实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序封堵方法

摘要

本发明公开了一种实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序封堵方法，步骤如下：一、在导流隧洞下闸封堵前的枯水期，选定待改造导流隧洞及第一侧孔，封堵第一侧孔下半孔，抬高第一侧孔孔底高程，缩小第一侧孔孔口高度，保留第二侧孔孔口原有尺寸；二、分别为第一侧孔和第二侧孔设平板闸门，水库蓄水前，未改造的第二侧孔下闸，利用第一侧孔上半孔孔口向下游供水；三、待水库水位蓄至可由坝身永久泄洪孔下泄生态流量后，第一侧孔的上半孔孔口闸门下闸，下闸过程不断流。本发明具有避免下闸过程中下游脱水断流、简化坝体结构、缩短工期、增加发电效益、减少工程投资的特点，可广泛应用于水利水电施工导流技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电施工导流技术领域，特别是涉及一种实现 高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序封堵方法。

背景技术

对于在高山峡谷地区修建高拱坝的水电工程，施工期间通常多 采用围堰拦断河床、导流隧洞泄流等导流方式。施工导流后期，当 导流隧洞下闸封堵后，水库水位逐渐上升，在水位未达到高拱坝永 久泄洪孔高程前，水流无下泄通道，导致下游河道脱水断流，使蓄 水期水生生态遭受破坏，对鱼类资源、工农业生产和生活取水、航 运、景观等产生不利影响。随着近年来我国可持续发展战略的积极 实施，环境保护的重要性日益凸显。2006年1月原国家环保总局颁 布的《水电水利建设项目河道生态用水、低温水和过鱼设施环境影响 评价技术指南(试行)》明确表示，对于会造成下游河道减脱水的水 利水电工程，必须下泄一定的生态流量及采取相应的生态流量泄放 保障措施。解决导流隧洞下闸蓄水期的下游脱水断流问题，已成为 水电工程建设的关键技术问题之一。目前对于高度100米以上的高 拱坝工程，为解决导流隧洞下闸蓄水期的下游脱水断流问题，一般 采用以下方案：(一)参见图1至图2，拱坝坝身4与山体3连成一 体，随着拱坝坝身4的不断进展，将来在拱坝坝身4较高高程处施工 中孔5和表孔6作为永久泄流通道，与拱坝坝身4施工相同步的是， 在山体3较低高程部位设置导流隧洞1,2，在拱坝坝身4较低高程部 位专门设置导流底孔7作为生态供水孔，参见图3，现有的导流隧洞 1包括第一侧孔101、第二侧孔102以及将第一侧孔101和第二侧孔 102分开的中墩103，第一侧孔101和第二侧孔102的宽度分别为B， 第一侧孔101、第二侧孔102和中墩103的高度均为H；(二)在导 流隧洞1,2进口闸门后设置断面较小的旁通洞，接入导流隧洞1,2作 为生态供水洞。但这两种措施通常都存在一定的问题和缺点，且布 置困难、投资大，具体原因如下：

对于方案(一)，在坝身4上开设导流底孔7方案，会带来诸多 不利的影响：在高拱坝坝身4较低部位开设孔洞对坝体结构及应力 分布有较大影响，不利坝体安全；导流底孔7及其配套门槽的设置 增加工程量和工程投资；影响坝体混凝土浇筑施工进度，对于将大 坝施工时间进度作为关键线路的工程，将会推迟发电工期，减少发 电效益；导流底孔7下闸时永久启闭设备尚未形成，需增加设置闸 门临时启闭设备8，由图2可以看出，由于坝身4进口一侧为弧面， 闸门临时启闭设备8为平面，在弧面与平面之间存在巨大的空隙， 需要消耗相当多的混凝土，增加了工程造价；由于导流底孔设置在 坝身较低高程部位，需拆除部分上游围堰以具备进流条件，相应增 加工程量和工程投资；

对于方案(二)，采用旁通洞方案，存在以下不利因素：导流隧 洞1,2下闸后水流经旁通洞仍回到导流隧洞1,2下泄，旁通洞开挖及 支护施工工期紧张；当需下泄的生态流量较大时，通过旁通洞进入 导流隧洞的水流条件复杂，对导流隧洞的冲击、气蚀等不利隧洞结 构安全。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种实现 高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序封堵方法，具有避免下闸过 程中下游脱水断流、简化坝体结构、缩短工期、增加发电效益、减少 工程投资的特点。

本发明提供的一种实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分 序封堵方法，包括如下步骤：一、在导流隧洞下闸封堵前的一个枯 水期，从导流隧洞中选择作为生态流量泄水通道的待改造导流隧 洞，选定待改造导流隧洞的第一侧孔，用混凝土封堵第一侧孔下半 孔，抬高第一侧孔孔底高程，缩小第一侧孔孔口高度，保留待改造 导流隧洞的第二侧孔孔口原有尺寸；二、在待改造导流隧洞进口端 分别为第一侧孔和第二侧孔设平板闸门，水库蓄水前，未改造的第 二侧孔首先下闸，利用第一侧孔上半孔孔口向下游供水；三、待水 库水位蓄至可由坝身永久泄洪孔下泄生态流量后，第一侧孔的上半 孔孔口闸门下闸，下闸全过程向下游下泄较大流量，实现下闸过程 不断流。与现有技术方案相比，不需在坝身另设生态流量泄水通 道，通过待改造导流隧洞第一侧孔分期下闸分序封堵，在满足下泄 生态流量的同时，通过逐步缩小泄水通道过水面积，减小最后下闸 的闸门尺寸，提高其动水操作的水头范围，将其所受水压力荷载控 制在现有制造水平所允许的范围之内；同时，无需另建形状为平面 的闸门临时启闭设备，避免因填补巨大的空隙而增加工程量和工程 造价。

在上述技术方案中，所述步骤一中，选择生态流量泄水通道 时，待改造导流隧洞孔底高程比其他导流隧洞的孔底高程高。如果 待改造导流隧洞孔底高程比其他导流隧洞的孔底高程矮，会使通过 待改造导流隧洞的水量大于通过其他导流隧洞的水量，从而增加了 对待改造导流隧洞的改造难度。

在上述技术方案中，所述步骤一中，选择生态流量泄水通道 时，待改造导流隧洞孔口的宽度比其他导流隧洞孔口的宽度小，待 改造导流隧洞孔口的高度比其他导流隧洞孔口的高度小。因为生态 流量不需太大，同时考虑到较小的水量有利于提高待改造导流隧洞 动水操作的水头范围，所以一般选择孔口宽度和高度较小的导流隧 洞作为待改造导流隧洞，而且待改造导流隧洞的孔口宽度和高度越 小越好。

在上述技术方案中，所述步骤一中，封堵第一侧孔下半孔后， 第一侧孔上半孔的高度h为第一侧孔封堵前高度H的一半。将用混 凝土封堵第一侧孔下半孔和第一侧孔上半孔的高度h设计为第一侧 孔封堵前高度H的一半1/2H，既能够保证有足够的生态流量下泄， 又能将下闸的闸门宽度和高度保持在较小的尺度内，以提高其动水 操作的水头范围。

在上述技术方案中，所述步骤一中，从导流隧洞中选择一个作 为待改造导流隧洞。只设置一个待改造导流隧洞可以保证下泄的生 态流量不致太大。

本发明实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序封堵方 法，具有以下有益效果：

1)避免了下游河道脱水断流问题，消除了对下游河道鱼类资源、 工农业生产和生活取水、景观等一系列不利影响，减少对水生生态系 统的影响；

2)避免在在拱坝坝身低高程部位设置导流底孔作为生态供水孔， 改善了坝体结构及应力分布，对坝体结构安全有利；

3)避免导流底孔及其配套门槽的设置影响坝体混凝土浇筑施工 进度，无需布置闸门临时启闭设备，可缩短大坝施工期2～3个月，由 此增加的发电效益十分明显；

4)通过抬高待改造导流隧洞的第一侧孔孔底高程，减小第一侧 孔孔口高度，封堵闸门高度及自重减小，使闸门在高水头条件下动水 操作成为可能；

5)本发明的实施有益于生态保护和环境保护，是对现有水利水 电工程导流隧洞封堵技术进一步的创新成果。

附图说明

图1为现有的高拱坝及其施工结构的结构示意图；

图2为图1中A-A剖面的结构示意图；

图3为图1中导流隧洞的结构示意图；

图4为本发明实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序封 堵方法所涉及的高拱坝及其施工结构的结构示意图；

图5为图4中B-B剖面的结构示意图；

图6为本发明实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序封 堵方法步骤一中所涉及的待改造导流隧洞的结构示意图；

图7为本发明实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序封 堵方法步骤二中所涉及的待改造导流隧洞的结构示意图；

图8为本发明实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序封 堵方法步骤三中所涉及的待改造导流隧洞的结构示意图；

图9为为本发明实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧洞分序 封堵方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施 例不应理解为对本发明的限制。

参见图4至图5，本发明实现高拱坝蓄水期下游不断流的导流隧 洞分序封堵方法，涉及待改造导流隧洞1、其他导流隧洞2、山体 3、坝身4、中孔5和表孔6。

拱坝坝身4与山体3连成一体，随着拱坝坝身4的施工进展，将 来在拱坝坝身4较高高程处施工中孔5和表孔6作为永久泄流通道， 与拱坝坝身4施工相同步的是，在山体3较低高程部位设置待改造导 流隧洞1和其他导流隧洞2。

参见图6至图9，本发明提供的一种实现高拱坝蓄水期下游不断 流的导流隧洞分序封堵方法，包括如下步骤：一、在导流隧洞下闸 封堵前的一个枯水期，从导流隧洞中选择作为生态流量泄水通道的 待改造导流隧洞1，参见图6，选定待改造导流隧洞1的第一侧孔 101，用混凝土封堵第一侧孔101下半孔，抬高第一侧孔101孔底高 程，缩小第一侧孔101孔口高度，减小闸门动水操作水头，保留待 改造导流隧洞1的第二侧孔102孔口原有尺寸；二、在待改造导流隧 洞1进口端分别为第一侧孔101和第二侧孔102设平板闸门，参见图 7，水库蓄水前，未改造的第二侧孔102首先下闸，利用第一侧孔 101上半孔孔口向下游供水；三、待水库水位蓄至可由坝身4永久泄 洪孔下泄生态流量后，参见图8，第一侧孔101的上半孔孔口闸门下 闸，下闸全过程向下游下泄较大流量，实现下闸过程不断流。与现 有技术方案相比，不需在坝身4另设生态流量泄水通道，通过待改 造导流隧洞1第一侧孔101分期下闸分序封堵，在满足下泄生态流量 的同时，通过逐步缩小泄水通道过水面积，减小最后下闸的闸门尺 寸，提高其动水操作的水头范围，将其所受水压力荷载控制在现有 制造水平所允许的范围之内；同时，无需另建形状为平面的闸门临 时启闭设备8，避免因填补巨大的空隙而增加工程量和工程造价。

参见图4，选择生态流量泄水通道时，待改造导流隧洞1孔底高 程比其他导流隧洞2的孔底高程高。如果待改造导流隧洞1孔底高程 比其他导流隧洞2的孔底高程矮，会使通过待改造导流隧洞1的水量 大于通过其他导流隧洞2的水量，从而增加了对待改造导流隧洞1的 改造难度。

参见图4，选择生态流量泄水通道时，待改造导流隧洞1孔口的 宽度比其他导流隧洞2孔口的宽度小，待改造导流隧洞1孔口的高度 比其他导流隧洞2孔口的高度小。因为生态流量不需太大，同时考 虑到较小的水量有利于提高待改造导流隧洞1动水操作的水头范 围，所以一般选择孔口宽度和高度较小的导流隧洞1,2作为待改造导 流隧洞1，而且待改造导流隧洞1的孔口宽度和高度越小越好。

参见图6至图8，现有的待改造导流隧洞1包括第一侧孔101、 第二侧孔102以及将第一侧孔101和第二侧孔102分开的中墩103， 第一侧孔101和第二侧孔102的宽度分别为B，第一侧孔101、第二 侧孔102和中墩103的高度均为H，封堵后第一侧孔101上半孔和下 半孔的宽度仍保持为B，而第二侧孔102的宽度和高度均不变，封堵 第一侧孔101下半孔后，第一侧孔101上半孔的高度h为第一侧孔 101封堵前高度H的一半。将用混凝土封堵第一侧孔101下半孔和第 一侧孔101上半孔的高度h设计为第一侧孔101封堵前高度H的一 半1/2H，既能够保证有足够的生态流量下泄，又能将下闸的闸门宽 度和高度保持在较小的尺度内，以提高其动水操作的水头范围。

参见图4，从导流隧洞中选择一个作为待改造导流隧洞1。只设 置一个待改造导流隧洞1可以保证下泄的生态流量不致太大。

采用本发明技术方案，对金沙江乌东德水电站导流隧洞后期封 堵方案进行了测试。该工程待改造导流隧洞1进口底高程与拱坝坝 身4永久泄洪中孔5底高程高差达58m，在导流隧洞1,2封堵期间处 理下游断流问题上具有典型代表性。由于无需布置闸门临时启闭设 备，大坝施工期缩短了2～3个月，以测试期乌东德水电站第一批两 台机组一个月平均发电量5.4亿KWh计算，提前2个月发电可增加 效益3.67亿元，增加的发电效益十分明显。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不 脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于 本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些 改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知 的现有技术。