西藏某水電站樞紐布置設(shè)計綜述

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，杭州，311122)

1 工程概況

某水電站位于西藏某河流上。樞紐主要由碾壓混凝土重力壩、壩后式廠房、左岸魚道組成。壩頂高程3451.00m，最大壩高118.00m，壩頂總長389m。

工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，工程規(guī)模為大(2)型，其永久性主要水工建筑物(擋水、泄水及引水發(fā)電系統(tǒng))按2級設(shè)計，次要建筑物(消力池)按3級設(shè)計，臨時建筑物按4級設(shè)計。大壩擋、泄水建筑物設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，相應(yīng)洪峰流量13600m3/s；校核洪水按2000年一遇考慮安全修正值后的相應(yīng)洪峰流量17000m3/s；消能防沖建筑物的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，相應(yīng)洪峰流量10300m3/s。水庫正常蓄水位3447.00m，死水位3440.00m，正常蓄水位庫容0.5528億m3，調(diào)節(jié)庫容0.1億m3，為日調(diào)節(jié)水庫，電站裝機容量660MW(4×165MW)，多年平均年發(fā)電量32.045億kW·h。

2 地形地質(zhì)條件

壩址處河流走向N15°E，枯水期水位高程3371.90m，江水面寬約92.4m～123.8m，正常蓄水位3447.0m處谷寬312.9m～353.4m，河谷呈較對稱的“V”型，兩岸地形較完整，左岸稍緩，高程3517.0m以下地形坡度39°～44°，右岸稍陡，高程3510.0m以下地形坡度44°～49°。

壩址出露地層巖性為喜山期黑云母花崗閃長巖，局部夾黑云母角閃石英閃長巖條帶狀巖脈，厚約30cm～50cm，局部3m～5m，兩者多呈裂隙接觸，局部呈熔融接觸。

壩址左岸弱風(fēng)化上段下限埋深0.0m～42.0m，弱風(fēng)化下段下限埋深19.0m～130.0m，微風(fēng)化下限埋深67.0m～150.0m；河床弱風(fēng)化下段下限埋深10.0m～60.0m，微風(fēng)化下限埋深48.0m～90.0m；右岸弱風(fēng)化上段下限埋深0.0m～28.3m，弱風(fēng)化下段下限埋深10.0m～52.0m，微風(fēng)化下限埋深48.0m～120.0m。壩址巖體較完整，以弱風(fēng)化為主，左岸坡卸荷相對強烈，左岸強卸荷水平深度0.0m～46m，弱卸荷水平深度50m～106m，右岸卸荷不深，強卸荷水平深度0.0m～30m，弱卸荷水平深度10m～58m。

兩岸地表多基巖裸露，河床覆蓋層最大厚度約35m。壩址區(qū)左岸上游發(fā)育有C8崩坡積體，左岸下游發(fā)育有泥石流溝，右岸下游發(fā)育有C12崩坡積體。

3 樞紐布置格局選擇

可研階段首先對泄洪孔口數(shù)量進行了初選，根據(jù)校核工況下泄流量，孔口數(shù)量基本為5個表孔+1個底孔，溢流前緣寬度約為120m，因為正常蓄水位3447.0m處谷寬312.9m～353.4m，布置了溢流壩段及底孔壩段后，剩余河谷寬度較窄，因此，主要選擇了以下兩種樞紐布置格局作為比選方案：

(1)方案一(壩后式廠房方案)：碾壓混凝土重力壩+左岸溢流表孔方案+右岸壩后式廠房方案。該方案優(yōu)點是樞紐布置緊湊，溢流壩段位于主河床略偏左，與下游河道平順銜接，泄洪水流歸槽順暢，且左岸大部分為基巖出露，抗沖刷能力強；壩后式廠房位于右岸內(nèi)凹地形處，開挖量少，整體邊坡高度不大。該方案的缺點是碾壓混凝土重力壩上同時布置了溢流壩段、底孔壩段及廠引壩段，孔洞較多，碾壓混凝土快速施工受一定影響。

(2)方案二(地下式廠房方案)：碾壓混凝土重力壩+河中溢流表孔方案+右岸地下式廠房方案。該方案優(yōu)點是攔河壩單獨布置在河谷中，泄洪建筑物布置較寬裕，水流歸槽順暢，碾壓混凝土重力壩孔洞少，有利于快速施工。該方案缺點是地下洞室群較多，引水系統(tǒng)線路長、洞徑大，布置復(fù)雜，水頭損失較大。

單從樞紐布置比較，壩后式廠房方案引水發(fā)電系統(tǒng)均布置在地面，規(guī)模適中，簡潔順直，兩岸開挖邊坡不高，處理工程量和難度不大，地面廠房的永久運行條件較好，水頭損失較?。坏叵聫S房方案抗震性相對較好，但大規(guī)模地下洞室群較多，引水系統(tǒng)布置較復(fù)雜，地下廠房的永久運行條件較差，水頭損失較大。再結(jié)合地形地質(zhì)條件、施工條件及工期、工程投資等其它方面比較，最終推薦方案一：碾壓混凝土重力壩+左岸溢流表孔方案+右岸壩后式廠房方案。

選定的樞紐布置如圖1所示。

圖1 選定方案樞紐布置

4 主要建筑物設(shè)計

工程樞紐主要由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、右岸壩后式廠房及左岸魚道組成。攔河壩上游立視圖見圖2。

圖2 攔河壩上游立視圖

4.1 擋水建筑物

4.1.1 碾壓混凝土重力壩

攔河壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高118.00m，壩頂總長389m。大壩共分17個壩段，1#-5#為左岸擋水壩段，壩長100.0m；6#-9#為溢流壩段，壩長98.0m；10#為沖沙底孔壩段，壩長22.0m；11#-14#為廠引壩段，壩長106.7m；15#-17#為右岸擋水壩段，壩長62.3m。

上游壩面在高程3362.50m以上鉛直，以下向上游折坡，折坡坡比1∶0.2。下游壩面壩頂至高程3431.00m間為鉛直段，往下通過半徑為20m的圓弧與下游壩坡1∶0.75相接。

4.1.2 壩段分縫及混凝土分區(qū)設(shè)計

壩體共設(shè)15條橫縫和1條短縫，擋水壩段橫縫間距20m，溢流壩段橫縫間距為21m或28m，廠引壩段橫縫間距為25m或25.35m。15#和16#壩段總長38m，考慮整體受力要求不分橫縫，為防止出現(xiàn)劈頭溫度裂縫，在兩壩段之間布置一條3m深短縫。攔河壩不設(shè)縱縫，但在廠壩間設(shè)一條結(jié)構(gòu)縫，該結(jié)構(gòu)縫在壓力鋼管以下2.3m進行接縫灌漿，以上為永久縫。溢流壩段與消力戽間設(shè)一道結(jié)構(gòu)縫。

壩體常態(tài)混凝土分4個區(qū)：Ⅰ區(qū)三級配C9020W8F200，為擋水壩段死水位以上壩頂混凝土；Ⅱ區(qū)三級配C25W8F200，為底孔(洞)周邊及廠引壩段頂部混凝土；Ⅲ區(qū)二級配C30W6F150，為溢流面臺階及壓力鋼管周邊混凝土；Ⅳ區(qū)二級配C40W8F200，為閘墩、反弧溢流面、消力戽抗沖磨混凝土等。

壩體碾壓混凝土分2個區(qū)：Ⅰ區(qū)三級配C9015W6F100，為壩體內(nèi)部混凝土；Ⅱ區(qū)二級配C9020W8F200，為死水位以下大壩上游面防滲混凝土；當(dāng)碾壓混凝土區(qū)域有模板、孔洞或岸坡基礎(chǔ)時則采用相同指標(biāo)的變態(tài)混凝土。

4.1.3 防滲及基礎(chǔ)處理設(shè)計

由于下游水位較高，為了防止下游水位繞滲，除了布置上游帷幕外，還在消力戽最下游側(cè)縱向廊道內(nèi)布置一道下游帷幕，并通過壩體橫向廊道與上游帷幕相連，使壩基與消力戽范圍形成一圈封閉的帷幕線。

壩基上游防滲帷幕根據(jù)左右岸地質(zhì)條件區(qū)別設(shè)計，左岸布置二排帷幕，河床及右岸布置一排帷幕?？咨钌钊雚≤3Lu相對水層以下5m，且孔深不小于上游水深的1/2，副帷幕孔深為主帷幕孔深的0.5倍。下游帷幕及兩岸帷幕孔深不小于下游水深的1/2，帷幕孔距為2m。

壩基排水采用抽排設(shè)計，為減少壩體內(nèi)廊道數(shù)量，加快碾壓混凝土施工，壩體內(nèi)上下游各布置1排縱向廊道，在消力戽尾端布置1排縱向廊道?？v向廊道內(nèi)布置一排主排水孔，孔距2m，孔深為帷幕的0.5倍。壩基和消力戽滲水分別集中排至大壩滲漏集水井及消力戽滲漏集水井，再抽排至下游。

4.2 泄洪沖砂建筑物

壩址多年平均懸移質(zhì)年輸沙量1580萬t，由于該工程庫區(qū)河谷狹長，庫容小、來水來砂量相對較大，工程泄洪頻繁，因此，本工程的泄洪消能與沖砂要求均十分突出。為此，通過設(shè)置溢流表孔、右岸沖砂底孔(校核洪水位工況下參與泄洪)以及排砂廊道，以期達到保證水庫調(diào)節(jié)庫容、降低壩前淤砂高程及保證電站進水口“門前清”的目的。

4.2.1 溢流表孔

溢流壩段布置在河床左側(cè)，共設(shè)5個表孔，消能方式采用“X”型寬尾墩+臺階壩面+戽式消力池的聯(lián)合消能方式。溢流堰頂高程3425.50m，堰頂控制斷面尺寸為14.0m×21.5m(寬×高)，采用WES堰型。閘墩下游側(cè)設(shè)置寬尾墩，寬尾墩出口寬度均為4.2m，尾墩寬度均為4.9m，收縮比為0.3，中間3個孔口的寬尾墩為對稱“X”型寬尾墩，左右兩個邊孔根據(jù)水流條件采用高低不對稱的“X”型寬尾墩，目的是防止水舌直接沖砸消力池邊墻。下游斜坡壩面坡比1∶0.75，設(shè)置階梯臺階，共31級臺階，首級臺階2.4m×0.9m(高×寬)，其余臺階尺寸為1.2m×0.9m。溢流表孔下游接消力戽，戽池長63m，凈寬90m，戽池底板頂高程3350.00m，池末設(shè)有反坡尾坎，坎頂高程3360.00m，坎前反坡坡比1∶2。尾坎下游設(shè)有混凝土護坦，護坦頂面高程3356.00m，護坦順?biāo)鞣较蜷L40m，護坦下游以1∶4的反坡延伸至河床3365.00m高程。

4.2.2 沖砂底孔

沖砂底孔壩段布置于溢流壩段右側(cè)。底孔采用有壓深式泄水孔型式，由進口段、壓力段和明流段組成。進口底板高程為3376.00m，控制斷面尺寸5.0m×8.0m(寬×高)，采用矩形孔口，進口段和出口段分別布置平板檢修閘門和弧形工作閘門，兩道閘門間鋼板襯砌的壓力段長50m，壓力段后接明流段，尾部設(shè)挑流尾坎，坎頂高程3377.53m，水流挑至消力戽池外下游河道。

4.2.3 排砂廊道

排砂廊道進口布置在廠引壩段進水口下部，共設(shè)4個排砂廊道進口，排砂廊道布置在廠引壩段實體混凝土內(nèi)。各排砂廊道由進口段、事故檢修閘門、支管段、主管段、出口工作閘門等組成，平面上采用“四合一”布置型式，主管出口段緊靠沖砂底孔右側(cè)布置，采用明流泄槽，窄縫式挑流消能方式。支管與主管采用鋼板，管徑3.2m。進口底板高程3383.00m，出口中心高程3381.75m。

4.2.4 生態(tài)流量泄放孔

在右岸15#壩段單獨布置生態(tài)流量泄放孔的進水口，滿足最小下泄流量為152m3/s的生態(tài)要求，該孔由進口段、事故檢修門閘門段、上水平段、豎井段、下水平段、出口工作閘門室和明流泄槽段組成，其中下水平段、出口工作閘門室和明流泄槽與排砂廊道主管出口工作閘門室和明流泄槽段共用，進口底板高程3413.0m。

4.3 引水發(fā)電建筑物

壩后式廠房布置在河床右岸，壩式進水口由攔污柵段、進口段、檢修閘門段和工作閘門段組成。進口底板高程為3408.5m，分別設(shè)檢修閘門和工作閘門，孔口尺寸分別為6.8m×9.2m(寬×高)和6.8m×8.5m(寬×高)。引水鋼管采用壩后淺埋管，采用單機單管，鋼管直徑為8.5m，鋼管外包鋼筋混凝土厚度1.5m，混凝土外表面與下游壩面齊平。鋼管在廠壩分界縫部位不設(shè)伸縮節(jié)，在廠壩分縫上、下游側(cè)各5.5m范圍內(nèi)設(shè)置11m長全包墊層鋼管，以適應(yīng)廠壩之間不均勻變形，墊層厚度5cm，攔污柵布置在懸出上游壩面9m的牛腿上。

廠區(qū)建筑物主要由主廠房(包括主機間及安裝間)、副廠房(包括上游副廠房、下游副廠房、中控樓)、升壓站、屋頂出線場、尾水渠及進廠交通洞等組成。廠房主機間長113m，高63.50m，上部寬29.5m，安裝4臺單機容量為165MW的混流式水輪發(fā)電機組。窯洞式安裝間布置在主廠房的右端，長50.00m。下游副廠房布置在下游尾水管擴散段上部空間，尾水平臺與廠區(qū)地面高程相同，為3387.50m。中控樓布置在安裝間下游地面以上，中控室布置在中控樓第2層。上游副廠房布置在廠壩之間，緊靠主廠房，GIS室布置在上游副廠房第5層內(nèi)。主變壓器布置在廠壩間平臺上，主變壓器可通過軌道進入安裝間進行檢修。屋頂出線場布置在上游副廠房屋頂。進廠交通洞布置在右岸，從安裝間右端進廠。

4.4 魚道

根據(jù)樞紐地形地質(zhì)條件，樞紐右岸山體陡峭且分布有大小沖溝，不具備布置魚道的基本條件，因此，魚道布置在左岸相對平緩的山坡上。魚道進口設(shè)置在導(dǎo)流洞出口下游處，采用連續(xù)繞彎的方式在左岸山坡上盤旋上升，直至庫區(qū)出口高程處。魚道長4030m，其中庫內(nèi)魚道長約400m。魚道最大高差約75m，魚道結(jié)構(gòu)型式采用豎縫式，斷面為矩形，凈水深3m，凈寬2.4m，魚池長3m，每20塊隔板設(shè)一個休息池，休息池長12m。

5 結(jié)語

西藏某水電站位于峽谷地區(qū)，樞紐布置合理地利用壩址區(qū)有利的地形地質(zhì)條件，很好地解決了壩址區(qū)崩坡積體、泥石流溝等主要工程地質(zhì)問題，同時，充分考慮水文泥沙條件、裝機規(guī)模等因素對樞紐的要求，總體布置合理。