喀麥隆曼維萊水電站運行期溢洪道消力池檢修方案研究

常玉龍+++郭強

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，主要任務是發電。電站攔河壩泄水建筑物采用底流消能方式，重點介紹了消力池建筑物的運行期檢修方案及功能特點。

關鍵詞： 溢洪道；消力池；檢修

1 主溢洪道布置簡介

喀麥隆曼維萊水電站主溢洪道及泄洪沖沙閘共計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，均為開敞式布置，采用底流消能方式。下游消力池池深1.0m，池長55.0m，池底高程為369.8m，末段設端檻，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15m，平面總寬度為83.0m，海漫底高程為370.8m，海曼末端設深3.5m的防沖齒墻。在海漫末端設深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18.8m。

2 檢修時機安排及檢修期洪水標準

2.1 檢修時機選擇

曼維萊水電站所處的恩特姆河河流域位于赤道地帶，全年分為四個季節，兩個雨季和兩個旱季。隨旱、雨季交替變化，恩特姆河徑流全年分為兩個汛期和兩個枯水期，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。兩個枯水期施工洪水見表1。

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

填筑臨時圍堰形成檢修基坑；

基坑排水；

清除基坑內淤積物；

對消力池混凝土進行檢查，若混凝土沖蝕破壞，對混凝土進行修復處理；

若消力池排水孔發生堵塞，對排水孔進行疏通或者重新鉆設；

檢修完成，拆除臨時圍堰。

以上工作相對較為簡單，工作量不大，在較為充分的準備和合理的組織下，可以在任一個枯水期內完成，考慮到1～3月枯水期時段較長、相同洪水標準的洪峰流量小，為了獲得較長的施工時段及發生超標準洪水時較長的撤離時間，選擇在1～3月枯水期內檢修。

2.2 檢修期洪水標準

工程運行期主溢洪道及泄洪沖沙閘消力池檢修洪水標準，采用枯水期1～3月份10年一遇月平均流量，相應流量為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上，消力池內增加順水流方向隔墻，隔墻上游接閘墩，下游延伸至海漫段末端，總長63.0m。

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

運行期若要檢修消力池時，在需檢修的那部分消力池下游側臨時構筑圍堰，圍堰與隔墻及岸坡共同構成消力池檢修的下游側擋水體系。

采用水泵排除檢修基坑內積水后進行消力池檢修施工。

3.2 檢修方案二

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

3.3 檢修方案選擇

兩檢修方案優缺點對比如下：

（1）經估算，隔墻檢修方案需要額外增加投資約140萬美元，而對輔助溢洪道進行改造則無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。

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

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

綜上，最終選擇采用輔助溢洪道改造檢修方案來實現主溢洪道及泄洪沖沙閘下游消力池的檢修。

4 檢修方案設計

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容：

（1）檢修期水庫泄洪通道：檢修期水庫泄洪（檢修標準之內的洪水）從輔助溢洪道結構上進行解決，即將輔助溢洪道溢流堰堰頂以下1.0m高度范圍內（高程391.0m以上）設計為易拆除、易恢復的堰頂結構，主溢洪道消力池檢修前，開啟主溢洪道閘門，將庫水位降至391.0m以下，然后拆除輔助溢洪道堰頂（見圖1），關閉主溢洪道閘門，上游來水全部由輔助溢洪道下泄。

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

（3）輔助溢洪道堰頂結構恢復：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，進行溢流堰頂恢復施工。

（4）檢修期超標準洪水應對措施：檢修期間，檢修標準內洪水通過輔助溢洪道下泄。當發生超檢修標準洪水，且庫水位上漲至392.7m時（閘門頂高程392.8m），開啟主溢洪道閘門泄洪，此前在庫水位達到392.0m時，開始撤離檢修工作面的人員和機械。

4.1 輔助溢洪道堰頂拆除高度確定及結構設計

在消力池檢修期間，入庫洪水由輔助溢洪道下泄。輔助溢洪道為開敞式（無閘門），溢流堰頂高程與水庫正常蓄水位相同，為392.0m。主溢洪道閘門頂高程392.8m，為使主溢洪道消力池檢修期間庫水不翻過閘門頂，低于枯水期10年一遇月平均入庫洪水需由輔助溢洪道下泄，并使庫水位控制在392.5m以下。為此，輔助溢洪道頂部需局部拆除，經計算拆除高度為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，檢修完成后需恢復至原高程。因此，堰頂需設計成易拆除、易恢復的結構。

4.2 檢修臨時擋水圍堰設計

臨時擋水圍堰布置于消力池干砌石護坡及拋石下游側，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，全部通過輔助溢洪道下泄，擋水圍堰堰頂高程可根據右支主河槽水位流量關系和一期導流期間實測水文資料綜合確定。鑒于下游圍堰處所立水尺最小讀數為380.0m，即380.0m為一期導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設計。與一期施工導流圍堰設計一致，考慮安全超高、風雍水面高和波浪爬高，堰頂高程取381.0m。

5 發生超標準洪水的應急預案

5.1 超標洪水發生時的反應時間計算

為了保證檢修施工人員及設備安全，當庫水位上升至392.0m時（該水位時輔助溢洪道下泄流量220m3/s，為1～3月10年一遇月平均流量），施工人員及設備開始撤離，當庫水位上升至392.7m時，打開主溢洪道閘門開使泄洪。

當發生超標準洪水時，水位自施工人員撤離警戒水位392.0m逐步上漲，達到392.7m時主溢洪道開閘泄水。庫水位自392.0m上漲到392.7m的時間即為發生超標準洪水的反應時間。

超標準洪水發生時的反應時間應采用調洪計算確定，但鑒于恩特姆河無枯水期洪水過程線歷史記錄資料，本著留有余地的原則，采用超標洪水發生時的洪峰流量進行計算，相鄰庫水位間輔助溢洪道泄流能力取其平均值近似計算，通過蓄水量計算出水位上漲的洪水歷時。起算水位為392.0m，計算得各頻率超標洪水發生時的反應時間見表2。

由上述上算可知，當檢修期發生20年一遇和50年一遇超標準洪水時，撤離反應時間分別為7.54h和4.35h，檢修工作面的人員和機械在該時間內可以撤離。

5.2 發生超標準洪水的應對措施

超標洪水發生時，密切監測庫水位和來水流量的變化，當庫水位達到392.0m時，立即開始撤離主溢洪道維修基坑內的施工機械和人員，如上游來水流量回落，必須待水位降至392.0m以下時方可重新開始施工；如上游來水流量繼續增大，水位即將上升至392.7m前開啟主溢洪道閘門泄流，待上游來水流量降至220m3/s以下時方可下閘擋水，并重新填筑擋水圍堰，按原施工程序重啟檢修施工。

6 結束語

對于國外咨詢工程師提出的泄水建筑物消力池檢修要求，通過巧妙地對其他建筑物進行適當的改造處理，即可滿足消力池的檢修要求，不僅節約了工程投資，還加快了工程施工進度，對于類似工程的設計具有較大的參考價值。

作者簡介：常玉龍（1974-），男，甘肅靖遠人，高級工程師，從事水利水電工程設計工作。

郭強（1977-），男，湖北宜昌人，高級工程師，從事水利水電工程設計工作。