費(fèi)勒索夫С.Ю.，工程師

薩揚(yáng)-舒申斯克水電站為重力拱壩，在壩體的泄水部分布置有11孔泄水道，泄水孔尺寸為6.0×8.6米，進(jìn)口高程為479.0米。泄水道首部為有壓泄水口，接下來(lái)是無(wú)壓泄水道，然后，在壩的下游面為開(kāi)敞式泄水槽，泄水槽中水的流速為56.0米/秒，最后將水泄入消力池中。運(yùn)用時(shí)的泄水，其最大可調(diào)節(jié)流量為12870立方米/秒，泄流時(shí)的能量可達(dá)2000萬(wàn)-2500萬(wàn)千瓦。

1985年洪水時(shí)，在下泄流量只有4500立方米/秒，比最大可調(diào)節(jié)流量小得多時(shí)，消力池砼底板發(fā)生了破壞，破壞面積約為85%。維修以后于1988年空泄流量4400立方米/秒，結(jié)果又一次使消力池受到破壞，破壞面積占消力池面積的15%。修復(fù)工作持續(xù)了五年，到1991年才完工。消力池修復(fù)工作共澆注砼9.3萬(wàn)立方米（初始砼量為6.5萬(wàn)立方米，被水流從消力池中沖走砼5.2萬(wàn)立方米），鋼筋用量3145噸，預(yù)應(yīng)力錨300個(gè)（第二期修復(fù)時(shí)）。

從1991年到2006年（16年）通過(guò)泄水道消力池下泄春汛和洪水有9年。在這16年中有7年進(jìn)行了空泄，空泄的時(shí)間都多于30天，其中1994年為58天，2006年為68天。一般，通過(guò)泄水道消力池泄洪都在每年八月到九月。但是，有的年份，從六月開(kāi)始水庫(kù)的蓄水強(qiáng)度受空泄的限制，而不超過(guò)水庫(kù)正常高水位，這樣保持到十月底。當(dāng)泄水道消力池兩次受到破壞時(shí)，修復(fù)工作只能在夏季進(jìn)行。

為了降低通過(guò)泄水道下泄水流的能量，降低下泄水流對(duì)消力池結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用和提高薩揚(yáng)舒申斯克水電站水工建筑物的可靠性，1988年通過(guò)了關(guān)于設(shè)計(jì)和修建隧洞式輔助溢洪道的決定，設(shè)計(jì)泄量為4000-5000立方米/秒。從1991年起規(guī)定了消力池的管理制度，建立了嚴(yán)格的泄水孔口開(kāi)啟順序，包括部分提升閘門(mén)，使下泄水流沿整個(gè)消力池寬能均勻分布。

1990年水工設(shè)計(jì)院中亞分院提出了五個(gè)隧洞式河岸溢洪道方案，列寧格勒水工設(shè)計(jì)院聯(lián)合股份公司提出了三個(gè)隧洞式溢洪道方案。但是，所有這些方案都沒(méi)有回答工程可靠性的要求，原因是：沒(méi)能指出，作用在靠近高壩巖體上的動(dòng)力荷載；沒(méi)能指出，河床沖刷形成沖坑后對(duì)500千伏輸電線的影響。在研究了這些方案之后，確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約8000兆瓦的能量；

要使對(duì)靠近大壩右岸巖體的影響最小；

在采取利用鼻坎—挑板清除下泄水流能量時(shí)，因河床巖基會(huì)產(chǎn)生大的沖刷和形成沖坑，所以在考慮消能時(shí)，不要利用天然河床；

消能結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，要能消除調(diào)整水流帶來(lái)的能量，但又不使砼產(chǎn)生氣蝕；

在隧洞式溢洪道中，無(wú)論下泄任何一種泄水流量，都應(yīng)保證泄水有穩(wěn)定的無(wú)壓水力學(xué)流態(tài)；

在尾水渠下流部分水流處于平靜狀態(tài)下，下泄到葉尼塞河的水流能量，就完全消除。

薩揚(yáng)-舒申斯克水電站建議。采用分散消能方案，這個(gè)方案是利用卡勒羅夫河和卡雷莫夫河的峽谷，用隧洞將下泄水流引至兩河河床，這樣就可以避免沖刷葉尼塞河河床，并能形成擁水。2000年動(dòng)力科學(xué)研究院聯(lián)合股份公司制訂出了河岸溢洪道采用兩河峽谷消能方法：

將下泄水流泄入消能坑中；

采用多級(jí)跌水。

2003年將總設(shè)計(jì)任務(wù)交給了列寧格勒水工設(shè)計(jì)院聯(lián)合股份公司。列寧格勒水工設(shè)計(jì)院聯(lián)合股份公司同水工設(shè)計(jì)院聯(lián)合股份公司和動(dòng)力科學(xué)研究院聯(lián)合股份公司一起完成了補(bǔ)充地質(zhì)勘測(cè)。

在設(shè)計(jì)工作接近完成時(shí)又提出了泄水線路的新建議。包括隧洞出口在內(nèi)的新泄水線路，位于上面提到的兩河峽谷和葉尼塞河右岸坡地之間的山脊上。這個(gè)最終采用的方案使尾沙漠有著更有利的工程地質(zhì)條件，使從隧洞流出的水流進(jìn)入五級(jí)跌水，這對(duì)泄流消能更有利（圖1）。

圖1 五級(jí)跌水，正在澆注消力池砼（原文圖不清，略）

河岸溢洪道建成之后，當(dāng)水庫(kù)蓄水到正常擋水位539.0米之前，應(yīng)保證泄雨洪，并避免抬高薩揚(yáng)佶申斯克水電站上游水位。在這種情況下河岸溢洪道應(yīng)完成它的主要泄洪功能，必須下泄不超過(guò)4000立方米/秒的泄量（不計(jì)通過(guò)電站的流量）。

河岸溢洪道布置在葉尼塞河右岸，發(fā)球主要水工建筑物。河岸溢洪道建筑物包括（圖2）：溢洪道進(jìn)口，兩條無(wú)壓隧洞和尾水段。尾水段包括隧洞出口，跌水和尾水渠。

圖2 薩揚(yáng)舒申斯克水電站河岸溢洪道總體平面布置圖：

1-重力拱壩；2-壩體泄水建筑物；3-河岸溢洪道進(jìn)口段；4-隧洞進(jìn)口嗽口段；5-隧洞；6-連接建筑物（多級(jí)跌水）；7-尾水渠。

河岸溢洪道主要工程量有：

土石方開(kāi)挖量　　　　　　　  538.0萬(wàn)立方米，

土石方量　　　　　　　　　　   56.0萬(wàn)立方米，

澆注鋼筋混凝土量　　　　 59.7萬(wàn)立方米，

水泥灌漿　　　　　　　　　　　10.47萬(wàn)米，

金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)備　　 1133.0噸。

溢洪道進(jìn)口。溢洪道進(jìn)口（圖3）根據(jù)地質(zhì)條件選擇在靠近大壩處。溢洪道進(jìn)口水頭，在水庫(kù)正常水位為539.0米時(shí)，為15米。洪進(jìn)口保證能通過(guò)計(jì)算流量，并能使水流平穩(wěn)流入無(wú)壓隧洞。

進(jìn)口為兩垮，實(shí)用斷面，堰頂高程為524.0米。砼溢洪堰堰頂高5.0米（相對(duì)于進(jìn)水渠渠底高）。每垮泄流能力限定在2000立方米/秒，為此，設(shè)置了胸墻，胸墻底部高程為532.70米。溢洪道進(jìn)口每孔跨度為18米，孔口高9.19米，主閘為門(mén)前布置有平板事故-檢修閘門(mén)，閘門(mén)用移動(dòng)式起重機(jī)啟閉，起重量為2×125/5噸。

圖3 河岸式溢洪道隧洞進(jìn)口

河岸溢洪道進(jìn)口施工的特點(diǎn)是，施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有圍堰，就是說(shuō)進(jìn)口施工期水庫(kù)的水位，低于進(jìn)口施工期要求的水位（二月~六月）。

無(wú)壓隧洞。

無(wú)壓隧洞的主要特征：

斷面形式　  　　　　　　　　　　　　　　　　  槽形，

洞寬　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　 10米，

洞高　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　 12米，

洞長(zhǎng)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1130米，

每條洞允許泄量　　　　　　　　　　　　　  2000立方米/秒，

現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌糙率系數(shù)　　　 0.014。

在隧洞干線坡度為0.0191下，計(jì)算隧洞橫斷面面積。隧洞斷面計(jì)算充水深（水深與洞高比）為h水深/h洞高=0.8。

泄水洞每條洞長(zhǎng)1130米，隧洞縱坡為1.91%。泄水槽樁號(hào)0處的高程為510.52米，泄水槽出口高程為484.99米。

泄水沿?cái)嗝嫘问綖椴坌危瑑魧?/SPAN>10米（從樁號(hào)0+87.61到樁號(hào)11+29.91），洞高12米。拱頂半徑R=5.0米。兩垂直側(cè)墻與洞底的連接圓弧半徑為R=1.0米。隧洞鋼筋混凝土襯砌，側(cè)墻和拱鋼筋混凝土襯砌厚0.6米，水槽底板鋼筋混凝土襯砌厚0.8米。

在泄水洞開(kāi)始段，從樁號(hào)0到樁號(hào)0+87.61隧洞斷面逐漸加寬。這段隧洞有三種類型襯砌，頂拱和側(cè)墻襯砌厚逐級(jí)變化，從1.5米到0.6米。底板襯砌厚度從1.5米到1.0米。

進(jìn)口首部襯砌平緩地與擴(kuò)散段連接。

泄水洞出口布置有：通氣井，有電梯豎井，用以隧洞檢查和維修時(shí)進(jìn)入機(jī)械設(shè)備和材料。冬季時(shí)隧洞出口處用保溫閘板擋著。

泄水洞的施工與開(kāi)敞式河岸溢洪道的施工無(wú)關(guān)，二者互不干擾。為此，利用現(xiàn)有的公路完成泄水洞開(kāi)挖，大約從洞的中間起都靠以公路幫助開(kāi)挖，占整個(gè)洞子開(kāi)挖量的1/4。泄水洞斷面掘進(jìn)用兩級(jí)臺(tái)階開(kāi)挖：掘進(jìn)面上部斷面59.3m2，下部掘進(jìn)面面積81.8m2。隧洞襯砌砼澆注采用移動(dòng)式金屬模板，按下列步驟完成：

側(cè)墻和頂拱同時(shí)澆注砼；

澆注反拱（水槽底板）。

從樁號(hào)0+07.00到樁號(hào)0+13.30段為保留的保護(hù)巖柱，該巖柱將泄水隧洞的地下空間同薩揚(yáng)舒申斯克水電站分開(kāi)。巖柱將于泄水洞首部閘門(mén)安裝完畢后挖除。

連接建筑物。溢洪道連接建筑物位于泄水洞之后。從工程—地質(zhì)條件考慮將連接建筑物置于坡地基巖范圍內(nèi)。就連接建筑物的結(jié)構(gòu)為五級(jí)跌水（圖4）。選擇五級(jí)跌水是考慮了連接建筑物線路的選擇和山體坡地的天然地形。

圖4 連接建筑物軸線斷面圖

1-泄水洞進(jìn)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-消務(wù)池No5；7-尾水渠。

泄水洞出口后的第一級(jí)跌水有兩個(gè)擴(kuò)散的消力池，該消力池用擴(kuò)散的陡坡與泄水洞相連。泄水洞線路為直線，從水力學(xué)角度看這是很有利的。泄水建筑物向河床彎曲段在泄水洞出口消力池范圍，該處會(huì)產(chǎn)生滾動(dòng)水躍。水流水深為第二共軛水深，水流牌平穩(wěn)流態(tài)。多級(jí)跌水寬100米。第一、第二和第三級(jí)消力池都一樣。在消力池后面為溢流墻，溢流墻呈坡形，坡度為1︰1，并與下一個(gè)消力池連接。為了不使溢流墻發(fā)生氣蝕，所以設(shè)置了充氣池。連接建筑物的橫斷面為船塢型結(jié)構(gòu)，兩側(cè)面為砼擋墻，用錨筋將底板固結(jié)在基巖上。

第四級(jí)消力池不同于上面的消力池，有更加平緩的溢流墻。消力池尾部有消力墻，墻頂高程為325.0米，在消力池尾部還布設(shè)有消力墩，呈棋盤(pán)形布置。采用這種結(jié)構(gòu)形式是為了在非洪水期檢查消力池中砼狀態(tài)時(shí)，排干泄中水。消力墻的形式采用擴(kuò)散側(cè)向溢流，這有助于消減港灣泄流水能，并在葉尼塞河處于水位情況下，尾水渠水流都處于平穩(wěn)狀態(tài)。

尾水渠。尾水渠（圖5）為梯形斷面，底寬100米，邊坡1︰2.5。尾水渠高程高于葉尼塞河河床高程，渠底高程為320.0米。尾水渠的線路是這樣的，在泄水水流同河床匯合處的夾角為20°。在尾水渠出口匯入河床處，水流從100米擴(kuò)散至800米，并把流速調(diào)整到達(dá)-5米/秒。

尾水渠邊坡為1︰2.5，用拋石防護(hù)，拋石厚2.0米，拋石為無(wú)級(jí)配聲威塊石，個(gè)別塊石走私達(dá)400毫米。除此，沿整個(gè)尾水渠左岸和360米長(zhǎng)的右岸，用類似石料堆砌在尾水渠邊坡坡腳，形成石垛。石垛橫斷面面積225m2，底部寬4.5米，高7.5米。這種形式的防護(hù)，在泄流過(guò)程中，使尾水渠形成穩(wěn)定的邊坡。

圖5 薩揚(yáng)-舒申斯克水電站河岸式溢洪道

薩揚(yáng)-舒申斯克水電站河岸式溢洪道，按建筑物的工藝施工順序，用5.5年時(shí)間，完成了工程任務(wù)。

河岸式溢洪道工程于2005年3月開(kāi)工建設(shè)，到2010年第三季度完工。工程采用多級(jí)跌水方案，無(wú)論從工程—地質(zhì)條件看，不是從交通運(yùn)輸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，而是將現(xiàn)有的薩揚(yáng)-舒申斯克水電站水工建筑物進(jìn)行了改造，目的是提高這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/秒時(shí)，可保證消力池正常工作。

參考文獻(xiàn)：略譯