长管设计的体形优化方案

经过1995年2～8月的水力学试验研究,推荐的长管方案见图6.18和图6.19。

图6.18　长管推荐方案中部4～19号底孔剖面

(注:高程、桩号单位:m,尺寸单位:cm)

(1)进口底高程和孔口尺寸的选择。进口底高程对上游低水位泄流能力影响很大,因此对截流落差的影响比较感敏。在设计流量9010m3/s时满足截流落差小于3.5m的前提下,尽量抬高进口底高程,以利于减少泥沙和围堰残渣进入底孔造成磨损,并有利于改善流态。

清华大学对底孔长管方案的进口底高程、出口面积作了比较试验[25]。图6.20为四种试验方案曲线,A、B与C、D方案进口底高程不同,A、D与B、C方案孔口尺寸不同,在下游水位较低时,孔口高程对截流落差影响很大;当下游水位高于67.5m以上时,高程影响减小,孔口尺寸影响加大。实际上,受葛洲坝发电水位控制,三斗坪水位约在66.5m,孔口尺寸为6.0m×8.5m时,进口底高程56.0m较为合适。显然,长管方案由于有压段较长,摩阻损失较大,比起短有压管方案,进口底高程略低、孔口尺寸略大是合理的。

图6.19　长管推荐方案两侧底孔剖面(www.xing528.com)

(注:高程、桩号单位:m,尺寸单位:cm;出口虚线为1号和22号底孔反弧段体型,出口实线为2号、3号、20号和21号底孔反弧段体型)

图6.20　底孔长管方案截流落差试验曲线

(注:ΔZ为上游水位与三斗坪水位差,未记入上下游拆余围堰的影响)

经各单位试验优化,设计院决定对中部4～19号孔进口底高程选用56.0m;为了克服两侧导墙和回流产生的影响,将两侧边孔1～3号和20～22号孔进口底高程选定为57.0m。

(2)关于事故门槽的位置和孔口高度。事故门槽的位置取决于结构布置,为了减少对坝体的削弱,尽量与深孔门槽和深孔弧门埋件二期混凝土错开,设计选在20+009m桩号位置。事故门槽处孔口的高度愈大,愈有利于降低孔内平均流速,减小泥沙磨损和改善水流空化特性,但增加了结构方面的困难和工程费用。综合考虑,选定门槽处孔口高度为12.0m比较有利,其断面平均流速为22.8m/s。

(3)明流段鼻坎高程和挑角研究。大量试验说明,截流工况和135.0m水位发电度汛工况,对鼻坎高程和挑角要求不同。截流时,由于水头较低,若采用较大的挑角,在反弧内形成淹没旋滚,降低泄流能力,增大截流落差;而在135.0m水位度汛工况下,若采用小挑角,水流旋滚难以挑出坝外,尤其是两侧边孔,旋滚更难推出鼻坎,且下游两侧回流加剧,淘刷更为严重。

经过优化比选,确定中部4～19号共16孔采用10°挑角,鼻坎顶高程55.11m;两侧2～3号和20～21号共4孔采用17°挑角,鼻坎顶高程为57.03m;两侧边孔1号和22号孔采用25°挑角,鼻坎顶高程为58.59m,加之该6孔进口底高程比中间孔抬高1.0m,整体模型试验表明,流态明显好转。