水电水利工程导流隧洞建设经验总结与设计探讨

结合十余年来国内导流隧洞的建设经验和教训，对导流隧洞的设计标准、结构设计、环保安全、施工方案等新出现的问题进行了深入探讨，得到以下结论：导流隧洞的结构设计标准和耐久性标准可结合工程的长远规划要求适当提高；底板抗冲耐磨、出口消能防冲设计、衬砌结构设计、封堵设计等可参考已建工程的成功经验；导流隧洞的设计应满足环保要求；进出口边坡设计可借鉴交通行业经验，更新设计理念，优化施工方案。     

沐若水电站导流隧洞出口消能与防护研究

马来西亚沐若水电站导流隧洞为典型的陡坡隧洞,汛期水头高、流量大,同时地质条件较差,致使隧洞口水流的消能防冲问题成为设计难点。对底流消能方案和挑流消能防冲方案进行了分析计算和模型试验。计算与试验结果表明：底流消能方案要求有较长和较深的消力池,在布置上存在困难,且投资大;挑流消能方案消能效果较好,不需消力池,但需在挑坎下建防淘墙,并对下游地质情况较差的河道进行抛石加固。从消能效果和投资比较看,挑流消能方案优于底流消能方案。     

天生桥一级水电站导流洞出口优化研究

天生桥一级水电站施工中，导流洞第三期导流存在流量大(6888m^3／s)、水头高(62m)、出口地质条件差，消能区紧靠左岸边坡的问题，加之受施工条件限制，要求对导流洞出口体型进行试验优化，使其既能解决施工导流中的消能防冲问题，又满足保护左岸边坡稳定的要求。经反复的试验研究，提出了较优消能工方案。经几年的导流运行结果表明，该方案较好地解决了施工导流中的消能防冲问题，既节省了施工工程量、节约投资，又满足工程安全性能要求。     

感潮河段隧洞出口消能防冲方案的研究

大流量、高水头排洪隧洞直排河道,容易造成出口河床的大范围冲刷,消能防冲设施工程量大。福州市江北城区山洪防治及生态补水工程中魁岐隧洞出口通过分流室消能的新技术,大大减少排洪出口流速、河道冲刷范围及对闽江的影响。通过水工模型试验验证,获得了较为满意的消能效果,可以为类似排洪隧洞、箱涵出口的消能工设计提供参考。     

水布垭水利枢纽导流隧洞水力学试验研究

水布垭导流隧洞具有水头高,流量大,洞线长,地质环境差等特点,因而技术问题较多,难度较大。为此,进行了大量的试验研究。主要试验成果有：泄流能力及影响泄流能力的主要因素,压力特性及改善压力特性措施,出口消能防冲措施的比较等。这些试验成果为工程优化设计提供了科学依据。     

导流放空洞改建工程下游消能方案研究

采用FLUENT软件数值模拟与物理模型试验相结合的方法,对某导流放空洞改建工程是否可利用其原有消能防冲设施进行了模拟计算及验证。在现状设计方案的基础上提出了两种将导流放空洞出口延长而不改变消力池布置的优化方案,并对其进行了数值模拟与物理模型试验,表明优化方案二更好,无需对下游消能设施进行较大改建即可满足消能防冲要求,能降低工程量及造价,故作为实施推荐方案。     

向家坝水电站冲沙孔体型优化设计

向家坝水电站冲沙孔由导流底孔改建而成，结构体型受到了较大限制，加之冲沙孔下泄水流为高速含沙水流，且紧邻下游引航道，消能防冲设计标准较高。结合向家坝工程实际，通过水工模型试验，从消能效果、消力池临底及临边流速、改造难易度等多方面，对3种冲沙孔体型进行了分析比选，确定了最终的优化体型，较好的解决了出口消能防冲难题。     

桐子林水电站明渠导流方案优化研究

欠宽阔覆盖层河道采用明渠导流宣泄大流量时,施工度汛所面临的水力学问题突出。对桐子林水电站导流明渠3种布置方案进行了系统模型试验。研究表明:底宽44 m明渠方案出口流速高达17 m/s,消能防冲难度极大,采用钢筋石笼和四面体防护失事风险很高;若在明渠末端增加消力池,由于明渠水流弗氏数Fr1.5,消能效果无法提高,明渠出口流速仍达13 m/s;结合闸坝地基采用地下连续墙加固等措施,可将明渠宽度增加至62 m,明渠出口流速减小至10 m/s,钢筋石笼和四面体稳定性大大提高,能够有效解决明渠出口消能防冲问题。试验表明,采用宽明渠方案是解决大单宽流量明渠出口下游消能防冲的有效方法。     

裙板消能工设计中应注意的几个问题

根据裙板消能工的防冲试验研究成果,结合新疆若干引水防沙枢纽工程实际,针对泄洪冲砂闸与防冲裙板的不同连接、布置形式,分析了在计算冲坑深度时相关参数的合理取值问题;对确定闸后防冲隔墙、两岸导流墙等结构的基础埋置深度以及埋设范围等提出了建议;对如何控制闸后下游水位、提高裙板消能效果的措施等进行了分析、探讨。     

城市异形排涝通道消能防冲新技术

该文针对感潮河段魁岐排涝二站?型复杂流道的不利冲刷问题,通过建立整体水工模型,研究城市异形排涝通道消能防冲新技术,提出导流坎、消力坎和消力墩联合消能防冲技术,探索其在宽幅水位变化、多工程交替运行及通航情况下的适应能力,并给出水力设计方法。研究表明,联合消能工对复杂工况适应良好,能有效解决异形排涝通道的消能防冲问题。     

杨房沟水电站导流隧洞工程布置及结构设计

杨房沟水电站导流隧洞具有导流与度汛流量大、流速快、水位变幅大、洞身断面较大、使用年限长等特点。导流建筑物一旦失事将推迟大坝的施工进度和发电工期,造成重大灾害和损失。综合当地地形地质条件、洪水特性、枢纽布置及工程特点,介绍了导流隧洞的布置及断面型式、导流隧洞水力学计算结果、进出口及洞身支护、进口闸门井及堵头等结构的设计方案。导流隧洞进口闸门室结构计算表明:在各运行工况下,建筑物满足安全运行要求;基础地质缺陷处理和边坡处理满足规范规定的稳定安全系数要求。     

多用途水工隧洞水力特性及运行方式研究

水利水电工程中的过水隧洞有导流洞、泄洪洞、放空洞以及发电引水洞等,它们各自具有一定的水流适用条件,对单一用途的水工隧洞,其洞内水流特性较容易把握。当由于技术、经济条件让一条隧洞具备多种用途时,隧洞将面临着不同运行阶段显著的水力差异性考验。结合某水利工程多用途水工隧洞水力模型试验,研究了集导流、泄洪、放空及发电引水等功能于一体的陡坡隧洞在不同运行阶段的相关水力特性。结果表明当作为泄洪隧洞在正常工况下运用时,隧洞进口前和洞内流态均较正常,洞内最小压力满足水工隧洞设计规程要求;当作为导流隧洞和放空洞运用时,隧洞进口在一定水流条件下会形成吸气型立轴漩涡,并在洞内形成形态不断变化且不断溃灭的气囊,在较长的洞段及较大的流量区间内,洞内还会出现明满交替流以及发电支洞岔管引起的明流冲击波、水流折冲等不良流态,上述水流现象会引发洞壁的有害振动或空蚀破坏。通过试验优化,并结合隧洞末端工作闸门的合理调度,提出了多用途水工隧洞的安全运行方式。     

输水隧洞坡角对侧式进/出水口水力特性影响研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口具有双向过流的特点,进/出水口自身体型参数对其水力特性具有很大的影响,但连接的输水隧洞布置型式也同样会影响进/出水口水力特性,若输水隧洞布置不恰当,将可能导致进/出水口出现不利的水力特性。利用RSM紊流模型,以某侧式进/出水口为研究对象,在进/出水口体型不变的前提下,研究出流工况不同隧洞坡角对进/出水口内部流态、拦污栅断面流速不均匀系数、水头损失系数及流量分配等水力特性的影响。结果表明,当隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,进/出水口内部流态较好,反向流速区的沿程范围、拦污栅断面流速不均匀系数及水头损失系数均最小。因此,当进/出水口扩散段垂向扩散角不大且各隧洞坡角均满足地形、地质条件的情况下,隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,可获得较优的水力特性。     

新疆北部某水电站导流洞进口高边坡塌方处理

某水电站是在建的二等大(2)型工程,导流洞在开工后进口发生了部分塌方及在进口上部发现裂缝,在考虑到对导流洞进口施工期的影响,针对施工期的特点采取治理措施进行处理后,导流洞进口边坡稳定且运行正常.     

深溪沟水电站导流洞进口高边坡锚固技术研究

深溪沟水电站导流洞进口自然高边坡俘在地质缺陷,为保证施工期及运行期的安全,在进水口上部进行了锚索加固设计。导流洞进口高边坡共布置锚索259根,通过安装的锚索测力计监测资料得知,进口边坡处于稳定状态,预应力损失小,设计支护参数满足工程要求。对高边坡特殊地质情况下的锚固设计原则、无粘结预应力锚索施工工艺控制及加固效果进行了分析总结,具有推广价值。     

某水电站导流洞进口边坡的垮塌及其处理

结合某水电站导流洞进口边坡垮塌及其处理的实际过程,重点介绍了边坡的垮塌过程、原因初步分析、处理方案比选及改线方案的实施情况。     

引水隧洞进口明满流数值模拟

以雪山水库引水坝调洪演算成果和工程投资估算为依据,拟定引水隧洞断面尺寸和引水坝水位,校核水位2 449.99m时,引水隧洞出现了明满交替流流态。采用有限体积法,运用计算流体力学数值模拟软件FLUENT对不同进水口型式的引水隧洞进口段进行数值模拟。在此基础上,比较引水隧洞在明满流流态下不同进水口型式的洞内脉动压强和水流速度沿水流方向变化情况,分析得出喇叭型进水口可更好的改善过流条件,减小明满流的不利影响。     

长距离分洪隧洞输水模型试验相似性研究

针对长距离输水隧洞小比尺物理模型难以满足阻力相似的问题,依托陕西省某县城分洪隧洞工程,通过对进口闸室段过流能力及隧洞段输水能力进行分别验证,实现了在小比尺物理模型上进行隧洞过流能力的试验研究。基于隧洞段内可以形成均匀流的特点,采用明渠均匀流计算方法对模型实测结果进行了计算验证。结果表明：计算流量与模型实测流量的最小差值为11.71 m³/s,最小相对误差为1.93%;基于进口闸室段距离短、局部水头损失远大于沿程水头损失的特点,控制隧洞桩号0＋099.25 m处水深为隧洞正常水深,可直接验证其过流能力,进口闸室段过流量与实测过流量最大误差不超过1.78%;在30年一遇洪水时,推荐方案闸室和隧洞的过流能力相匹配且与模型实测值基本一致,隧洞的分洪流量达到863 m³/s,较设计分洪流量800 m³/s超泄了63 m³/s,超泄流量占设计过流量的7.88%,完全满足设计要求。     

大型水利水电工程施工水力控制及灾害预测关键技术

针对我国西部山区大型梯级水利水电工程施工面临复杂环境下的导截流标准及风险控制、陡坡隧洞导流安全水力控制、深厚覆盖层河床安全经济截流水力控制、导截流过程灾害预测控制等新问题,经过长达28 a的系统研究,解决了大型梯级水利水电工程施工导截流水力控制和灾害减免的相关技术难题。包括:①构建了多梯级同建条件下施工导流系统风险评估模型和基于水文实时监测预报的截流标准决策模型,提出了满足安全性、经济性要求的标准优选方法,修订了施工导流设计规范;②揭示了陡坡隧洞易发生明满交替流等不良水力特性的成因及机制,提出了进口隔流浮堤消涡、锐缘进口减免明满交替流、出口压坡增压等复合式水力控制技术,保障了隧洞运行安全,提出的钢筋笼柔性毯和过水围堰分级整流防护新技术,解决了大流量、深厚覆盖层条件下度汛安全难题;③提出了考虑水深、流速分布、河床糙度、绕流系数影响的天然截流块体稳定实用计算公式以及六面体钢筋石笼人工截流块体稳定计算公式,计算精度更接近实际;④发明了内附透水反滤土工膜的四面体钢筋笼和圆柱线体新型截流材料;⑤提出了“水下宽戗堤” 新技术,减轻了截流难度;⑥首次提出了高陡岸坡滑坡涌浪过程中第二次涌浪为首浪的论点,建立了首浪高度实用计算公式、涌浪产生与传播预测模型;⑦提出了土石围堰溃决过程与洪水演进高分辨率模拟技术。这些关键技术对于推动相关学科发展、加快水利水电行业科技进步起到了巨大作用。     

圆形隧洞导流无压流时水力计算底坡快速判别方式的探讨

介绍了圆形隧洞导流时无压流的情况下水力计算底坡的快速判别方式.