塔闸室内的第二平板闸门下闸后，通过放空洞和/或深孔泄洪洞下泄上游来水，以使下泄水流不断流；
f、待导流隧洞群结构中的各永久堵头施工全部完成并具备挡水条件时，整个下闸封堵完成。
进一步的是：在步骤a中：在下闸第一平板闸门后且在临时堵头完工并具备挡水条件前，生态导流洞以最大泄流开度下泄上游来水。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过巧妙的优化下闸封堵程序，通过各层级隧洞及相应的弧形闸门，采用多阶段控泄蓄水，实现了各层级导流隧洞下闸封堵过程中衔接供水不断流，同时通过采用与各层级导流隧洞封堵顺序相应地进行分阶段逐级控泄蓄水，一方面为各层级导流隧洞的封堵提供相应的施工条件，另一方面当蓄水到达一定高度后能够有效地控制蓄水上升速度，满足特高坝各阶段蓄水过程中对蓄水上升速度的要求。
(2)本发明在下闸封堵初中期导流洞的过程中，通过巧妙的设置在初中期导流洞中的临时堵头挡水而为初中期导流洞洞身段的第一永久堵头创造干地施工条件，替代了传统思维中由平板闸门挡水的情况，挡水可靠性更高。并且，下闸第一平板闸门后，生态导流洞弧形闸门全打开，通过生态导流洞下泄上游来水，拓展了生态导流洞的功能，最大限度的减小了平板闸门的挡水水头，大大降低了初中期导流洞平板闸门的挡水水头要求，而平板闸门和启闭机系统的设计规模由此确定，进一步带来以下好处：①显著改善了初中期导流洞进口结构的受力条件，提高了闸门挡水和结构抗压的安全性；②显著减小了平板闸门和启闭机系统的规模，节省了工程投资，且闸门和设备都可回收。
(3)本发明通过中通过将生态导流洞与初中期导流洞布置于同一高程，可以最大限度地发挥生态供水洞的泄流能力，最大限度地降低初中期导流洞封堵闸门的挡水水头，同时能够有效地实现初中期导流洞下闸封堵后通过生态供水洞满足下游生态供水的要求，实现下游生态供水不断流。
(4)本发明通过设置初中期导流洞、后期一号导流洞和后期二号导流洞组成的至少三层级导流隧洞，实现了上述各层级导流隧洞的顺利下闸封堵，即保证了下游生态供水有效衔接不断流，又实现了各层级导流隧洞下闸封堵与大坝各阶段的控泄蓄水同步匹配，有效地控制大坝蓄水过程，确保了大坝蓄水过程的有效衔接和蓄水过程的安全要求。
附图说明
图1为本发明所述的特高堆石坝导流隧洞群结构的平面布置图；
图2为初中期导流洞纵剖面图；
图3为生态导流洞纵剖面图；
图4为后期一号导流洞和后期二号导流洞对应的纵剖面图；
图中标记为：初中期导流洞1、生态导流洞2、后期一号导流洞3A、后期二号导流洞3B、放空洞4、深孔泄洪洞5、坝体6、第一岸塔闸室11、第一平板闸门12、第一永久堵头13、临时堵头14、竖井闸室21、第一弧形闸门22、第二永久堵头23、第二岸塔闸室31、第二平板闸门32、第二弧形闸门33、第三永久堵头34。
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。
如图1至图4中所示，本发明所述的特高堆石坝导流隧洞群结构，包括初中期导流洞1、生态导流洞2、后期一号导流洞3A、后期二号导流洞3B、放空洞4和深孔泄洪洞5；不失一般性，上述各隧洞均与坝体6的上游河道和下游河道连通；初中期导流洞1布置于最低高程，生态导流洞2与初中期导流洞1布置于同一高程，后期一号导流洞3A布置高程高于初中期导流洞1且低于后期二号导流洞3B；对于防空洞4和深孔泄洪洞5则根据大坝实际情况进行合理设计；通常防空洞4和深孔泄洪洞5的高程高于初中期导流洞1且低于后期一号导流洞3A；在初中期导流洞1进口段设置有第一岸塔闸室11，在第一岸塔闸室11内设置有第一平板闸门12；在初中期导流洞1洞身段设置有第一永久堵头13，紧邻第一永久堵头13上游侧设置有临时堵头14；在生态导流洞2洞身段上游侧设置有竖井闸室21，在竖井闸室21内设置有第一弧形闸门22，在生态导流洞2洞身段下游侧设置有第二永久堵头23；在后期一号导流洞3A和后期二号导流洞3B的进口段分别设置有第二岸塔闸室31，在第二岸塔闸室31内设置有第二平板闸门32和第二弧形闸门33，在后期一号导流洞3A和后期二号导流洞3B的洞身段下游侧分别设置有第三永久堵头34。
本发明所述的特高堆石坝指的是坝体6的高度超过200米的情况，在这种情况下，大坝整体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。
更具体的，由于本发明为针对特高坝，因此坝体6的高度较高，为此本发明中采用初中期导流洞1、后期一号导流洞3A和后期二号导流洞3B的三层级分层导流，这样一方面能更好地衔接各层级隧洞下闸封堵过程的有效衔接。
另外，本发明还提供一种特高堆石坝导流隧洞群下闸封堵方法，通过该方法形成上述本发明所述的特高堆石坝导流隧洞群结构；以导流隧洞群下闸封堵开始年份为第一年，所述下闸封堵方法包括如下步骤：
a、在第一年汛期过后，首先下闸初中期导流洞1中第一岸塔闸室11内的第一平板闸门12，通过第一平板闸门12进行挡水，为初中期导流洞1洞身段的临时堵头14创造干地施工条件，以进行临时堵头14的施工；下闸第一平板闸门12后，通过生态导流洞2下泄上游来水，以使下泄水流不断流；
b、待初中期导流洞1内的临时堵头14完工并具备挡水条件后，打开并回收第一平板闸门12，让水流进入初中期导流洞1中，此时由临时堵头14挡水，为初中期导流洞1洞身段的第一永久堵头13创造干地施工条件，以进行第一永久堵头13的施工；
c、待b步骤中的打开并回收第一平板闸门12后，通过生态导流洞2洞身段上游侧竖井闸室21内设置的第一弧形闸门22进行第一阶段控泄蓄水，在满足特高堆石坝在该阶段对蓄水上升速度要求的情况下进行控泄蓄水，待水位蓄水到达第一阶段控制水位时将第一弧形闸门22下闸到底，由第一弧形闸门22挡水，为生态导流洞2洞身段下游侧的第二永久堵头23创造干地施工条件，以进行第二永久堵头23的施工；第一弧形闸门22下闸到底后，通过后期一号导流洞3A下泄上游来水，以使下泄水流不断流；第一阶段控制水位不低于后期一号导流洞3A所在高程；
d、在第二年汛期过后，在后期一号导流洞3A下泄上游来水的过程中，通过后期一号导流洞3A中第二岸塔闸室31内的第二弧形闸门33进行第二阶段控泄蓄水，在满足特高堆石坝在该阶段对蓄水上升速度要求的情况下进行控泄蓄水，待水位蓄水到达第二阶段控制水位时，下闸后期一号导流洞3A中第二岸塔闸室31内的第二平板闸门32以进行挡水，为后期一号导流洞3A洞身段下游侧的第三永久堵头34创造干地施工条件，以进行后期一号导流洞3A内的第三永久堵头34的施工；后期一号导流洞3A中第二岸塔闸室31内的第二平板闸门32下闸后，通过后期二号导流洞3B下泄上游来水，以使下泄水流不断流；第二阶段控制水位不低于后期二号导流洞3B所在高程；
e、在第三年汛期过后，在后期二号导流洞3B下泄上游来水的过程中，通过后期二号导流洞3B中第二岸塔闸室31内的第二弧形闸门33进行第三阶段控泄蓄水，在满足特高堆石坝在该阶段对蓄水上升速度要求的情况下进行控泄蓄水，待水位蓄水到达第三阶段控制水位时，下闸后期二号导流洞3B中第二岸塔闸室31内的第二平板闸门32以进行挡水，为后期二号导流洞3B洞身段下游侧的第三永久堵头34创造干地施工条件，以进行后期二号导流洞3B内的第三永久堵头34的施工；后期二号导流洞3B中第二岸塔闸室31内的第二平板闸门32下闸后，通过放空洞4和/或深孔泄洪洞5下泄上游来水，以使下泄水流不断流。
f、待导流隧洞群结构中的各永久堵头施工全部完成并具备挡水条件时，整个下闸封堵完成。
在上述步骤a中，第一平板闸门12下闸挡水的目的主要是为临时堵头14的施工提供干地施工条件，同时也可开始进行初步的蓄水；当临时堵头14完工并具备挡水条件后，即可由临时堵头14进行挡水，这样一来，实现了初中期导流洞1的下闸封堵期间对应的阻挡水头分为前期由第一平板闸门12阻挡，后期由临时堵头14阻挡的方案，因此可降低对第一平板闸门12的挡水水头要求，进而可有效地降低第一平板闸门12以及配套的启闭机系统的规模，最终有效地降低工程投资；甚至可在临时堵头14完工并具备挡水条件后，直接回收第一平板闸门12，以进一步节约工程投资。
另外，如上所述，当在进行临时堵头14的施工过程中，主要由第一平板闸门12进行挡水，为尽量降低此阶段的挡水水头，本发明中进一步优选设置在步骤a中：在下闸第一平板闸门12后且在临时堵头14完工并具备挡水条件前，生态导流洞2以最大泄流开度下泄上游来水。这样，可在整个临时堵头14的施工过程中，尽量控制蓄水水位处于较低状态，以降低对第一平板闸门12的挡水水头要求；而当临时堵头14完工并具备挡水条件后，因可由临时堵头14进行挡水，因此即可进行第一阶段控泄蓄水过程。
另外，由于本发明中将生态导流洞2与初中期导流洞1布置于同一高程，因此在下闸初中期导流洞1后，可通过生态导流洞2直接衔接进行下游生态供水，确保了下游生态供水衔接不断流，有效地保护了下游河道的生态环境。
另外，本发明中还通过相应设置的弧形闸门，利用弧形闸门能实现对下泄水流量的控制，进而可在需要时实现对上游蓄水速度的控制；可根据特高堆石坝对蓄水上升速度的要求而进行相应的控泄蓄水，以确保大坝蓄水过程的安全性。
另外，本发明通过设置初中期导流洞、后期一号导流洞和后期二号导流洞组成的至少三层级导流隧洞，并且将各层级导流隧洞的下闸封堵分层级依次进行，同时与大坝各阶段的控泄蓄水同步匹配，有效地控制大坝蓄水过程，确保了大坝蓄水过程的有效衔接和蓄水过程的安全要求。同时，本发明还进一步根据河道流量情况，对各层级隧洞的下闸封堵施工严格控制在河道的汛期过后进行，以便于施工。
各层级洞之间的顺序封堵衔接，在控制相应蓄水水位的情况下，能够实现下游生态供水不断流；有效地保证了在各层级导流隧洞下闸封堵施工期间的生态导流，保护下游河道的生态环境。
不失一般性，对于放空洞4和深孔泄洪洞5，本发明在进行特高堆石坝导流隧洞群的下闸封堵过程中，借助其进行相应的下泄生态供水，当本发明中对初中期导流洞1、生态导流洞2、后期一号导流洞3A和后期二号导流洞3B全部下闸封堵施工完成后，即完成了本发明所述的特高堆石坝导流隧洞群下闸封堵施工过程。
Claims (3)
1.特高心墙堆石坝导流隧洞群结构，其特征在于：包括初中期导流洞(1)、生态导流洞(2)、后期一号导流洞(3A)、后期二号导流洞(3B)、放空洞(4)和深孔泄洪洞(5)；初中期导流洞(1)布置于最低高程，生态导流洞(2)与初中期导流洞(1)布置于同一高程，后期一号导流洞(3A)布置高程高于初中期导流洞(1)且低于后期二号导流洞(3B)；在初中期导流洞(1)进口段设置有第一岸塔闸室(11)，在第一岸塔闸室(11)内设置有第一平板闸门(12)；在初中期导流洞(1)洞身段设置有第一永久堵头(13)，紧邻第一永久堵头(13)上游侧设置有临时堵头(14)；在生态导流洞(2)洞身段上游侧设置有竖井闸室(21)，在竖井闸室(21)内设置有第一弧形闸门(22)，在生态导流洞(2)洞身段下游侧设置有第二永久堵头(23)；在后期一号导流洞(3A)和后期二号导流洞(3B)的进口段分别设置有第二岸塔闸室(31)，在第二岸塔闸室(31)内设置有第二平板闸门(32)和第二弧形闸门(33)，在后期一号导流洞(3A)和后期二号导流洞(3B)的洞身段下游侧分别设置有第三永久堵头(34)。
2.特高心墙堆石坝导流隧洞群下闸封堵方法，通过该方法形成上述权利要求1所述的特高心墙堆石坝导流隧洞群结构；以导流隧洞群下闸封堵开始年份为第一年，所述下闸封堵方法包括如下步骤：
a、在第一年汛期过后，首先下闸初中期导流洞(1)中第一岸塔闸室(11)内的第一平板闸门(12)，通过第一平板闸门(12)进行挡水，为初中期导流洞(1)洞身段的临时堵头(14)创造干地施工条件，以进行临时堵头(14)的施工；下闸第一平板闸门(12)后，通过生态导流洞(2)下泄上游来水，以使下泄水流不断流；
b、待初中期导流洞(1)内的临时堵头(14)完工并具备挡水条件后，打开并回收第一平板闸门(12)，让水流进入初中期导流洞(1)中，此时由临时堵头(14)挡水，为初中期导流洞(1)洞身段的第一永久堵头(13)创造干地施工条件，以进行第一永久堵头(13)的施工；
c、待b步骤中的打开并回收第一平板闸门(12)后，通过生态导流洞(2)洞身段上游侧竖井闸室(21)内设置的第一弧形闸门(22)进行第一阶段控泄蓄水，在满足特高心墙堆石坝在该阶段对蓄水上升速度要求的情况下进行控泄蓄水，待水位蓄水到达第一阶段控制水位时将第一弧形闸门(22)下闸到底，由第一弧形闸门(22)挡水，为生态导流洞(2)洞身段下游侧的第二永久堵头(23)创造干地施工条件，以进行第二永久堵头(23)的施工；第一弧形闸门(22)下闸到底后，通过后期一号导流洞(3A)下泄上游来水，以使下泄水流不断流；第一阶段控制水位不低于后期一号导流洞(3A)所在高程；
d、在第二年汛期过后，在后期一号导流洞(3A)下泄上游来水的过程中，通过后期一号导流洞(3A)中第二岸塔闸室(31)内的第二弧形闸门(33)进行第二阶段控泄蓄水，在满足特高心墙堆石坝在该阶段对蓄水上升速度要求的情况下进行控泄蓄水，待水位蓄水到达第二阶段控制水位时，下闸后期一号导流洞(3A)中第二岸塔闸室(31)内的第二平板闸门(32)以进行挡水，为后期一号导流洞(3A)洞身段下游侧的第三永久堵头(34)创造干地施工条件，以进行后期一号导流洞(3A)内的第三永久堵头(34)的施工；后期一号导流洞(3A)中第二岸塔闸室(31)内的第二平板闸门(32)下闸后，通过后期二号导流洞(3B)下泄上游来水，以使下泄水流不断流；第二阶段控制水位不低于后期二号导流洞(3B)所在高程；
e、在第三年汛期过后，在后期二号导流洞(3B)下泄上游来水的过程中，通过后期二号导流洞(3B)中第二岸塔闸室(31)内的第二弧形闸门(33)进行第三阶段控泄蓄水，在满足特高心墙堆石坝在该阶段对蓄水上升速度要求的情况下进行控泄蓄水，待水位蓄水到达第三阶段控制水位时，下闸后期二号导流洞(3B)中第二岸塔闸室(31)内的第二平板闸门(32)以进行挡水，为后期二号导流洞(3B)洞身段下游侧的第三永久堵头(34)创造干地施工条件，以进行后期二号导流洞(3B)内的第三永久堵头(34)的施工；后期二号导流洞(3B)中第二岸塔闸室(31)内的第二平板闸门(32)下闸后，通过放空洞(4)和/或深孔泄洪洞(5)下泄上游来水，以使下泄水流不断流；
f、待导流隧洞群结构中的各永久堵头施工全部完成并具备挡水条件时，整个下闸封堵完成。
3.如权利要求2所述的特高心墙堆石坝导流隧洞群下闸封堵方法，其特征在于：在步骤a中：在下闸第一平板闸门(12)后且在临时堵头(14)完工并具备挡水条件前，生态导流洞(2)以最大泄流开度下泄上游来水。
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