通过增设泄洪洞和增加坝高提高塞尔文施泰水库安全性

乔基姆·德雷斯勒

文章摘要:塞尔文拖泰水库运行四十多年来，水库相关安全标准有所提高，为了符合新标准，德国巴伐利亚洲水资源局决定通过增设泄洪洞和增加坝高来提高水库的安全性。本文介绍了所采取措施及其设计和实施情况。
文章主题:塞尔文施泰水库 安全性 大坝加高 泄洪洞 水库运行 库容增大

文章内容：2001年2月水电工程研究第3,4期通过增设泄洪洞和增加坝高提高塞尔文施泰水库安全性乔基姆?德雷斯勒(德国)【文摘】塞尔文施泰水库运行四十多年来,水库相关安全标准有所提高.为了符合新标准,德国巴伐利亚州水资源局决定通过增设泄洪洞和增加坝高来提高水库的安全性.本文介绍了所采取措施及其设计和实施情况.1引言1954年至1959年,巴伐利亚州水资源局在德国慕尼黑以南65处的伊萨尔河峡谷段修建了塞尔文施泰大坝,形成了库容1.04亿的水库.该工程是一座综台利用工程,具有防洪(防止伊萨尔河流域的慕尼黑城和其它城市遭受洪灾),提高河流调节能力和发电的功能.水库运行多年后,由于掌握了现代洪水预测知识,而且安全标准有所变化,所以必须对水文数据进行修正.因此,水库业主和巴伐利亚卅决定一方面提高泄洪能力,另一方面增加水库蓄水能力关于这两项措施的基本水文依据,业主于1994年德班会议公布2塞尔文施泰大坝特性塞尔文施泰大坝是一座堆石坝,坝高40.该坝建于透水性极强厚达100的冲积层上.通过7排灌浆帷幕对冲积层进行密封.由于缺乏可利用的天然大坝止水材料,心墙由掺土混凝土建筑而成.图1示出大坝总平面布置及其运行设施.3提高水库安全性所采取的措施二十世纪五十年代初,塞尔文施泰水库库容是根据历次洪水情况计算而得.当年常用的分析方法不可能考虑最近几十年的环境变化情况,因此不能满足现在的要求.一方面,近四十年来关于降雨量和径流的基本数据库大量增加;另一方面,大坝安全标准也提高了.根据19700,即使泄流量最大的泄水孔停用,也必须保证安全地宣泄洪水.而且,最近几十年来,下游城市安全要求提高了.因此,自从1986年以来,水库业主根据降雨偏差和降雨强度,模拟重现期为千年一遇的洪水.其结果表明塞尔文施泰水库未达到现代水文标准.为了提高标准,建议采取以下措施:——增设一条泄洪洞;水电工程研究2001庄——增加坝高,即增大库容,保护下游居民和设施不受百年一遇洪水的淹没.两项工程建设均不会影响水库原有运行状态.因此,业主决定采取一切必要措施先增设泄洪洞,再增加坝高.图塞尔文施泰大坝枢纽平面布置图(1)大坝(2)消力池(3)93鹱洞(4)房(5)泄水底孔(6)原溢洪道(7)新设泄洪洞3.1新设泄洪洞根据慕尼黑技术大学奥伯纳黑水力学实验室进行的水力模型试验结果,将新设泄洪洞的最大泄洪能力设计成4003/.地下建筑物设计中所考虑的地形和地质条件如图2所示.进水口建筑物位于岩体之后,由两个堰顶长度分别为12的实体堰组成(见图3).水流经进水口建筑物急泄人深18深的竖井,再引入长度550的隧洞.为了使隧洞保持无压流状态,设了两个进气孔以保持压力平衡.在隧洞末端的消能结构设计成挑流式溢洪道(见图4).3.2增加库容水文和水力分析结果表明1950年设计的塞尔文施泰水库库容不能满足百年一遇洪第3,4期乔基姆?德雷斯勒通过增设泄洪洞和增加坝高提高塞尔文施泰水库安全性7图2新设泄洪洞的平面,纵剖面和横剖面图(1)泄洪洞(2)进水口建筑物(3)排流式镒洪道(4)消力弛(5)泄水底孔(6)原溢洪道(7)混凝土衬砌(8)喷混凝土村砌(必要时)(9)岩石锚杆(必要时)水的要求.因此,业主决定增加坝高以增大库容.适当增加3坝高可增大库容0.34亿3.虽然坝高增加3似乎是适当的,但很难使下游居民认识采取措施的迫切性.与该工程相关的基础工程,如上坝公路和坝顶道路也是主要工程.而且原运行设施必须适应新环境.4新设泄洪洞设计施工方面的特殊问题4.1泄洪隧洞开挖隧洞,进水口和出水口均建在坚硬的白云石灰岩地层内.堆石坝却建基于深厚冲积层上.因此,施工方法实施非常顺利.在工程初步阶段,进行了试验爆破并加以监测.监测结果表明不能单纯采用钻爆法.工程顾问根据试验结果提出建议,即在沿隧洞断面内采用一台掘进机首先开挖一个导洞.对于一条550左右的短隧洞而言,使用固定直径的隧洞掘进机是不经济的因此,在施工工程承包中,业主考虑了直径3.5左右且技术可行的隧洞掘进机.并用承包商的二手隧洞掘进机进行导洞掘进.在导洞掘进中采用了应力释放法,然后用钻爆法分两阶段对隧洞其余部分进行开挖,即洞顶开挖和台阶/洞底开挖(图5).使用这种施工方法可使地震波降至最小,从而保障大坝安全.使用的炸药量为每立方米岩石1.2公斤,炮眼长度约为3.水电工程研究2001芷(1(4^一^^一^图5新设溢洪洞开挖程序(1)导洞开挖(2)洞顶开挖(3)洞底开挖(4)喷混凝土和岩石锚栓(必要时)(5)混凝土村痢岩层自身很稳定,不需要进行隧洞衬砌.但从水力学观点考虑,决定在隧洞底部和边墙进行混凝土衬砌(见图2).为了避免衬砌上发生任何水压变化,在隧洞衬砌和岩石之第3,4期乔基姆?德雷斯勒通过增设泄洪洞和增加坝高提高塞尔文施泰水库安全性73间设置了有效的排水系统.4.2进水口结构进水口结构和30深竖井开挖仍采用爆破法进行.为了保障直通开挖区的一条公路的特殊安全问题,采用150根长度25的锚索锚人岩石边墙内.冬季还须采取特殊措施,以防岩石边墙排出的水冻结.深开挖结束后,开始进行进水口竖井衬砌和堰的施工.该阶段工程堰顶应达到一定高程,使其顶部施工与大坝加高工程同时顺利进行.为了避免洪水期漂浮树木阻塞进水口建筑物,采用柱子围绕进水口建筑物.4.3挑流式溢洪道泄水建筑物设计成挑流式溢洪道,泄洪能力最初为1003/,洪水宣泄人坝后的消力池.该建筑物稳固地建基于冲积层下的岩体内.4.4施工时间和成本在咨询办公室进行为期一年半的设计和招标后,本工程于1994年底开始施工,1997年初完建.工程成本为2200万马克或1120万欧元.5大坝加高业主的数次分析和计算业已证明塞尔文施泰水库库容不够,必须通过增加库容,即增加坝高来改善水库条件图6示出塞尔文施泰坝的横断面.:.…固弛器一@0图6塞尔文施泰坝横断面图(1)防渗心墙(2)反滤料(3)过蘸带(4)砾石料(5)防渗铺盖()寝浆帷幕(7)排水滤层5.1技术方法按照设计规定,在原坝高基础上增加3高度,其中2为砾石填冲料,为顶墙