虹吸管在錦屏二級進水口工程中的應用

吳曉偉,陳 平

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司,成都,610091)

1 工程概況

錦屏二級水電站進水口工程圍堰為過水圍堰,圍堰堰頂高程 1641m,基坑底板高程1616m,上下高差25m,若讓洪水自然過流,必然會對圍堰的安全穩定造成影響,甚至發生破壞。為避免圍堰過水時堰體兩側水位差及洪水沖刷等對圍堰的危害,確保2010年汛期圍堰安全度汛,在江水漫過圍堰堰頂前達到1638m高程時,采取措施向基坑內充水,將基坑內水位充至與江水面高程相當,然后使江水自然漫過圍堰,以保護圍堰的安全。

向基坑內進行充水,原設計采用大功率水泵進行,考慮到使用水泵充水存在較多不利影響,如基坑沖水前須撤出圍堰及基坑內的所有施工設備,其施工電源布置不方便,基坑充水完成后無法撤出抽水泵等等。經過比較,采用虹吸管方式向基坑充水,消除了受其他設備的干擾影響,且該方式施工便捷、投入少。

2 虹吸管設計

2.1 基坑充水量計算

按照基坑充水高程至1637.5m計算沖水量,基坑1616.0m～1637.5m高程蓄水量為 12萬m3,1#～4#引水隧洞事故閘門前0+002.00m～0+100.00m段蓄水量為5.70萬m3,基坑充水至1637.5m高程時總蓄水量為17.70萬m3。

2.2 虹吸管選型

由于雅礱江進入主汛期后江水上漲較快,為避免基坑未充滿洪水已漫過堰頂,要求基坑度汛警戒水位為1638m。江水達到此高程時,所有施工人員及設備立即撤離,四扇事故閘門下閘,開始向基坑內充水,計劃2天時間將基坑水位充至1637.5m高程。

虹吸管采用DN250、DN400兩種型號鋼管,管路流速按照經濟流速2.5m/s計算,結合現場實際情況,兩種型號的鋼管分別布置3根、2根,兩天時間虹吸管吸水量可到17.21萬m3。即采用3根DN250和2根DN400兩種型號鋼管作為虹吸管,在兩天時間內可將基坑內水位充至1637.5m高程。

3 虹吸管的施工布置及工作原理

虹吸鋼管均采用標準節鋼管,單根長6m,管間采用法蘭盤連接,鋼管連接要求密封,每根虹吸管進出口段均設置排空氣閥,出水口安裝止水閥。排空氣閥與大氣連通,在圍堰迎水坡面1637.0m高程開始布置虹吸管進水口。為保證圍堰背水坡面漿砌石不被沖刷,虹吸鋼管跨過圍堰頂順著背水坡面至1629.0m高程,出水口低于攔污柵墩前斜坡護面混凝土頂面1m。虹吸管布置示意見圖1。

圖1 虹吸管布置示意

虹吸管安裝就位后出口止水閥處于關閉狀態,排空氣閥1關閉,排空氣閥2打開,排空氣閥2與真空泵連接。江水位達到警戒水位后,虹吸管進口低于江水面,開啟真空泵將管內空氣排出,利用真空原理將管內充滿水,打開出水口止水閥開始向基坑充水。當出現沖刷圍堰或其它情況要求停止虹吸時,開啟虹吸管頂部的進氣閥門,使空氣進入虹吸管中停止虹吸運行,同時關閉出口處止水閥封堵虹吸管。重復上述操作可再次進行虹吸充水。

4 結語

2010年5月中旬錦屏進入主汛期,江水開始上漲,進水口基坑開挖及支護于5月底完成施工,基坑充水設施安裝就緒,具備事故閘門下閘基坑充水條件。進水口圍堰處雅礱江水位于6月4日達到警戒水位1638m高程,基坑施工人員和設備迅速完成撤離,當天中午12時開始向基坑充水。通過觀測,充水情況正常,6月5日8時充水至1628m高程,計算得出實際充水速度與預計相當,安全監測顯示進水口圍堰穩定,未出現變形現象。安排繼續充水,基坑水位于6月6日凌晨1時充至預計高程1637.5m。整個充水過程比較順利,虹吸管淹沒于水中,下半年汛后作為基坑抽排水管路使用。