喀麥隆曼維萊水電站運(yùn)行期溢洪道消力池檢修方案研究

常玉龍+++郭強(qiáng)

摘 要：曼維萊水電站工程位于喀麥隆南部恩特姆流域原始森林地區(qū)，主要任務(wù)是發(fā)電。電站攔河壩泄水建筑物采用底流消能方式，重點(diǎn)介紹了消力池建筑物的運(yùn)行期檢修方案及功能特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 溢洪道；消力池；檢修

1 主溢洪道布置簡(jiǎn)介

喀麥隆曼維萊水電站主溢洪道及泄洪沖沙閘共計(jì)6孔，其中泄洪沖沙閘1孔、主溢洪道5孔，孔口凈寬均為11.0m，均為開(kāi)敞式布置，采用底流消能方式。下游消力池池深1.0m，池長(zhǎng)55.0m，池底高程為369.8m，末段設(shè)端檻，與消力池末段底板連成一體，檻頂高程為370.8m，消力池底板水流方向共分三段，上游第一段底板厚度為2.0m，其余均為1.5m。泄洪沖沙閘閘及主溢洪道消力池下游設(shè)厚為0.8m的鋼筋混凝土海漫，以消減出池水流的余能。海漫長(zhǎng)15m，平面總寬度為83.0m，海漫底高程為370.8m，海曼末端設(shè)深3.5m的防沖齒墻。在海漫末端設(shè)深3.5m、底寬2.0m的防沖槽，其底高程為367.3m，并以1：4坡度與底高程為375.5m的下游尾水河道平順連接。防沖槽斜坡段水平長(zhǎng)18.8m。

2 檢修時(shí)機(jī)安排及檢修期洪水標(biāo)準(zhǔn)

2.1 檢修時(shí)機(jī)選擇

曼維萊水電站所處的恩特姆河河流域位于赤道地帶，全年分為四個(gè)季節(jié)，兩個(gè)雨季和兩個(gè)旱季。隨旱、雨季交替變化，恩特姆河徑流全年分為兩個(gè)汛期和兩個(gè)枯水期，每年1～3月為枯水期，4～6月為豐水期，7～8月為枯水期，9～12月為豐水期。兩個(gè)枯水期施工洪水見(jiàn)表1。

由以上水文資料可知，恩特姆河徑流全年存在兩個(gè)枯水期，分別為3個(gè)月和2個(gè)月。一般情況下，消力池檢查和檢修的主要工作內(nèi)容如下：

填筑臨時(shí)圍堰形成檢修基坑；

基坑排水；

清除基坑內(nèi)淤積物；

對(duì)消力池混凝土進(jìn)行檢查，若混凝土沖蝕破壞，對(duì)混凝土進(jìn)行修復(fù)處理；

若消力池排水孔發(fā)生堵塞，對(duì)排水孔進(jìn)行疏通或者重新鉆設(shè)；

檢修完成，拆除臨時(shí)圍堰。

以上工作相對(duì)較為簡(jiǎn)單，工作量不大，在較為充分的準(zhǔn)備和合理的組織下，可以在任一個(gè)枯水期內(nèi)完成，考慮到1～3月枯水期時(shí)段較長(zhǎng)、相同洪水標(biāo)準(zhǔn)的洪峰流量小，為了獲得較長(zhǎng)的施工時(shí)段及發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)較長(zhǎng)的撤離時(shí)間，選擇在1～3月枯水期內(nèi)檢修。

2.2 檢修期洪水標(biāo)準(zhǔn)

工程運(yùn)行期主溢洪道及泄洪沖沙閘消力池檢修洪水標(biāo)準(zhǔn)，采用枯水期1～3月份10年一遇月平均流量，相應(yīng)流量為220m3/s。

3 檢修方案及選擇

3.1 檢修方案一

在消力池原布置的基礎(chǔ)上，消力池內(nèi)增加順?biāo)鞣较蚋魤Γ魤ι嫌谓娱l墩，下游延伸至海漫段末端，總長(zhǎng)63.0m。

隔墻布置于中間閘墩下游側(cè)，隔墻將消力池分割為左右兩部分，隔墻右側(cè)為3孔溢洪道，隔墻左側(cè)為2孔溢洪道+1孔泄洪沖沙閘。隔墻頂高程383.0m，與兩側(cè)岸坡頂高程同高。

運(yùn)行期若要檢修消力池時(shí)，在需檢修的那部分消力池下游側(cè)臨時(shí)構(gòu)筑圍堰，圍堰與隔墻及岸坡共同構(gòu)成消力池檢修的下游側(cè)擋水體系。

采用水泵排除檢修基坑內(nèi)積水后進(jìn)行消力池檢修施工。

3.2 檢修方案二

考慮將右岸主河槽上的輔助溢洪道進(jìn)行改造，改造的具體措施是在輔助溢洪道堰頂設(shè)置為易拆除、易恢復(fù)的堰頂結(jié)構(gòu)，使得在主溢洪道及泄洪沖沙閘消力池檢修期泄放設(shè)計(jì)檢修洪水220m3/s。

3.3 檢修方案選擇

兩檢修方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：

（1）經(jīng)估算，隔墻檢修方案需要額外增加投資約140萬(wàn)美元，而對(duì)輔助溢洪道進(jìn)行改造則無(wú)需增加額外工程措施。從投資角度考慮，輔助溢洪道改造方案優(yōu)。

（2）從加速一期基坑內(nèi)建筑物的施工進(jìn)度考慮，降低工程進(jìn)度壓力角度考慮，輔助溢洪道改造檢修方案較優(yōu)。

（3）若考慮對(duì)主溢洪道及泄洪沖沙閘下游河道進(jìn)行疏浚情況，輔助溢洪道改造檢修方案所需要的疏浚規(guī)模也遠(yuǎn)小于隔墻檢修方案。

綜上，最終選擇采用輔助溢洪道改造檢修方案來(lái)實(shí)現(xiàn)主溢洪道及泄洪沖沙閘下游消力池的檢修。

4 檢修方案設(shè)計(jì)

主溢洪道及泄洪沖沙閘下游消力池檢修措施主要包括以下三部分內(nèi)容：

（1）檢修期水庫(kù)泄洪通道：檢修期水庫(kù)泄洪（檢修標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)的洪水）從輔助溢洪道結(jié)構(gòu)上進(jìn)行解決，即將輔助溢洪道溢流堰堰頂以下1.0m高度范圍內(nèi)（高程391.0m以上）設(shè)計(jì)為易拆除、易恢復(fù)的堰頂結(jié)構(gòu)，主溢洪道消力池檢修前，開(kāi)啟主溢洪道閘門(mén)，將庫(kù)水位降至391.0m以下，然后拆除輔助溢洪道堰頂（見(jiàn)圖1），關(guān)閉主溢洪道閘門(mén)，上游來(lái)水全部由輔助溢洪道下泄。

（2）檢修工作面擋水圍護(hù)：檢修期間，消力池上游由主溢洪道及泄洪沖沙閘閘門(mén)擋水，消力池下游修建臨時(shí)土石水圍堰擋水，與兩岸地形形成封閉區(qū)域；排除檢修工作面積水，形成干地檢修施工條件，對(duì)主溢洪道及泄洪沖沙閘消力池進(jìn)行檢修。

（3）輔助溢洪道堰頂結(jié)構(gòu)恢復(fù)：消力池檢修完畢后，洪水由主溢洪道下泄，且枯水位控制在390.5m以下，進(jìn)行溢流堰頂恢復(fù)施工。

（4）檢修期超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)對(duì)措施：檢修期間，檢修標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水通過(guò)輔助溢洪道下泄。當(dāng)發(fā)生超檢修標(biāo)準(zhǔn)洪水，且?guī)焖簧蠞q至392.7m時(shí)（閘門(mén)頂高程392.8m），開(kāi)啟主溢洪道閘門(mén)泄洪，此前在庫(kù)水位達(dá)到392.0m時(shí)，開(kāi)始撤離檢修工作面的人員和機(jī)械。

4.1 輔助溢洪道堰頂拆除高度確定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在消力池檢修期間，入庫(kù)洪水由輔助溢洪道下泄。輔助溢洪道為開(kāi)敞式（無(wú)閘門(mén)），溢流堰頂高程與水庫(kù)正常蓄水位相同，為392.0m。主溢洪道閘門(mén)頂高程392.8m，為使主溢洪道消力池檢修期間庫(kù)水不翻過(guò)閘門(mén)頂，低于枯水期10年一遇月平均入庫(kù)洪水需由輔助溢洪道下泄，并使庫(kù)水位控制在392.5m以下。為此，輔助溢洪道頂部需局部拆除，經(jīng)計(jì)算拆除高度為1.0m，拆除底高程391.0m。

輔助溢洪道在消力池檢修期間需將堰頂局部拆除，檢修完成后需恢復(fù)至原高程。因此，堰頂需設(shè)計(jì)成易拆除、易恢復(fù)的結(jié)構(gòu)。

4.2 檢修臨時(shí)擋水圍堰設(shè)計(jì)

臨時(shí)擋水圍堰布置于消力池干砌石護(hù)坡及拋石下游側(cè)，基本與基坑施工期一期下游圍堰位置重合。

檢修期（1～3月）10年一遇月平均流量為220m3/s，全部通過(guò)輔助溢洪道下泄，擋水圍堰堰頂高程可根據(jù)右支主河槽水位流量關(guān)系和一期導(dǎo)流期間實(shí)測(cè)水文資料綜合確定。鑒于下游圍堰處所立水尺最小讀數(shù)為380.0m，即380.0m為一期導(dǎo)流期間所記錄的最低水位。本著留有余地的原則，檢修期擋水圍堰堰前水位按380.0m設(shè)計(jì)。與一期施工導(dǎo)流圍堰設(shè)計(jì)一致，考慮安全超高、風(fēng)雍水面高和波浪爬高，堰頂高程取381.0m。

5 發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水的應(yīng)急預(yù)案

5.1 超標(biāo)洪水發(fā)生時(shí)的反應(yīng)時(shí)間計(jì)算

為了保證檢修施工人員及設(shè)備安全，當(dāng)庫(kù)水位上升至392.0m時(shí)（該水位時(shí)輔助溢洪道下泄流量220m3/s，為1～3月10年一遇月平均流量），施工人員及設(shè)備開(kāi)始撤離，當(dāng)庫(kù)水位上升至392.7m時(shí)，打開(kāi)主溢洪道閘門(mén)開(kāi)使泄洪。

當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，水位自施工人員撤離警戒水位392.0m逐步上漲，達(dá)到392.7m時(shí)主溢洪道開(kāi)閘泄水。庫(kù)水位自392.0m上漲到392.7m的時(shí)間即為發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水的反應(yīng)時(shí)間。

超標(biāo)準(zhǔn)洪水發(fā)生時(shí)的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)采用調(diào)洪計(jì)算確定，但鑒于恩特姆河無(wú)枯水期洪水過(guò)程線(xiàn)歷史記錄資料，本著留有余地的原則，采用超標(biāo)洪水發(fā)生時(shí)的洪峰流量進(jìn)行計(jì)算，相鄰庫(kù)水位間輔助溢洪道泄流能力取其平均值近似計(jì)算，通過(guò)蓄水量計(jì)算出水位上漲的洪水歷時(shí)。起算水位為392.0m，計(jì)算得各頻率超標(biāo)洪水發(fā)生時(shí)的反應(yīng)時(shí)間見(jiàn)表2。

由上述上算可知，當(dāng)檢修期發(fā)生20年一遇和50年一遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，撤離反應(yīng)時(shí)間分別為7.54h和4.35h，檢修工作面的人員和機(jī)械在該時(shí)間內(nèi)可以撤離。

5.2 發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水的應(yīng)對(duì)措施

超標(biāo)洪水發(fā)生時(shí)，密切監(jiān)測(cè)庫(kù)水位和來(lái)水流量的變化，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到392.0m時(shí)，立即開(kāi)始撤離主溢洪道維修基坑內(nèi)的施工機(jī)械和人員，如上游來(lái)水流量回落，必須待水位降至392.0m以下時(shí)方可重新開(kāi)始施工；如上游來(lái)水流量繼續(xù)增大，水位即將上升至392.7m前開(kāi)啟主溢洪道閘門(mén)泄流，待上游來(lái)水流量降至220m3/s以下時(shí)方可下閘擋水，并重新填筑擋水圍堰，按原施工程序重啟檢修施工。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于國(guó)外咨詢(xún)工程師提出的泄水建筑物消力池檢修要求，通過(guò)巧妙地對(duì)其他建筑物進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑焯幚?，即可滿(mǎn)足消力池的檢修要求，不僅節(jié)約了工程投資，還加快了工程施工進(jìn)度，對(duì)于類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)具有較大的參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：常玉龍（1974-），男，甘肅靖遠(yuǎn)人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。

郭強(qiáng)（1977-），男，湖北宜昌人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。