俄罗斯：萨扬-舒申斯克水电站辅助河岸式溢洪道的修建

 

费勒索夫С.Ю.，工程师

萨扬-舒申斯克水电站为重力拱坝，在坝体的泄水部分布置有11孔泄水道，泄水孔尺寸为6.0×8.6米，进口高程为479.0米。泄水道首部为有压泄水口，接下来是无压泄水道，然后，在坝的下游面为开敞式泄水槽，泄水槽中水的流速为56.0米/秒，最后将水泄入消力池中。运用时的泄水，其最大可调节流量为12870立方米/秒，泄流时的能量可达2000万-2500万千瓦。

1985年洪水时，在下泄流量只有4500立方米/秒，比最大可调节流量小得多时，消力池砼底板发生了破坏，破坏面积约为85%。维修以后于1988年空泄流量4400立方米/秒，结果又一次使消力池受到破坏，破坏面积占消力池面积的15%。修复工作持续了五年，到1991年才完工。消力池修复工作共浇注砼9.3万立方米（初始砼量为6.5万立方米，被水流从消力池中冲走砼5.2万立方米），钢筋用量3145吨，预应力锚300个（第二期修复时）。

从1991年到2006年（16年）通过泄水道消力池下泄春汛和洪水有9年。在这16年中有7年进行了空泄，空泄的时间都多于30天，其中1994年为58天，2006年为68天。一般，通过泄水道消力池泄洪都在每年八月到九月。但是，有的年份，从六月开始水库的蓄水强度受空泄的限制，而不超过水库正常高水位，这样保持到十月底。当泄水道消力池两次受到破坏时，修复工作只能在夏季进行。

为了降低通过泄水道下泄水流的能量，降低下泄水流对消力池结构的动力作用和提高萨扬舒申斯克水电站水工建筑物的可靠性，1988年通过了关于设计和修建隧洞式辅助溢洪道的决定，设计泄量为4000-5000立方米/秒。从1991年起规定了消力池的管理制度，建立了严格的泄水孔口开启顺序，包括部分提升闸门，使下泄水流沿整个消力池宽能均匀分布。

1990年水工设计院中亚分院提出了五个隧洞式河岸溢洪道方案，列宁格勒水工设计院联合股份公司提出了三个隧洞式溢洪道方案。但是，所有这些方案都没有回答工程可靠性的要求，原因是：没能指出，作用在靠近高坝岩体上的动力荷载；没能指出，河床冲刷形成冲坑后对500千伏输电线的影响。在研究了这些方案之后，确定了河岸式溢洪道的基本要求：

要可靠的清除泄洪水流造成的约8000兆瓦的能量；

要使对靠近大坝右岸岩体的影响最小；

在采取利用鼻坎—挑板清除下泄水流能量时，因河床岩基会产生大的冲刷和形成冲坑，所以在考虑消能时，不要利用天然河床；

消能结构要简单，要能消除调整水流带来的能量，但又不使砼产生气蚀；

在隧洞式溢洪道中，无论下泄任何一种泄水流量，都应保证泄水有稳定的无压水力学流态；

在尾水渠下流部分水流处于平静状态下，下泄到叶尼塞河的水流能量，就完全消除。

萨扬-舒申斯克水电站建议。采用分散消能方案，这个方案是利用卡勒罗夫河和卡雷莫夫河的峡谷，用隧洞将下泄水流引至两河河床，这样就可以避免冲刷叶尼塞河河床，并能形成拥水。2000年动力科学研究院联合股份公司制订出了河岸溢洪道采用两河峡谷消能方法：

将下泄水流泄入消能坑中；

采用多级跌水。

2003年将总设计任务交给了列宁格勒水工设计院联合股份公司。列宁格勒水工设计院联合股份公司同水工设计院联合股份公司和动力科学研究院联合股份公司一起完成了补充地质勘测。

在设计工作接近完成时又提出了泄水线路的新建议。包括隧洞出口在内的新泄水线路，位于上面提到的两河峡谷和叶尼塞河右岸坡地之间的山脊上。这个最终采用的方案使尾沙漠有着更有利的工程地质条件，使从隧洞流出的水流进入五级跌水，这对泄流消能更有利（图1）。

图1 五级跌水，正在浇注消力池砼（原文图不清，略）

河岸溢洪道建成之后，当水库蓄水到正常挡水位539.0米之前，应保证泄雨洪，并避免抬高萨扬佶申斯克水电站上游水位。在这种情况下河岸溢洪道应完成它的主要泄洪功能，必须下泄不超过4000立方米/秒的泄量（不计通过电站的流量）。

河岸溢洪道布置在叶尼塞河右岸，发球主要水工建筑物。河岸溢洪道建筑物包括（图2）：溢洪道进口，两条无压隧洞和尾水段。尾水段包括隧洞出口，跌水和尾水渠。

图2 萨扬舒申斯克水电站河岸溢洪道总体平面布置图：

1-重力拱坝；2-坝体泄水建筑物；3-河岸溢洪道进口段；4-隧洞进口嗽口段；5-隧洞；6-连接建筑物（多级跌水）；7-尾水渠。

河岸溢洪道主要工程量有：

土石方开挖量　　　　　　　  538.0万立方米，

土石方量　　　　　　　　　　   56.0万立方米，

浇注钢筋混凝土量　　　　 59.7万立方米，

水泥灌浆　　　　　　　　　　　10.47万米，

金属结构和机械设备　　 1133.0吨。

溢洪道进口。溢洪道进口（图3）根据地质条件选择在靠近大坝处。溢洪道进口水头，在水库正常水位为539.0米时，为15米。洪进口保证能通过计算流量，并能使水流平稳流入无压隧洞。

进口为两垮，实用断面，堰顶高程为524.0米。砼溢洪堰堰顶高5.0米（相对于进水渠渠底高）。每垮泄流能力限定在2000立方米/秒，为此，设置了胸墙，胸墙底部高程为532.70米。溢洪道进口每孔跨度为18米，孔口高9.19米，主闸为门前布置有平板事故-检修闸门，闸门用移动式起重机启闭，起重量为2×125/5吨。

图3 河岸式溢洪道隧洞进口

河岸溢洪道进口施工的特点是，施工现场没有围堰，就是说进口施工期水库的水位，低于进口施工期要求的水位（二月~六月）。

无压隧洞。

无压隧洞的主要特征：

断面形式　  　　　　　　　　　　　　　　　　  槽形，

洞宽　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　 10米，

洞高　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　 12米，

洞长　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1130米，

每条洞允许泄量　　　　　　　　　　　　　  2000立方米/秒，

现浇钢筋混凝土衬砌糙率系数　　　 0.014。

在隧洞干线坡度为0.0191下，计算隧洞横断面面积。隧洞断面计算充水深（水深与洞高比）为h水深/h洞高=0.8。

泄水洞每条洞长1130米，隧洞纵坡为1.91%。泄水槽桩号0处的高程为510.52米，泄水槽出口高程为484.99米。

泄水沿断面形式为槽形，净宽10米（从桩号0+87.61到桩号11+29.91），洞高12米。拱顶半径R=5.0米。两垂直侧墙与洞底的连接圆弧半径为R=1.0米。隧洞钢筋混凝土衬砌，侧墙和拱钢筋混凝土衬砌厚0.6米，水槽底板钢筋混凝土衬砌厚0.8米。

在泄水洞开始段，从桩号0到桩号0+87.61隧洞断面逐渐加宽。这段隧洞有三种类型衬砌，顶拱和侧墙衬砌厚逐级变化，从1.5米到0.6米。底板衬砌厚度从1.5米到1.0米。

进口首部衬砌平缓地与扩散段连接。

泄水洞出口布置有：通气井，有电梯竖井，用以隧洞检查和维修时进入机械设备和材料。冬季时隧洞出口处用保温闸板挡着。

泄水洞的施工与开敞式河岸溢洪道的施工无关，二者互不干扰。为此，利用现有的公路完成泄水洞开挖，大约从洞的中间起都靠以公路帮助开挖，占整个洞子开挖量的1/4。泄水洞断面掘进用两级台阶开挖：掘进面上部断面59.3m2，下部掘进面面积81.8m2。隧洞衬砌砼浇注采用移动式金属模板，按下列步骤完成：

侧墙和顶拱同时浇注砼；

浇注反拱（水槽底板）。

从桩号0+07.00到桩号0+13.30段为保留的保护岩柱，该岩柱将泄水隧洞的地下空间同萨扬舒申斯克水电站分开。岩柱将于泄水洞首部闸门安装完毕后挖除。

连接建筑物。溢洪道连接建筑物位于泄水洞之后。从工程—地质条件考虑将连接建筑物置于坡地基岩范围内。就连接建筑物的结构为五级跌水（图4）。选择五级跌水是考虑了连接建筑物线路的选择和山体坡地的天然地形。

图4 连接建筑物轴线断面图

1-泄水洞进口首部；2-泄水洞；3-泄水洞出口部分；4-出口消力池No1；5-消力池No2、3、4；6-消务池No5；7-尾水渠。

泄水洞出口后的第一级跌水有两个扩散的消力池，该消力池用扩散的陡坡与泄水洞相连。泄水洞线路为直线，从水力学角度看这是很有利的。泄水建筑物向河床弯曲段在泄水洞出口消力池范围，该处会产生滚动水跃。水流水深为第二共轭水深，水流牌平稳流态。多级跌水宽100米。第一、第二和第三级消力池都一样。在消力池后面为溢流墙，溢流墙呈坡形，坡度为1︰1，并与下一个消力池连接。为了不使溢流墙发生气蚀，所以设置了充气池。连接建筑物的横断面为船坞型结构，两侧面为砼挡墙，用锚筋将底板固结在基岩上。

第四级消力池不同于上面的消力池，有更加平缓的溢流墙。消力池尾部有消力墙，墙顶高程为325.0米，在消力池尾部还布设有消力墩，呈棋盘形布置。采用这种结构形式是为了在非洪水期检查消力池中砼状态时，排干泄中水。消力墙的形式采用扩散侧向溢流，这有助于消减港湾泄流水能，并在叶尼塞河处于水位情况下，尾水渠水流都处于平稳状态。

尾水渠。尾水渠（图5）为梯形断面，底宽100米，边坡1︰2.5。尾水渠高程高于叶尼塞河河床高程，渠底高程为320.0米。尾水渠的线路是这样的，在泄水水流同河床汇合处的夹角为20°。在尾水渠出口汇入河床处，水流从100米扩散至800米，并把流速调整到达-5米/秒。

尾水渠边坡为1︰2.5，用抛石防护，抛石厚2.0米，抛石为无级配声威块石，个别块石走私达400毫米。除此，沿整个尾水渠左岸和360米长的右岸，用类似石料堆砌在尾水渠边坡坡脚，形成石垛。石垛横断面面积225m2，底部宽4.5米，高7.5米。这种形式的防护，在泄流过程中，使尾水渠形成稳定的边坡。

图5 萨扬-舒申斯克水电站河岸式溢洪道

萨扬-舒申斯克水电站河岸式溢洪道，按建筑物的工艺施工顺序，用5.5年时间，完成了工程任务。

河岸式溢洪道工程于2005年3月开工建设，到2010年第三季度完工。工程采用多级跌水方案，无论从工程—地质条件看，不是从交通运输措施看都是最合理的。

修建河岸式溢洪道并非建成了一座新的工程，而是将现有的萨扬-舒申斯克水电站水工建筑物进行了改造，目的是提高这些水工建筑物的可靠性和安全性。河岸式溢洪道在下泄流量4000立方米/秒时，可保证消力池正常工作。

参考文献：略译