建设与管理

锦屏一级水电站泄洪洞建设与运行

王继敏　杨　弘　段绍辉　郑　江

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都　610000）

摘　要：锦屏一级水电站泄洪洞最大泄量达3311m3/s，洞内最大流速达51.55m/s，具有大泄量、特高水头、超高流速的特点，高速水流空化空蚀问题非常突出；河谷狭窄，泄洪洞出口挑流河道归槽与消能防冲面临挑战；泄洪洞采用C90 50抗蚀耐磨混凝土，全砂岩骨料高强混凝土配合比优选和温控防裂难度大。本文系统介绍了特高水头窄河谷有压接无压泄洪洞全程泄洪水流控制及掺气减蚀技术，全砂岩骨料高强混凝土配合比优选和温控防裂技术，实现了狭窄河谷、复杂地质条件、特高水头泄洪洞的泄洪消能工程安全运行。泄洪洞水力学原型观测成果表明泄洪洞运行性态良好。

关键词：超高流速；泄洪洞；掺气减蚀；消能防冲；温控防裂；原型观测

1　引言

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县和盐源县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，是雅砻江下游从卡拉至河口河段水电规划梯级开发的龙头水库。其混凝土双曲拱坝坝高305m，是已建世界第一高坝，水库正常蓄水位为1880.00m，死水位为1800.00m，正常蓄水位以下库容为77.65亿m3，调节库容为49.1亿m3，属年调节水库，电站总装机容量为3600MW。

锦屏一级水电站泄洪洞布置于大坝右岸普斯罗沟至道班沟的1.5km岸坡山体，上下游水位差为240m，洞内最大计算流速达51.55m/s，最大泄量达3311m3/s，最大单宽流量为254m3/（s·m），具有特高水头、超高流速、大泄量的特点，高速水流空化空蚀问题非常突出；枯水期江面宽仅60m，出口挑流河道归槽与消能防冲面临挑战；泄洪洞采用C90 50抗蚀耐磨混凝土，全砂岩骨料高强混凝土配合比优选和温控防裂难度大［1］。本文系统介绍了特高水头窄河谷有压接无压泄洪洞全程泄洪水流控制及掺气减蚀技术，全砂岩骨料高强混凝土配合比优选和温控防裂技术，实现了狭窄河谷、复杂地质条件、特高水头泄洪洞的泄洪消能工程安全运行。同时开展了系统的泄洪洞水力学原型观测，观测成果表明泄洪洞运行性态良好，消能减雾效果显著。相关成果为后续类似工程提供了系统解决方案。

2　泄洪洞水力设计

2.1　泄洪洞布置

泄洪洞进口布置在大坝上游右岸普斯罗沟下游壁，紧靠厂房进水口右侧，出口位于道班沟沟口，泄洪洞轴线全长1444.56m；由泄洪洞进水塔、有压段、工作闸室、无压上平段、龙落尾段和出口挑坎段组成。锦屏一级水电站泄洪洞三维示意图如图1所示。针对泄洪洞泄洪水头高、流速大的特点，采用有压段后接无压“龙落尾”的隧洞布置形式，龙落尾段高速水流集中，将75％左右的总水头差集中在占全洞长度25％的尾部。进口为岸塔式结构，进口设事故检修门和通气孔。有压洞由直段和平面弯段组成，洞径为14.5m，总长为560.19m，纵坡为0.0103053。无压隧洞段由上直坡段、渥奇曲线段、斜坡连接段、反弧曲线段以及下直坡段等组成，无压洞断面尺寸为13.00m×17.00m（宽×高），断面形式为圆拱直墙形。针对坝区河谷狭窄的特点，选择合理的隧洞出口轴线，尽量减小出口主流与下游河道的夹角，以利于水流归槽。

2.2　泄洪洞掺气减蚀方案研究

泄洪洞龙落尾段高速水流集中，洞内流速由25m/s增至超过50m/s。在不考虑掺气减蚀措施之前，龙落尾反弧段末端水流最小空化数仅为0.097，因此，高流速龙落尾段隧洞的体形和掺气减蚀措施是泄洪洞安全运行的保障。

2.2.1　龙落尾段体形优化

洞身龙落尾段体形采用渥奇曲线方程z=Ax2+0.023x，重点研究比较二次方程系数A的取值，A值越大，洞身降低幅度越大，A值越小，洞身降低幅度越小，高速水流的适应性越强［3］。从改善高速水流洞段水力特性和空化特性的角度通过模型试验研究比较A值为1/300、1/400，两方案的水流整体稳定性相近，采用宽胖渥奇曲线A=1/400更优：①渥奇曲线段的曲率较小，沿程压力变化平缓，在相同的运行条件下渥奇曲面上的最小动水压强相对较大，由22.76kPa増大到37.07kPa；②缩短了反弧曲线段的长度近20m，体形布置简单顺畅，反弧连接段的圆心角由24.36°减小为19.78°，增大了渥奇段的最小压力，减小了反弧段的影响。

2.2.2　掺气坎

通过水工模型试验，对锦屏一级水电站泄洪洞龙落尾段布置3道和4道掺气设施方案进行了分析研究。4道掺气坎位置桩号分别为1+056.948m、1+129.238m、1+209.223m和1+331.203m，第1道、第2道和第3道掺气设施均为挑、跌坎组合形式，第1道掺气设施挑坎高度为0.5m，相对坡比为1∶4.754，跌坎高度为2.0m，通气井断面尺寸为1.2m×1.8m；第2道掺气设施挑坎高度为0.4m，相对坡比为1∶10，跌坎高度为1.9m，通气井断面尺寸为1.4m×2.0m；第3道掺气设施挑坎高度0.15m，相对坡比为1∶15，跌坎高度为1.65m，通气井断面尺寸为1.4m×2.0m；第4道掺气设施为侧墙、底板三维掺气形式，采用凸形掺气底坎（见图2），中部坎高0.2m，两侧坎高0.1m，通气井断面尺寸为2.2m×1.8m。

试验表明，4道掺气设施方案总的掺气量明显增加，扩大了掺气减蚀的有效保护范围，掺气空腔长度有所增加，1号、2号、3号掺气坎最小掺气浓度分别由0.8％、1.2％、1.2％增大为1.6％、2.5％、1.5％。关于侧墙掺气，试验表明1号、2号掺气坎设置侧墙掺气设施后在闸门局开时下游的水流表面流态紊乱，水面水滴飞溅现象增强；3号掺气坎设置侧墙掺气设施后，坎后有少量飞溅水滴触及洞顶。经综合考虑，1～3号掺气坎不设置侧墙掺气措施。不设置侧墙掺气措施时，4号掺气坎处流速约51m/s，流速很高且流态复杂，采用的边墙折流掺气坎与底部掺气坎组合的三维掺气设施在各种运行条件下均能保持良好的水流流态，坎后掺气空腔形态稳定，底空腔内积水稀少，底板和边墙近壁水流掺气充分、均匀，消除了只设底部掺气坎时坎后两侧边墙的清水区。正常水位1880.00m闸门全开运行条件下，该掺气设施下游模型实测近壁水流最小掺气浓度达3.1％。

2.2.3　补气洞

为了防止洞顶余幅补气不足而影响水流流态和掺气效果，明流洞段共布置3条补气洞。1号补气洞位于泄洪洞工作闸门室（0+571.186m）左侧壁高程1850.50m。2号补气洞位于第1道掺气坎上游16m（1+043.000m）的左侧拱，3号补气洞位于第3道掺气坎上游约15m（1+188.340m）的左侧拱。3条补气洞与2条补气洞方案相比，泄洪洞总补气量明显增大，增大幅度达50％左右；4道掺气设施通气井内的风速和通风量有不同程度的增加；4号掺气坎下游近底水流最小掺气浓度从3.05％增加到3.78％。

2.2.4　出口新型挑坎消能工

锦屏一级水电站泄洪洞出口下游河道狭窄，枯期水位宽60m左右，河道两岸工程地质条件较差，且消能水头高、单宽流量大、流速高，泄洪洞出口挑流消能与下游河道防冲问题突出。许多学者曾研究过各种扭曲斜切式挑坎和窄缝式挑坎等消能工，但对下游河道及对岸均冲掏严重。因此，本文研究提出并采用了一种泄洪洞出口新型挑坎——燕尾式挑坎。燕尾式挑坎是在常规连续挑坎的基础上，在挑坎出口段底板上中间开口形成缺口突跌陡槽，缺口前端开口宽度小，后端及挑坎末端处开口宽度大，从而使挑坎在平面上成“燕尾”形状，如图3所示。利用水流射流冲击原理，出挑水流首先从缺口突跌陡槽前端开口射出，缺口两侧挑流沿着挑流结构底板继续向前流动，且不断从缺口突跌陡槽左右边墙顶沿程射出，最后余少量水流从缺口突跌陡槽末端开口两侧顶部挑射，形成不同挑高的空间水舌混合体；整股挑流形成过程中，先挑出水流受到后挑出水流的冲击挤入和压制而消耗部分能量，形成挑流内部的空间消能过程，挑流既能纵向拉开，也能横向束窄，挑距较常规挑流短，极大地降低了对河床和对岸的冲刷，如图4所示。燕尾式挑坎新型消能工很好地解决了锦屏一级水电站狭窄河谷泄洪洞出口挑流消能和下游河道防冲问题。

3　泄洪洞衬砌施工

3.1　泄洪洞高强混凝土配合比选择

根据围岩类别，泄洪洞衬砌厚度为1.0m、1.4m、1.8m等，有压段衬砌采用C90 35W8F100抗蚀耐磨混凝土，无压上平段衬砌采用C90 40W8F75抗蚀耐磨混凝土，龙落尾段衬砌采用C90 50W8F75抗蚀耐磨混凝土。其中，C90 40W8F75和C90 50W8F75抗蚀耐磨混凝土强度等级高，采用全砂岩骨料，该骨料存在粒形差、针片状含量较大等问题，骨料经过转运至拌和系统易破碎，产生较多的逊径，且破碎后造成骨料含粉量较高，同时受施工条件限制，混凝土只能采用泵送入仓，因此采用二级配混凝土，混凝土配合比要求高。泄洪洞施工过程中历经2次室内试验和3次生产性试验完成配合比选择。同时，为了温控防裂的目的，通过高掺粉煤灰（30％掺量），选用掺加了高效减水作用的HF粉，C90 50W8F75抗蚀耐磨混凝土将水泥用量由408kg/m3降低至361kg/m3，水胶比为0.31，有效降低了混凝土水化热。

3.2　衬砌混凝土浇筑施工

泄洪洞混凝土浇筑时，先浇筑边顶拱再浇筑底板。在上平无压段，采用维萨模板进行边墙混凝土浇筑，结合掺气坎和补气洞位置，选择部分仓位采用满堂脚手架浇筑顶拱；在下游龙落尾段，采用一台混凝土边墙钢模台车和一台混凝土顶拱钢模台车，两台钢模台车自下游向上游前后间隔一定的距离同时进行施工；底板混凝土浇筑利用3套拖模，在龙落尾下平段、反弧段和渥奇曲线段3个工作面同时施工。泄洪洞无压上平洞和龙落尾段，将边墙与顶拱混凝土以抗蚀耐磨混凝土和普通混凝土分界处为分界线，边墙与顶拱混凝土分开浇筑，以减少边顶拱混凝土同时浇筑带来的结构约束影响。边顶拱浇筑分块直线段采用9m一块，局部根据收缩缝、结构缝位置做适当调整。

为解决泄洪洞混凝土施工遇到掺气坎异形断面的情况，研究出一种利用系统锚杆、钢模台车共同受力，使掺气坎顶拱异形断面一次浇筑成型的方案，消除搭设排架带来的诸多不利影响。泄洪洞掺气坎顶拱异形断面一次成型快速施工方案的特点主要有“边模先行、钢筋超前”“顶模跟进、联合受力”“全程监测、一次成型”，浇筑成型效果如图5所示。

底板混凝土采用暗轨轻型装配式拖模施工。模板设计长度为1.2m，抹面平台长2.5m，抹面平台末端利用钢管与拖模顶部斜拉，使平台悬挑于拖模后方，拖模结构形式示意图如图6所示。

3.3　混凝土温控措施

3.3.1　控制标准与措施

由于锦屏一级水电站砂岩骨料的特性，泄洪洞混凝土中胶凝材料用量大，超出其他工程120～214kg/m3，产生大量的水化热，最高温度、降温速率控制和保湿养护是温控工作的重点。各部位混凝土允许最高温度见表1。

泄洪洞衬砌混凝土是薄壁结构，由于施工条件限制，容易形成“穿堂风”环境；洞室高，流水养护实施难度大。混凝土施工既要控制最高温度，又要控制降温速率不宜过快，温控难度极大。在工程施工中逐渐形成的抗蚀耐磨混凝土温控防裂关键技术从分块入手，涵盖配合比优化、制冷混凝土、浇筑温度、通水冷却控制、最高温度和降温速率直至拆模后养护全过程，具体温控措施如下：

（1）合理分段分层，改善约束条件。控制混凝土分段长度，边墙及顶拱分段长度为9m，局部根据结构布置情况适当调整。底板、边墙及顶拱分开浇筑，挑坎底板约束区按2.0m分层，上部边墙按2.1m分层。

（2）将出机口温度控制标准由10℃调整为7℃；混凝土运输采取隔热措施，混凝土罐车罐体表面覆盖保温布。

（3）边墙每仓布置一套双向纵横冷却水管［间排距1m×（0.8～1）m］，底板按每9m布置一套单向冷却水管（间距1m），采用制冷水（9～12°C）通水冷却。

（4）加强混凝土内部温度监测，每4h进行一次温度监测，以监测数据为依据，实现温控措施的动态调整。

（5）底板混凝土流水养护，边墙混凝土喷水保湿养护，养护期从早期28d调整至90d。

（6）为有利于混凝土表面的养护，将整个泄洪洞分隔封闭成不同施工段，避免形成“穿堂风”，形成分隔段的小环境。

3.3.2　温控效果

泄洪洞共埋设温度计333支，其中有压段26支、无压上平段94支、龙落尾段边墙154支、出口挑坎59支。

数据分析显示，在边墙与底板分开浇筑、采用一系列改进后的温控措施后，无压上平段边墙最高温度由40.2℃降低至36.4℃以内；龙落尾段边墙混凝土最高温度由48.6℃降至40℃以内；出口挑坎最高温度由51.7℃降低至42℃以内；混凝土内部最高温度合格率由全部超标提高至26％，且最高温度超标幅度基本控制在10％以内；降温速率受薄壁结构及周边环境影响，没有明显改善。

未采取加强温控措施浇筑的龙落尾段上部52～54号仓以及无压上平段1～3号仓、10号仓，洞室长度为59.946m，裂缝长度为473.1m，单位洞室长度内裂缝长度为7.9m；采取加强温控措施后，无压上平段边墙4～40号仓洞室长度为326.814m，单位洞室长度裂缝数量减少41.7％。

龙落尾段边墙从3号仓开始采取加强温控措施。边墙1～3号仓洞室长度为21.71m，裂缝长度为212.5m，单位洞室长度内裂缝长度为9.8m；边墙4～51号仓洞室长度为412.92m，加强温控措施后，单位洞室长度裂缝数量减少30.5％。

3.4　混凝土缺陷处理

3.4.1　缺陷分类及原因分析

锦屏一级水电站泄洪洞衬砌混凝土施工尽管采用最严格的温控措施和施工措施，但由于骨料先天不足等原因，还是出现了混凝土缺陷，主要表现为混凝土表观缺陷、混凝土裂缝、施工缝张开等。另外，龟裂纹范围较大，宽度普遍小于0.2mm，最大深度为53mm。

分析表明，混凝土裂缝是多因素综合影响下混凝土表面应力超标引起的，泄洪洞衬砌为薄壁全约束结构，采用泵送高强混凝土，受骨料特性（全砂岩骨料、针片状含量较高等）及施工条件影响，胶凝材料和用水量大，虽采取了最严格的温控措施，但混凝土最高温度等仍然超标，经设计复核，边墙衬砌混凝土温度应力超标；混凝土龟裂缺陷主要是砂岩骨料混凝土干缩较大、混凝土温控及养护等因素引起的。

3.4.2　缺陷处理及不平整度控制

为避免刻槽对泄洪洞表面混凝土的损坏，对于没有渗水的裂缝采用不刻槽的表面封闭法进行化学灌浆。考虑到高速水流条件下的空蚀破坏往往是从泄水建筑物过流表面开始并不断发展这一特点，锦屏一级水电站泄洪洞在龙落尾30～50m/s高流速段过流面研究采用涂刷环氧基抗冲磨涂层的措施。

缺陷处理完成后，对混凝土涂层平整度进行了检测，结果见表2。

经过水后检查，所有这些不平整度的后面均未发生气蚀破坏。

4　泄洪洞运行与观测

锦屏一级水电站分别于2014年（闸门6种开度，持续2h43min）、2015年（闸门6种开度，持续4h12min）开展了两次正常蓄水位下泄洪洞泄洪水力学原型观测。

4.1　压力分布特性

（1）总体分布。泄洪洞底板时均压力对比如图7所示［4］，泄洪洞在正常蓄水位泄洪时，有压段内为满流流态，其时均压力随工作闸门开度的增大而减小，脉压波动程度很小，流速随着闸门开度的增大而增大。明流隧洞段的时均压力基本随工作闸门开度的增大而增大，测点处的流速在各开度下较为接近。工作闸门之后的上平段的沿程压力变化较为平缓（0+590.00m、0+810m和0+950m）。由于掺气坎采用挑跌坎组合形式，使得掺气坎之前（1+207.00m）的水流压强受到壅塞效应而局部升高，脉动程度也大幅增加。

（2）渥奇曲线段。龙落尾渥奇段水流加速，水深变小，动水压力有所减小；模型试验测得渥奇曲线段底板中心最小压强为20.8k Pa，原型观测得渥奇曲线段（0+950.00m、1+000.00m、1+035.00m）底板压强分别为94.71kPa、61.31kPa和39.44kPa，说明锦屏一级水电站泄洪洞渥奇曲线段体形设计合理。

（3）湍流强度。图8给出了泄洪洞底板脉动压力均方根的对比，在0+061.00m、1+100.00m、1+419.56m处布置的流速仪测得的底流速分别为19.35m/s、23.86m/s和40.22m/s，据此可以计算出湍流强度分别为0.039、0.1133和0.0723，泄洪洞有压段、斜坡急流段、反弧段湍流强度符合一般规律。

（4）洞顶余幅。正常水位下泄水时，龙落尾段拱顶处（1+127.00m、1+147.00m、1+329.00m、1+346.00m）均为负压，实测最大负压为-5.87kPa。龙落尾段掺气水深小于隧洞边墙高度，洞顶余幅满足设计要求。

4.2　掺气空腔

（1）空腔压力。各开度泄洪洞掺气空腔内时均压力见表3。

从表3中可以看出，空腔负压随闸门开度的增大先呈现出增大的趋势，但在增大到一定的水平时即保持相对稳定；3号掺气坎后侧点位于空腔尾端，在全开泄洪时，已经受到水舌下缘旋滚水流的影响。锦屏一级工程实测最大负压为-15.82kPa（4号掺气坎后3m处），与乌江渡工程实测最大负压（-14.3kPa）处于同一个水平上，小于二滩工程实测最大负压（-18.7kPa），远大于规范（-5kPa）的要求。2号、4号掺气坎后负压较1号、3号大，主要原因是2号、4号掺气坎补气来源于洞顶余幅，为避免过低的空腔负压，应尽量增大外界供气量。

（2）空腔长度。泄洪洞1+222.00m处底板脉动压力时程图如图9所示。

1+222.00m处的传感器位于第3道掺气坎下游13m处的底板上。当闸门开度为25％和50％时，脉动压力表现为典型的随机振动，且为负压，说明该点完全处于掺气空腔内。当闸门开度达到70％时，脉动压力过程开始出现零星的随机脉冲，说明经过挑坎的跌落水舌下缘的水流旋滚已经偶尔影响到该位置。当闸门开度达到100％时，脉动压力过程出现较多的正向脉冲，水舌下缘的水流旋滚形成了间歇性的反向射流，覆盖了该点，该点在闸门全开的工况下已经位于空腔的边缘。因此，水舌下缘的旋滚区不是一个固定的水团，其长度是随时变化的，呈现间歇性射流。在模型试验中，第3道掺气坎在闸门全开时的长度为24m。对于掺气空腔的长度按照模型试验值考虑是偏于危险的。

4.3　掺气浓度分布

不同开度泄洪洞沿程掺气浓度如图10所示。

（1）闸门小开度下，由于水流表面参与掺气，多数测点呈现水气两相流。随着闸门开度的增大，水深增加，掺气方式以底掺气为主。闸门全开时，1号掺气坎下游40m处掺气浓度为26.51％，3号掺气坎下游56m处掺气浓度为8.52％，可见掺气效果良好，水流底部夹气量充足。

在1号掺气坎保护末端和3号掺气坎保护末端左边墙测点（距底板1.1m处）掺气浓度最低达到1.48％和2.55％，相同位置右侧边墙测点（距底板2.1m处）掺气浓度略有增大，分别为2.91％和4.00％。结合空化噪声观测和过流后的现场检查，底板和边墙均无空蚀现象发生。可见规范［5］规定临近掺气面的掺气浓度不低于3％～4％是偏于安全的。

4道掺气坎间距分别为80m、88.5m、128.6m和115.6m，说明反弧段掺气槽保护长度已达115.6m，直线段为128.6m。掺气浓度在各掺气坎间沿程衰减，1+099.00m～1+127.00m段平均衰减率为0.357％/m，1+265.00m～1+329.00m段平均衰减率为0.255％/m。

（2）泄洪水流底部原型观测掺气浓度较模型试验值均偏大，按照模型试验值进行设计是偏于安全的。第4道掺气坎后1+346.00m测点位于掺气空腔内，属于气域范畴；1+352m测点位于掺气空腔末端，在闸门全开时被水舌下缘的旋滚淹没，这两点由于掺气空腔的缩尺效应，原型观测值要小于模型试验值。

（3）位于2号掺气坎后18.0m处边墙2.1m高处测点在闸门全开时，掺气浓度仅为0.7％；相同位置底板测点掺气浓度为63.71％，仍然处在掺气空腔范围内；同桩号左边墙1.1m高处测点由于底掺气作用，掺气浓度也较高。因此，在掺气空腔末端的边墙水舌的中部存在一个清水区域，应继续对掺气坎、掺气竖井、侧墙掺气进行综合研究，尽量消除、减小这一掺气盲区。

（4）高边墙测点（1+099.00m、1+370.00m）所测掺气浓度基本上在90％以上，属于气域范围，水流流态稳定良好，没有过大波动或频率性激荡。泄洪洞出口挑流水舌纵向拉伸，水流流态好。同时，高边墙测点高度分别有7.5m、9m、11m等，可以借此验证掺气水深［6］。

4.4　风速与补气量

（1）掺气竖井。掺气竖井平均风速和平均通风量原型观测成果如图11和图12所示。掺气竖井内的平均风速和平均通风量与闸门开度正相关，随闸门开度的增大而增大。最大平均风速为89.31m/s，发生于2号掺气坎左侧掺气竖井内，对应工况为闸门全开。最大平均通风量为315.44m3/s，发生于4号掺气坎左侧掺气竖井内，对应工况为闸门全开。从整体上看，2号掺气坎和4号掺气坎的左右掺气竖井风速基本接近，说明水流流态及空腔分布较为稳定。

规范规定的竖井内最大风速标准为60m/s，单宽最大通气量为9～10m3/（s·m）；乌江渡工程多数泄水建筑物通气槽内的平均风速都在60m/s左右，最大瞬时风速达88.8m/s［7］，锦屏一级水电站泄洪洞竖井内风速较乌江渡工程高出较多，比模型试验值也大得多。在泄洪后经现场查看，掺气竖井并未发生破坏。乌江渡工程原型观测过程中除了感觉噪声较大外未见其他异常现象，运行也很正常。锦屏一级水电站泄洪洞在第一次水力学原型观测过程中由于1号补气洞中残留有施工模板未拆除，引起较大的啸叫声，在模板清理完毕后，噪声即消除。因此，在进气通道保持比较平顺的情况下，突破60m/s的风速，也不会产生令人难以接受的噪声。

（2）补气洞通风量。表4给出了锦屏一级水电站泄洪洞水工物理模型试验和原型观测得到的补气洞平均风速和平均通风量。通过对比可知，正常蓄水位下闸门全开时补气洞平均风速和平均通风量的原型观测结果比模型试验结果大得多，这充分体现了通气物理模型的缩尺效应。经开度25％工况下通气量守恒分析，泄洪洞进气量与出气量差值369.09m3/s为水流挟气量，进而得单宽挟气量为28.39m2/s。

4.5　空化空蚀

泄洪洞中共布置了7个水听器，分别位于1+60.00m、1+346.00m和1+147.00m处底板或边墙上。将闸门尚未开启时测得的空化噪声功率谱作为背景噪声基准，用于判别空化初生的比较值。测点噪声频率处于10～500kHz，以10dB的SPL的增量来判别空化初生，与背景噪声功率谱进行比较，各工况均未达到10dB的SPL的差值，因此泄洪洞未发生初生空化现象。

泄洪洞中共布置了15个空蚀计，分别布置在泄洪洞的底板和边墙上，当测点部位被磨蚀掉50mm之后认为该部位已发生空蚀。此次观测中所有测点未达到50mm，并未发生空蚀现象。

4.6　冲刷与雾化

泄洪洞出口挑坎底板处（1+419.56m）原型观测得到的最大底流速为40.22m/s，根据经验公式和数值分析反演该断面平均流速为49m/s，最大表面流速为51.3m/s，与设计计算的断面平均流速51.55m/s接近。经过两次正常蓄水位情况下泄洪洞挑流冲刷后，2015年12月开展了下游河道冲刷区水下地形测量，冲坑地形如图13所示。冲坑地形在河道中部的左右侧有两个冲坑，最深点冲坑位于河道中心偏右侧，达到1617.85m，高于模型试验测得的冲坑最低高程1612.00m，说明冲淤尚未平衡。

泄洪洞泄洪原型观测表明，右岸靠近洞口测点B在开度50％工况下达到了最大雨强466.40mm/h，对面左岸测点A在开度75％工况下达到了最大雨强330.75mm/h，均已进入特大暴雨区。由于雨量计在开度100％时已经损坏，因此未能监测到闸门全开时的雨强值。但根据不同开度的泄洪流量可以推断，闸门全开时的最大雨强值应大于局部开启工况下的监测结果。泄洪洞雾化模型试验成果［9］的挑流水舌入水点处在（坝）1+200.00m～1+320.00m之间，位置偏左岸，水舌入水激溅影响区内降雨强度达到100～300mm/h（高程1710.10m以下），左岸泄洪雾化影响范围大于右岸雾化影响范围。泄洪雾化实测值远大于模型试验值。

5　结语

锦屏一级水电站泄洪洞首次应用了特高水头窄河谷泄洪水流控制及消能防冲关键技术，包括陡峻边坡深切沟谷进水口水流消涡控制技术、通气型地下闸室、有压接无压高位明流隧洞控制水流流速的龙落尾型整体布置方式、反弧末端三维掺气设施、燕尾坎挑流消能与河岸防护技术等，并围绕混凝土温控防裂、防空化空蚀开展了施工工艺革新。

锦屏一级水电站首次开展了超高流速泄洪洞压力、掺气、振动、空化空蚀等全套水力学、动力学原型观测。成果表明，锦屏一级水电站泄洪洞洞顶余幅、龙落尾体形、出口燕尾坎消能工等设计合理，掺气设施掺气保护满足要求，补气及通气系统效果良好，没有发生空化空蚀，混凝土和环氧基抗冲磨涂层抗磨蚀效果明显。水力学与雾化模型试验成果与原型观测成果分析表明，在掺气空腔长度、风速、补气量、泄洪雾化等方面模型缩尺效果明显。

锦屏一级水电站特高水头、超高流速泄洪洞采用了高强等级的抗蚀耐磨混凝土衬砌，其施工的温控防裂难度极大，虽然采取了最严格的温控措施，但仍出现了混凝土裂缝和裂纹。高强抗蚀耐磨混凝土温控防裂措施需进一步研究。同时，高速水流泄洪洞衬砌混凝土是采用高强等级抗蚀耐磨混凝土还是采用较低强等级混凝土加抗蚀耐磨保护层的解决方案也需要进一步进行经济技术比较。

参考文献

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［2］游湘，曾勇.锦屏一级水电站泄洪消能布置设计［C］∥第二届全国水工泄水建筑物安全及抗冲磨新材料开发新技术应用论文集，2010.

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［7］邓正湖.乌江渡水电站的泄洪消能及高速水流问题［J］.水利水电技术，1988（11）：7-13.

［8］王继敏，杨弘.锦屏一级水电站泄洪消能关键技术研究［J］.人民长江，2017，48（13）：85-90.

［9］张旻.锦屏一级水电站泄洪洞泄洪雾化及防护措施研究［J］.水电站设计，2015（2）：24-27.