青龙水电站放空洞设计及借鉴作用

李正良

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 400007）

1 工程概况

青龙水电站位于湖北恩施州新塘乡，距恩施市约120 km，是马尾沟流域的第二级电站，坝址以上控制流域面积208 km2，正常蓄水位735.00 m，相应水库库容2 830万m3，总库容2 939万m3，具有年调节能力；电站装机容量为40 MW，多年平均发电量为1.119亿kW·h，为Ⅲ等中型工程。

2 工程水文、地形地质

2.1 水 文

马尾沟流域属温带季风气候区，年平均气温（15～17）℃，7、8 月份气温最高，一般为（27～30）℃，12、1 月份气温最低，一般为（2～8）℃，流域受季风影响，冬季多北风，夏季多南风，平均风力在2级以上。马尾沟流域属鄂西暴雨区，雨量丰沛，多年平均降雨量1 558.7 mm，雨量年内分配不均，主要集中在6～9月。

坝址多年平均流量7.31 m3/s，多年平均径流总量2.31亿m3。多年平均含沙量为0.390 kg/m3，多年平均侵蚀模数为432.4 t/km2，多年平均悬移质输沙量8.99万t，多年平均推移质输沙量为1.35万t。

2.2 地形地质

坝址区位于纸场沟至墨斗池之间长约0.6 km的河段，河道弯曲，谷底最低高程613 m。岸坡基岩裸露，坝址区两岸山体陡峻，河谷呈“U”型；坝址区出露地层较为简单，与建坝工程密切相关的断层有F16以及左岸蓼叶潭危岩体上游 （10～60）m范围内双河桥向斜核部断层密集带，裂隙主要为垂直层面的顺河向卸荷裂隙，裂隙多充填方解石脉，延伸不长，岩体完整性中等，具有中等强度。地质条件较好，可作为拱坝或重力坝坝基。

左岸引水线路进水口位于坝址左岸蓼叶潭陡崖下，大坝上游70 m，线路长5.36 km，沿线地势南高北低，高程多在（600～1 500）m 之间，相对高差（500～1 000）m，为中山地貌，部分洞段埋深大于300 m，最深逾700 m，沿线未跨冲沟。

3 工程布置

大坝布置马尾沟流域新塘乡阴沙潭处，在田家河汇入口上游约1.3 km，为碾压混凝土双曲拱坝，坝顶高程737.7 m，河床建基面高程598.0 m，最大坝高139.7 m。采用坝身布置3孔10 m×7 m（宽×高）溢流表孔。消能方式为挑流、二道坝水垫塘消能，二道坝布置在拱坝下游约185 m处，溢流宽度30 m，两岸为重力坝，坝顶长度46 m。

左岸发电引水隧洞总长约5.6 km，洞径3.2 m，进水口布置竖井式拦污栅和检修闸门。调压井布置在厂房后山坡760 m高程平台上，采用简单圆筒式，圆筒内径10 m，高度为74 m。

厂房距大坝约6.9 km，左岸地面厂房，主厂房（含安装场）平面尺寸为 37.86 m×15.9 m（长×宽），左端安装场长13.38 m，布置2台混流机组，装机40 MW。转轮直径1.65 m，安装高程488.9 m，发电机层和安装场地面高程497.7 m，主厂房上游侧布置副厂房，副厂房左端布置GIS楼。

导流洞布置在左岸，进水口在左坝肩上游约50 m，底高程618.00 m，出口底板高程614.3 m全长289.2 m，城门洞型4.8 m×5.1 m，过水流量为226 m3/s，全年过水围堰，挡水流量226 m3/s。放空洞布置在左岸引水隧洞进口上游约44 m，长100 m。

4 放空洞设计

本工程大坝高达139.7m，水库正常库容为2 830万m3，为确保非常情况下的大坝和下游的安全，设置放空洞，为节省工程造价，放空洞结合导流洞布置。

放空洞进口布置在引水隧洞进口上游约44 m，进口高程670.0 m,设置竖井式工作闸门和检修闸门，尺寸均为2.0 m×2.0 m（宽×高），闸门中心线相距2.5 m，门槽宽0.6 m×深0.5 m，闸门竖井开挖尺寸6.0 m×4.0 m（长×宽），工作闸门后设置一直径0.6 m的通气孔，工作闸门和检修闸门分别采用630 kN和160 kN卷扬机启闭，启闭平台高程742.7 m，布置在6 m×10.0 m（宽×高）的城门洞形隧洞内，通过交通洞与拱坝坝顶公路相连，交通洞断面为6.0 m×7.1 m（宽×高）的城门洞形。放空洞分上平段和下平段，上平段在闸门竖井前采用2.0 m×2.0 m（宽×高）的矩形断面，闸门竖井后采用圆形断面，开挖断面直径2.6 m，衬砌后断面1.8 m；下平段利用导流洞，开挖断面城门洞型6.3 m×6.65 m（宽×高），衬砌后尺寸 4.8 m×5.1 m（宽×高）；上下平段用约51 m高的竖井连接，断面1.8 m。

水库放空时，大坝溢流表孔堰顶高程728.0 m以上水库库容通过溢流表孔下泄，728.0 m高程以下库容通过放空洞下泄。经计算放空洞最大下泄流量约57 m3/s，水库放空时间约6天，可通过放空洞工作闸门适当控制放空速度。

5 设计优化

工程坝址区河床狭窄，两侧山体陡峻，枯季河水位高程 618.0 m 左右，水面宽仅（15～30）m，施工场地布置困难。导流洞先期进行施工时未同时进行放空洞施工。工程截流后，左岸施工道路截断，峭壁上无法重新开辟新的道路，放空洞进水口处于回水区，施工平台无法形成，也无法出渣。坝肩、坝基开挖，引水隧洞进水口施工、放空洞施工互相干扰，大规模施工难以展开。放空洞启闭平台通过左岸进水口控制平台交通进行施工，竖井高度达70 m以上，施工难度极大。58 m高的水头，闸门启闭设备要求高，后期运行、维护难度较大。

为了减少施工干扰，避免放空洞竖井及放空洞挖施工，对放空洞进行了优化设计。放空洞采用混凝土放空竖井结合导流洞设计，放空竖井依山而建，直径1.8 m，混凝土钢衬结构，于导流洞闸门之后与导流洞结合，放空竖井由封孔塞、封井盖、竖井组成，井顶高程640.80 m，蓄水时封堵导流洞闸门，移动启吊设备放下封井盖及封孔塞。放空时，大坝溢流表孔放空至728.0 m高程，启吊设备通过坝顶至左岸进水口启闭平台交通洞，运行至导流洞进水口上方的启吊平台，通过预留的钢丝绳先拔出封孔塞平衡竖井压力，然后起吊封井盖，放空至640.80 m高程。采用此种方式，结构简单，施工方便无干扰，节约工期节约投资。竖井结构见附图。

附图 放空竖井平面布置图

6 借鉴意义

青龙电站放空洞采用放空竖井结合导流洞设计，避免了放空洞洞挖、控制竖井开挖，减少了工作闸门、检修闸门及启闭设备等，避开了施工布置上的重叠及大坝开挖、引水隧洞施工干扰，节约了工期。放空竖井结构简单，运行方便。

我国水电开发西移，地质、交通条件越来越差，放空竖井与导流洞结合的设计在投资、施工布置、工期方面具有重要的借鉴意义。