蘇洼龍水電站樞紐總體布置

鄧 毅 國， 陳 晴， 龍 文， 李 向 陽， 劉 新

(中國電建集團北京勘測設(shè)計研究院有限公司，北京 100024)

1 工程概況

蘇洼龍水電站為金沙江上游水電開發(fā)十三個梯級的第十級，壩址位于四川巴塘縣蘇洼龍鄉(xiāng)境內(nèi)，右岸為西藏芒康縣索多西鄉(xiāng)。電站正常蓄水位2 475.0 m，死水位2 471 m，校核洪水位2 476.96 m，總庫容6.87億m3，調(diào)節(jié)庫容0.72億m3，電站總裝機容量1 200 MW，為一等大(Ⅰ)型工程。

電站裝機4臺300 MW混流式水輪發(fā)電機組，多年平均發(fā)電量54.26億kWh(聯(lián)合)。電站為日調(diào)節(jié)，以發(fā)電為主要工程任務(wù)。

2 水文氣象條件

蘇洼龍壩址控制流域面積為183 825 km2。壩址多年平均降水量480.4 mm，多年平均氣溫12.8 ℃，多年平均最高氣溫21.8 ℃，多年平均最低氣溫5.8 ℃。壩址多年平均徑流量938 m3/s。這〗壩址洪水主要由暴雨形成，汛期為5～10月，洪水過程以雙峰或復(fù)峰型居多，具有峰高量大特點，壩址PMF洪水洪峰流量12 500 m3/s，千年一遇洪水洪峰流量9 610 m3/s。壩址年平均輸沙總量1 761萬t，含沙量0.58 kg/m3。

3 壩址地形地質(zhì)條件

蘇洼龍水電站位于青藏高原東南邊緣地帶的橫斷山脈中部，屬構(gòu)造穩(wěn)定性較差區(qū)域。壩址基本地震烈度為8°，根據(jù)地震危險性評價，50年超越概率10%地震基巖水平峰值加速度為182 gal ；100年超越概率2%地震基巖水平峰值加速度為397 gal。

金沙江在壩址處流向為SE145°，呈現(xiàn)“S”型，壩線下游，河道凸向左岸。壩址河谷呈“U”型，枯水期江水面高程在2 385～2 388 m，江水面寬為102～292 m左右。兩岸岸坡在高程2 500 m以下基本對稱，坡度為30°～40°，高程2 500 m以上左岸地形平緩，坡度為10°～15°；右岸地形較陡，坡度為50°～65°。兩岸斷續(xù)發(fā)育漫灘、Ⅰ、Ⅱ級堆積階地。左岸壩址下游發(fā)育蘇洼龍溝，右岸壩線上游有一沖溝，溝內(nèi)發(fā)育方量巨大的的堆積體。

壩址河床覆蓋層平均厚度約87 m，自上而下分為6層，表層為砂卵礫石，二層為低液限粘土，三層至六層分別為卵石混合土、(含)細粒土質(zhì)砂(礫)、混合土卵石(碎石)、冰積塊碎石。河床覆蓋層具有強滲透性，不均勻沉陷大等特點。

兩岸出露黑云母斜長花崗巖，強風(fēng)化和強卸荷不發(fā)育，兩岸發(fā)育29條斷層，f1、f2、f8、f13、f26、f27等規(guī)模較大，絕大多數(shù)斷層為陡傾角，走向與河流流向大角度相交，岸坡整體穩(wěn)定性較好。兩岸地下圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主。

4 樞紐布置特點

攔河壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電建筑物為Ⅰ級建筑物。大壩和泄洪建筑物設(shè)計洪水為1 000年一遇洪水，洪峰流量為9 610 m3/s，校核洪水按PMF設(shè)計，洪峰流量為12 500 m3/s。

除主要建筑物外，根據(jù)環(huán)保要求，需要布置滿足下游生態(tài)用水的生態(tài)流量泄放設(shè)施，以及魚道和過魚隧洞。受壩址地形限制，可利用河段長度約1 000 m，建筑物布置條件緊張。

壩址河床覆蓋層深厚，地質(zhì)條件差，對壩型選擇、樞紐布置、泄洪消能布置、施工導(dǎo)流等帶來不利。

壩址社會環(huán)境復(fù)雜，壩址上下游村莊分布集中，左壩肩2 600 m高程處有一寺廟，為當(dāng)?shù)氐淖诮袒顒又行?，屬環(huán)境敏感目標。左岸壩址下游為蘇洼龍鄉(xiāng)，人口密集，耕地集中于河岸邊，右岸有西藏安麥西村。必須高度重視消能霧化對環(huán)境的影響，和泄洪對岸坡的沖刷問題。工程地處深山峽谷地區(qū)，耕地資源匱乏，工程布置宜少占耕地。

5 樞紐布置原則

根據(jù)壩址的地形地質(zhì)條件、水文特性、樞紐布置條件及特點、社會環(huán)境等，樞紐布置原則如下：

(1)由于覆蓋層深達80余m，且性狀不良，綜合工程量、導(dǎo)流布置難度、施工難度、工期、投資等考慮，攔河壩應(yīng)采用建基于覆蓋層上的當(dāng)?shù)夭牧蠅?。泄洪建筑物需有一定的超泄能力，控制泄洪對下游河床的沖刷，保證工程安全。

(2)壩址周邊村莊密集，樞紐布置、建筑物選型時應(yīng)重視運行、施工對環(huán)境的破壞，減少泄洪消能霧化對環(huán)境的影響，減輕對岸坡的沖刷，及施工期的噪音和粉塵等對環(huán)境的不良影響。

(3)各建筑物布置應(yīng)相互協(xié)調(diào)，減少布置、施工和運行干擾。根據(jù)壩址的地形和地質(zhì)條件，泄洪消能建筑物和引水發(fā)電建筑物分置兩岸。建筑物布置永臨結(jié)合、主次結(jié)合、一專多能，泄洪放空洞參與初期和中期導(dǎo)流，生態(tài)泄放設(shè)施與泄洪建筑物布置相結(jié)合，以減輕樞紐布置壓力，減小建筑物運行的相互干擾。右岸布置建筑物時，應(yīng)避開壩前堆積體，左岸布置建筑物時，應(yīng)避免跨越蘇洼龍溝。

(4)電站處于高地震烈度地區(qū)，大壩設(shè)防地震烈度為9°，水庫放空能力非常重要。根據(jù)樞紐布置條件，放空建筑物宜與泄洪建筑物結(jié)合布置。

(5)工程地處高山峽谷，河谷狹窄，渣場布置困難，堆石料開采對環(huán)境影響大，水土保持難度大，做好土石方平衡，建筑物開挖料盡量上壩利用。

(6)施工導(dǎo)流采取“一次攔斷、隧洞導(dǎo)流、全年基坑”。

6 壩型選擇

壩址河床覆蓋層第二層為低液限粘土層，滲透性弱，強度低，承載力小，不宜做為壩基，第四層為細粒土質(zhì)砂，變形模量小，天然情況下有地震液化問題。

根據(jù)工程區(qū)天然建筑材料的種類、儲量、運距，壩址的地形地質(zhì)條件，大壩抗震性能，瀝青混凝土心墻堆石壩、礫質(zhì)土心墻堆石壩、鋼筋混凝土面板堆石壩都具有適應(yīng)性。三種壩型可采用基本相同的樞紐布置方案。

礫質(zhì)土心墻堆石壩工程經(jīng)驗豐富，抗震性能好，對基礎(chǔ)適應(yīng)性較好，基礎(chǔ)開挖到三層，基坑深度較小，上游壩殼可和圍堰結(jié)合，有利于縮短導(dǎo)流洞長度。但心墻土料采用下游14km處王大龍堆積體的礫質(zhì)土料，該堆積體為冰水堆積形成，土料粘粒含量低、級配變化大，滲透系數(shù)較大，施工質(zhì)量控制難度大。

相對于工程經(jīng)驗成熟的心墻壩，深厚覆蓋層上高面板壩經(jīng)驗較少。對面板壩，壩線上游壩基挖除變形較大的四層，使趾板座落于五層以減少周邊縫的變形，基坑需局部深挖。由于面板壩的防滲體為剛性布置于壩體表面，容易因壩體的不均勻沉陷出現(xiàn)面板裂縫和周邊縫沉降過大造成止水破裂等問題，尤其是在高地震設(shè)防烈度情況下。相比較于兩種心墻壩型，面板壩對基礎(chǔ)的適應(yīng)性較差。

瀝青混凝土心墻堆石壩型的優(yōu)點基本和土心墻壩型一樣，但心墻的施工質(zhì)量容易保證，也避免了土料開采帶來的環(huán)境問題和水土保持的工作量。

在對基礎(chǔ)進行處理的情況下，三種壩型都是可行的；施工布置和工期方面，三種壩型相差不大；工程投資為140～143億元，以瀝青混凝土心墻堆石壩型最低；環(huán)境影響方面，在堆石料以開挖料為主情況下，面板壩和瀝青混凝土心墻堆石壩相差不大，比土心墻壩較優(yōu)。比較而言，瀝青混凝土心墻堆石壩施工質(zhì)量容易保證，基坑深度小，施工期風(fēng)險小，運行維護方面較優(yōu)，為推薦壩型。

7 泄洪消能建筑物布置

根據(jù)工程的泄洪流量，泄洪安全要求，采用超泄能力較大的開敞式溢洪道和泄洪放空洞聯(lián)合泄洪方案。溢洪道泄量約占總泄量的88%，泄洪放空洞泄量約占12%。

就壩址兩岸就地形地質(zhì)條件而言，均可布置泄洪消能建筑物。影響左岸布置泄洪消能建筑物的因素有兩個：一是左壩肩的寺廟；二是水流的歸槽條件。在左岸布置開敞式溢洪道，其邊坡開挖高度達到216 m，開挖線距寺廟最短水平距離不足百米，開挖爆破對寺廟影響較大。蘇洼龍溝口的河漫灘深入河道，阻礙了下泄水流的歸槽，需要對河道進行開挖整治以解決水流歸槽問題，由此永久占用了漫灘上蘇洼龍鄉(xiāng)的耕地，且下泄水流指向右岸，受下游河道地形影響，易形成折沖水流，對左岸形成沖刷。另外，溢洪道和泄洪放空洞出口位于右岸廠房尾水的上游，泄洪時對發(fā)電影響較大。環(huán)境影響、占用耕地多及對發(fā)電影響大是制約泄洪消能建筑物布置在左岸的因素。

右岸布置泄洪建筑物時，進口需避開壩前堆積體。受到堆積體和攔河壩布置的影響，右岸可用于布置泄洪建筑物進口的位置緊張，采用洞室泄洪建筑物，按泄洪要求，建筑物數(shù)量多且規(guī)模較大，布置難度很大。右岸山體雄厚高陡，開敞式溢洪道邊坡高度達到248 m，石方開挖量約577.0萬m3，從邊坡高度和支護處理難度上，溢洪道布置兩岸的條件相差不大，但布置右岸離寺廟較遠，施工和運行期的環(huán)境影響較小，下泄水流的歸槽較好，整體水工模型試驗表明，泄洪水流與下游銜接平順，河床沖刷不會危及大壩安全，淤積也不會影響電站運行，歸槽水流對左岸河灘沖刷較小，在采取護岸保護后，河灘耕地可免受沖刷。泄洪放空洞布置在溢洪道右側(cè)，進口離壩前堆積體較遠，出口位于溢洪道消力池下游，實現(xiàn)了分區(qū)消能，有利于減緩對河床的沖刷。

環(huán)境因素、水流歸槽條件是影響泄洪消能建筑物布置的重要因素，在兩岸地形地質(zhì)都能滿足布置要求的前提下，右岸方案避免了對寺廟和耕地的影響，水流歸槽條件好，河床沖淤不嚴重，工程安全性較好。綜合技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境影響、安全分析，推薦右岸溢洪道和泄洪放空洞做為泄洪消能建筑物布置方案。

8 引水發(fā)電建筑物布置

右岸地形高陡，圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，可布置地下廠房和地面廠房。當(dāng)引水發(fā)電系統(tǒng)布置右岸時，泄洪消能建筑物布置在左岸，對環(huán)境影響大且水流歸槽條件差，而電站尾水位于泄洪消能建筑物下游，泄洪水流對尾水形成頂托，下游水位波動也對發(fā)電影響較大。

引水發(fā)電建筑物布置于左岸，避免了泄洪對發(fā)電的影響。電站裝機4臺混流式水輪發(fā)電機組，采用地下廠房方案，廠區(qū)建筑物主要由地下廠房、主變洞、低壓電纜洞、母線洞、出線平洞及豎井、進廠交通洞、通風(fēng)洞、排風(fēng)平洞及豎井、排水廊道、灌漿廊道等組成，洞群規(guī)模較大，石方洞挖量大，工期長，地下洞室施工是工程的控制性線路，尾水采用了二機一洞一室，電站的運行靈活性不好，洞群布置于寺廟底部，施工期對寺廟環(huán)境影響較大。采用地面廠房方案，廠房布置于蘇洼龍溝上游基巖出露處，廠區(qū)建筑物由主廠房、主變開關(guān)樓、上游副廠房、下游尾水副廠房等組成。引水系統(tǒng)采用一機一洞型式，不設(shè)調(diào)壓室，運行靈活。廠房座落于微新花崗巖上，永久后邊坡高110m左右。地面廠房方案引水隧洞規(guī)模小，廠房布置離寺廟較遠，施工對環(huán)境的影響較小。

根據(jù)泄洪消能建筑物的布置，引水發(fā)電建筑物布置在左岸。地面廠房方案運行靈活、機電布置及廠房環(huán)境控制和照明優(yōu)于地下廠房，施工對寺廟環(huán)境的影響小。綜合電站的運行、機電布置條件、環(huán)境影響等，引水發(fā)電系統(tǒng)推薦左岸地面廠房方案。

9 其它建筑物布置

右岸地形高陡，布置泄洪消能建筑物后，再布置生態(tài)泄放設(shè)施和過魚設(shè)施的條件很差。

可研前期，生態(tài)泄放設(shè)施采用生態(tài)泄放洞，布置于引水隧洞左側(cè)，泄放洞為有壓洞，出口位于廠房和蘇洼龍溝之間，地質(zhì)條件較差，消力池座落在河灘階地上。泄放洞的出口布置與過魚魚道相互干擾，并影響過魚效果。通過優(yōu)化研究，和水工模型試驗，取消了生態(tài)泄放洞，將溢洪道的中孔縮小改為生態(tài)泄放閘，對溢洪道剩余四孔寬度加大，在遭遇設(shè)計洪水以下洪水時，生態(tài)泄放閘可不參與泄洪，使得生態(tài)泄放閘的獨立可控性得到保證。

取消左岸生態(tài)泄放洞后，改善了左岸魚道和過魚隧洞的布置條件，魚道的運行維護和過魚效果也得到了明顯改善。

10 推薦樞紐布置方案

在對各建筑物型式、布置條件、運行條件研究比較的基礎(chǔ)上，考慮環(huán)保、施工、移民、投資等，樞紐采取了泄洪建筑物和引水發(fā)電建筑物兩岸分置的布置格局。在左岸地面廠房方案、左岸地面廠房方案、右岸地下廠房方案、右岸地面廠房方案中，經(jīng)過地形地質(zhì)條件、運行條件、施工條件和工期、工程量、移民、環(huán)保、投資等綜合比較，四個方案在施工條件、工期、工程量、移民等方面差別不大，左岸地面廠房方案具有泄洪水流歸槽條件好，廠房機電布置等條件好、施工和運行期對寺廟環(huán)境影響小、投資較低等優(yōu)點，為推薦布置方案，即攔河壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩，右岸布置溢洪道、泄洪放空洞，左岸布置引水隧洞和地面廠房。生態(tài)泄放閘與溢洪道結(jié)合布置，魚道和過魚隧洞布置在左岸。

10.1 瀝青混凝土心墻堆石壩

瀝青混凝土心墻堆石壩壩頂高程2 480 m，壩頂長464.7 m，最大壩高112 m。上游壩坡1∶1.8，下游平均壩坡1∶1.9，上游壩殼與圍堰結(jié)合，瀝青心墻厚度為0.5～1.5 m，兩側(cè)各設(shè)粗、細兩層過渡層，每層水平厚度3 m。河床覆蓋層采用混凝土防滲墻防滲，防滲墻通過壩基廊道和心墻相接。

10.2 溢洪道

溢洪道布置于右壩肩，由引渠、控制段、泄槽、消力池組成。引渠底板高程2 442 m，中線長度185 m，寬度為83.5～133 m，平面轉(zhuǎn)彎半徑140 m?？刂贫尾捎肳ES堰，堰頂高程2 458 m，控制段設(shè)4個孔口，每個孔口尺寸為14.5×17 m?？刂贫沃胁吭O(shè)生態(tài)泄放閘，泄放閘采用WES堰，堰頂高程同溢洪道，孔口尺寸為4.5×17 m。泄槽段寬度80.5 m，水平長度178.98 m，底坡為0.01～0.75。消力池采用下挖式，長120 m，寬80.5 m，池深15 m，底板高程2 371.0 m。

10.3 泄洪放空洞

泄洪放空洞位于溢洪道右側(cè)，由進水塔、有壓段、工作閘門井、無壓段、明渠、挑坎組成，洞長701.2 m。進水塔塔高75 m，進口底板高程2 410 m，布置一道平面檢修門；有壓洞段長299 m，采用圓形斷面，洞徑9.2 m，末端漸變?yōu)榫匦螖嗝?，尺寸? m×6.3 m(寬×高)，采用1 m厚鋼筋混凝土襯砌；工作閘門井位于岸幕下游約12 m處，閘室長21.8 m，寬17 m，底板高程2 410 m，設(shè)工作弧門，2 430 m高程設(shè)啟閉機平臺，2 457 m高程設(shè)交通洞；無壓洞段采用城門洞型，洞寬9 m，高10 m，洞長380.4 m，底坡0.045，鋼筋混凝土襯砌厚度1 m；明渠長30 m，采用矩形斷面，寬9 m，底坡0.045；挑坎采用異型鼻坎，鼻坎頂高程2 394.34～2 400.42 m，挑坎反弧半徑65 m，挑角32°。

10.4 引水隧洞及進水口

進水口采用岸塔式，布置于左壩肩上游，底坎高程2 448 m，引水系統(tǒng)采用單管單機，4個進水口呈“一”字型并排布置，前緣總寬度為124 m。

引水隧洞由上平段、上彎段、斜井段、下彎段、下平段、錐管段及鋼襯段組成。4條隧洞平行布置，軸線間距31.0 m， 1#～4#引水洞長分別為：506.92 m、550.82 m、594.72 m及638.62 m。引水隧洞采用圓形斷面，鋼筋混凝土襯砌洞段洞徑12 m、鋼襯洞段洞徑10 m。

10.5 地面廠房

主廠房位于蘇洼龍溝上游，平行河道布置。主廠房總尺寸186.0 m×31.5 m×68.0 m(長×寬×高)，其中主機間長129 m，安裝間長57 m。主廠房內(nèi)共安裝4臺單機容量為300 MW水輪發(fā)電機組，機組間距30 m，一機一縫布置。尾水副廠房位于主機間下游，平面尺寸129 m×11.5 m×27.5 m。主變開關(guān)樓位于安裝間上游，平面尺寸為129 m×18.5 m×45.5 m。

11 結(jié) 語

(1)蘇洼龍電站壩址可利用河段較短，兩岸的地形地質(zhì)條件較好，但河床覆蓋層深厚。在樞紐布置格局比選中，建筑物的布置、運行、施工、安全等條件是決定性因素。

(2)環(huán)境因素是除地形地質(zhì)條件外影響樞紐布置格局的一個重要因素。在樞紐布置及建筑物的選型時，高度重視環(huán)境因素，通過采取措施減少了不利影響。

(3)推薦的樞紐布置格局，較好的適應(yīng)了壩址的地形地質(zhì)條件，將施工期和運行期對環(huán)境的影響降低到最小。在電站運行方面，泄洪建筑物和引水發(fā)電建筑物分置兩岸，不會相互干擾；泄洪消能建筑物布置于右岸，水流歸槽條件好，下游水流銜接平順，對河床和左岸沖刷較輕，利于保證工程安全。

(4)針對壩址河床覆蓋層條件和料源情況，攔河壩選擇對覆蓋層適應(yīng)性好，抗震性能高的瀝青混凝土心墻堆石壩，提高了攔河壩的安全性，減少了施工對環(huán)境的影響和水土保持工作。

(5)主要泄洪建筑物為溢洪道，出口采用底流消能，減少了霧化對周圍環(huán)境的破壞，對河床的沖刷和淤積作用較小，可保證攔河壩壩基抗滑安全，及對發(fā)電尾水的影響。

(6)地面廠房布置于蘇洼龍溝的上游，地形地質(zhì)條件較好，地面廠房施工、機電布置、照明、環(huán)境控制等條件較好，有利于節(jié)能環(huán)保。電站尾水位于消能建筑物上游，發(fā)電運行受泄洪影響小。

(7)生態(tài)泄放閘和溢洪道結(jié)合布置，改善了樞紐布置條件，做到主次結(jié)合，運行條件好，工程投資小。