喀麦隆曼维莱水电站运行期溢洪道消力池检修方案研究

常玉龙+++郭强

摘 要：曼维莱水电站工程位于喀麦隆南部恩特姆流域原始森林地区，主要任务是发电。电站拦河坝泄水建筑物采用底流消能方式，重点介绍了消力池建筑物的运行期检修方案及功能特点。

关键词： 溢洪道；消力池；检修

1 主溢洪道布置简介

喀麦隆曼维莱水电站主溢洪道及泄洪冲沙闸共计6孔，其中泄洪冲沙闸1孔、主溢洪道5孔，孔口净宽均为11.0m，均为开敞式布置，采用底流消能方式。下游消力池池深1.0m，池长55.0m，池底高程为369.8m，末段设端槛，与消力池末段底板连成一体，槛顶高程为370.8m，消力池底板水流方向共分三段，上游第一段底板厚度为2.0m，其余均为1.5m。泄洪冲沙闸闸及主溢洪道消力池下游设厚为0.8m的钢筋混凝土海漫，以消减出池水流的余能。海漫长15m，平面总宽度为83.0m，海漫底高程为370.8m，海曼末端设深3.5m的防冲齿墙。在海漫末端设深3.5m、底宽2.0m的防冲槽，其底高程为367.3m，并以1：4坡度与底高程为375.5m的下游尾水河道平顺连接。防冲槽斜坡段水平长18.8m。

2 检修时机安排及检修期洪水标准

2.1 检修时机选择

曼维莱水电站所处的恩特姆河河流域位于赤道地带，全年分为四个季节，两个雨季和两个旱季。随旱、雨季交替变化，恩特姆河径流全年分为两个汛期和两个枯水期，每年1～3月为枯水期，4～6月为丰水期，7～8月为枯水期，9～12月为丰水期。两个枯水期施工洪水见表1。

由以上水文资料可知，恩特姆河径流全年存在两个枯水期，分别为3个月和2个月。一般情况下，消力池检查和检修的主要工作内容如下：

填筑临时围堰形成检修基坑；

基坑排水；

清除基坑内淤积物；

对消力池混凝土进行检查，若混凝土冲蚀破坏，对混凝土进行修复处理；

若消力池排水孔发生堵塞，对排水孔进行疏通或者重新钻设；

检修完成，拆除临时围堰。

以上工作相对较为简单，工作量不大，在较为充分的准备和合理的组织下，可以在任一个枯水期内完成，考虑到1～3月枯水期时段较长、相同洪水标准的洪峰流量小，为了获得较长的施工时段及发生超标准洪水时较长的撤离时间，选择在1～3月枯水期内检修。

2.2 检修期洪水标准

工程运行期主溢洪道及泄洪冲沙闸消力池检修洪水标准，采用枯水期1～3月份10年一遇月平均流量，相应流量为220m3/s。

3 检修方案及选择

3.1 检修方案一

在消力池原布置的基础上，消力池内增加顺水流方向隔墙，隔墙上游接闸墩，下游延伸至海漫段末端，总长63.0m。

隔墙布置于中间闸墩下游侧，隔墙将消力池分割为左右两部分，隔墙右侧为3孔溢洪道，隔墙左侧为2孔溢洪道+1孔泄洪冲沙闸。隔墙顶高程383.0m，与两侧岸坡顶高程同高。

运行期若要检修消力池时，在需检修的那部分消力池下游侧临时构筑围堰，围堰与隔墙及岸坡共同构成消力池检修的下游侧挡水体系。

采用水泵排除检修基坑内积水后进行消力池检修施工。

3.2 检修方案二

考虑将右岸主河槽上的辅助溢洪道进行改造，改造的具体措施是在辅助溢洪道堰顶设置为易拆除、易恢复的堰顶结构，使得在主溢洪道及泄洪冲沙闸消力池检修期泄放设计检修洪水220m3/s。

3.3 检修方案选择

两检修方案优缺点对比如下：

（1）经估算，隔墙检修方案需要额外增加投资约140万美元，而对辅助溢洪道进行改造则无需增加额外工程措施。从投资角度考虑，辅助溢洪道改造方案优。

（2）从加速一期基坑内建筑物的施工进度考虑，降低工程进度压力角度考虑，辅助溢洪道改造检修方案较优。

（3）若考虑对主溢洪道及泄洪冲沙闸下游河道进行疏浚情况，辅助溢洪道改造检修方案所需要的疏浚规模也远小于隔墙检修方案。

综上，最终选择采用辅助溢洪道改造检修方案来实现主溢洪道及泄洪冲沙闸下游消力池的检修。

4 检修方案设计

主溢洪道及泄洪冲沙闸下游消力池检修措施主要包括以下三部分内容：

（1）检修期水库泄洪通道：检修期水库泄洪（检修标准之内的洪水）从辅助溢洪道结构上进行解决，即将辅助溢洪道溢流堰堰顶以下1.0m高度范围内（高程391.0m以上）设计为易拆除、易恢复的堰顶结构，主溢洪道消力池检修前，开启主溢洪道闸门，将库水位降至391.0m以下，然后拆除辅助溢洪道堰顶（见图1），关闭主溢洪道闸门，上游来水全部由辅助溢洪道下泄。

（2）检修工作面挡水围护：检修期间，消力池上游由主溢洪道及泄洪冲沙闸闸门挡水，消力池下游修建临时土石水围堰挡水，与两岸地形形成封闭区域；排除检修工作面积水，形成干地检修施工条件，对主溢洪道及泄洪冲沙闸消力池进行检修。

（3）辅助溢洪道堰顶结构恢复：消力池检修完毕后，洪水由主溢洪道下泄，且枯水位控制在390.5m以下，进行溢流堰顶恢复施工。

（4）检修期超标准洪水应对措施：检修期间，检修标准内洪水通过辅助溢洪道下泄。当发生超检修标准洪水，且库水位上涨至392.7m时（闸门顶高程392.8m），开启主溢洪道闸门泄洪，此前在库水位达到392.0m时，开始撤离检修工作面的人员和机械。

4.1 辅助溢洪道堰顶拆除高度确定及结构设计

在消力池检修期间，入库洪水由辅助溢洪道下泄。辅助溢洪道为开敞式（无闸门），溢流堰顶高程与水库正常蓄水位相同，为392.0m。主溢洪道闸门顶高程392.8m，为使主溢洪道消力池检修期间库水不翻过闸门顶，低于枯水期10年一遇月平均入库洪水需由辅助溢洪道下泄，并使库水位控制在392.5m以下。为此，辅助溢洪道顶部需局部拆除，经计算拆除高度为1.0m，拆除底高程391.0m。

辅助溢洪道在消力池检修期间需将堰顶局部拆除，检修完成后需恢复至原高程。因此，堰顶需设计成易拆除、易恢复的结构。

4.2 检修临时挡水围堰设计

临时挡水围堰布置于消力池干砌石护坡及抛石下游侧，基本与基坑施工期一期下游围堰位置重合。

检修期（1～3月）10年一遇月平均流量为220m3/s，全部通过辅助溢洪道下泄，挡水围堰堰顶高程可根据右支主河槽水位流量关系和一期导流期间实测水文资料综合确定。鉴于下游围堰处所立水尺最小读数为380.0m，即380.0m为一期导流期间所记录的最低水位。本着留有余地的原则，检修期挡水围堰堰前水位按380.0m设计。与一期施工导流围堰设计一致，考虑安全超高、风雍水面高和波浪爬高，堰顶高程取381.0m。

5 发生超标准洪水的应急预案

5.1 超标洪水发生时的反应时间计算

为了保证检修施工人员及设备安全，当库水位上升至392.0m时（该水位时辅助溢洪道下泄流量220m3/s，为1～3月10年一遇月平均流量），施工人员及设备开始撤离，当库水位上升至392.7m时，打开主溢洪道闸门开使泄洪。

当发生超标准洪水时，水位自施工人员撤离警戒水位392.0m逐步上涨，达到392.7m时主溢洪道开闸泄水。库水位自392.0m上涨到392.7m的时间即为发生超标准洪水的反应时间。

超标准洪水发生时的反应时间应采用调洪计算确定，但鉴于恩特姆河无枯水期洪水过程线历史记录资料，本着留有余地的原则，采用超标洪水发生时的洪峰流量进行计算，相邻库水位间辅助溢洪道泄流能力取其平均值近似计算，通过蓄水量计算出水位上涨的洪水历时。起算水位为392.0m，计算得各频率超标洪水发生时的反应时间见表2。

由上述上算可知，当检修期发生20年一遇和50年一遇超标准洪水时，撤离反应时间分别为7.54h和4.35h，检修工作面的人员和机械在该时间内可以撤离。

5.2 发生超标准洪水的应对措施

超标洪水发生时，密切监测库水位和来水流量的变化，当库水位达到392.0m时，立即开始撤离主溢洪道维修基坑内的施工机械和人员，如上游来水流量回落，必须待水位降至392.0m以下时方可重新开始施工；如上游来水流量继续增大，水位即将上升至392.7m前开启主溢洪道闸门泄流，待上游来水流量降至220m3/s以下时方可下闸挡水，并重新填筑挡水围堰，按原施工程序重启检修施工。

6 结束语

对于国外咨询工程师提出的泄水建筑物消力池检修要求，通过巧妙地对其他建筑物进行适当的改造处理，即可满足消力池的检修要求，不仅节约了工程投资，还加快了工程施工进度，对于类似工程的设计具有较大的参考价值。

作者简介：常玉龙（1974-），男，甘肃靖远人，高级工程师，从事水利水电工程设计工作。

郭强（1977-），男，湖北宜昌人，高级工程师，从事水利水电工程设计工作。