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对某水电站工程建设施工探讨 叶建东，张洋 ( 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院) 摘要：本文归纳总结了水利水电工程水工设计方案 对比的重要性及原则，并对方案设计、工程投资、环境影 响等方案对比因素进行了论述。 关键词：水电工程；设计方案；对比 中图分类号：T V 5 2 + 3文献标识码：B 文章编号：1 6 7 2 4 0 1 1 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 1 8 0 0 2 0 前言 在水利水电工程建设中，除了有较完善的水利水电规划 外，还要在规划的基础上对工程设计的可行性方案进行对比 优化，选出最佳设计，以实现水利工程建设投资效益最大化。 本文通过总结多年设计和审查工作的经验，对某水电站的地 形地质条件、建筑材料、国内外工程经验以及各种坝型优缺 点的分析比较，结合本设计阶段的工作深度与要求，本阶段 对上坝址选择混凝土面板堆石坝、混凝土拱坝和混凝土重 力坝三种坝型进行枢纽布置研究与建筑物设计；对下坝址 以混凝土面板堆石坝为代表坝型进行枢纽布置研究与建筑 物设计。如何进行水利水电工程设计方案对比进行了分析， 并对方案对比的一些重要因素进行了论述。 1 上坝址枢纽布置及代表性方案 1 1 地形地质条件 上坝址上至降曲河口，下至俄德西沟沟口，河段长约3 k m ，河流流向以北向南流人坝区，河段水流湍急，多处跌 水险滩。枯水期江面高程约27 2 2 ，河面宽一般4 0 6 0m ， 最窄处2 9m ，最宽处6 2m 。正常蓄水位28 8 9m 高程，坝 轴线对应谷宽3 8 5m 。河道顺直，两岸山体雄厚，自然坡度 右岸4 0 4 5 0 、左岸4 5 5 0 0 。坝址区河谷呈对称的“V ”型 深切峡谷，阶地不明显。岸坡覆盖层主要分布于坝址左岸， 多为崩坡积物，一般厚度1 0 3 0m 不等。坝址区地层为华 力西期懂俄错中细粒云闪花岗闪长岩。坝址构造不发育， 以裂隙为主。 坝址河床覆盖层为漂卵石夹砂层，结构简单，厚度约 1 0 一1 5m ，属中等偏强透水层。坝址区弱风化带岩体透水 性不均一，微新岩体总体属微一弱透水。 1 2 枢纽布置方案 根据上坝址地形、地质条件，本阶段以面板堆石坝、 左岸溢洪道、泄洪洞、放空洞+ 右岸地下厂房长尾水为上 坝址的代表性方案。 ( 1 ) 大坝上游边坡坡比为1 ：1 4 。下游坡在高程2 8 0 2 5 0m 、28 5 2 5 0m 高程设两级马道，马道宽度为5 0 m 。高程28 5 2 5 0m 以上边坡坡比为1 ：1 6 ，以下边坡坡比 为1 ：1 5 。混凝土面板厚度t = 0 3 + 0 0 0 3 5 H 。上游高程2 8 0 0 0 0m 以下设有上游压重体及粘土、粉煤灰分区料。压 重体顶宽2 0 0m ，上游边坡坡比为l ：2 5 ，粘土边坡坡比为 1 ：1 6 ，粉煤灰分区边坡坡比为I ：1 6 。坝体分设有垫层料 区、过渡料区、主堆石料区、次堆石料区。下游边坡2 7 6 5 5 0m 高程以下设下游压重体。下游压重体顶宽5 0 0 m ，下游侧边坡为1 ：2 0 。坝体填筑方量约11 8 7 万m 3 。 ( 2 ) 泄洪建筑物。左岸布置一孔开敞式溢洪道，孔V I 尺寸1 5 0 2 3 5 ( m ) ，溢洪道控制段建基面高程28 4 4 0 0 m ，顶部高程28 9 6 0 0m ( 与坝顶高程相同) 。两条泄洪洞 平行布置于左岸，进水V I 塔顶高程28 9 6 0 0m ，进1 ：3 底高 程28 3 2 0 0 m ，事故闸门尺寸为1 2 1 4 ( m ) ( 宽高) 。1 。、 2 泄洪洞均为有压接无压泄洪洞，总长分别为15 8 9 0 2m 、 15 0 1 6 7m ，有压隧洞段过水断面直径1 4m ，无压隧洞段 过水断面尺寸为1 3X1 7 ( m ) ( 宽x 高) ，按照不同的围岩类 别采用不同厚度的钢筋混凝土进行衬砌，衬砌厚度为1 0 1 5m 。出口采用挑流消能，出坎流速约4 7 0m s 。放空洞 进口布置于2 。泄洪洞内侧，为有压接无压形式，总长1 3 5 4 6 8m 。有压段采用圆形断面，直径为9 5m ，无压段断 面尺寸为9 1 3 ( m ) ( 宽x 高) ，按照不同的围岩类别采用不 同厚度的钢筋混凝土进行衬砌，衬砌厚度为0 8 1 2m 。 出口采用挑流消能。 ( 3 ) 引水发电建筑物。进水塔前缘五台机组进水口呈 “一”字型并排布置。进水塔前缘长度1 5 2 0 0m ，塔体厚度 3 5 0 0m ，内设拦污栅、检修闸门、工作闸门及通气孔。四 台大机组( 2 5 ) 进水口工作闸门、检修闸门的孔口尺寸 均为8 0X 9 5 ( m ) ，一台小机组( 1 ) 进水口工作闸门、检修 闸门的孔口尺寸均为4 6X 4 6 ( m ) 。 压力管道采用单机单管供水，5 条管道平行布置。2 一 5 机组管道管轴线间距为3 2 7 0m ，1 小机组与2 。机组管轴 线间距为2 1 4 5m ，由上平段、上弯段、斜井段、下弯段及 下平段组成。2 。一5 机组管道长度为5 6 7 1 9 7 2 2 1 9m ， 管径9 5 0in ，1 。机组管道长度为5 3 1 8 8m ，管径4 6 0m 。 2 一5 。机组单机设计引用流量3 4 4 7 5m 3 s ，洞内流速为 5 1 5m s ，1 。机组引用流量8 1 9 0m 3 s ，洞内流速为4 8 9 m s 。斜井长度为8 2 6 8m ，斜井角度为6 0 0 。上平段、上 弯段和斜井段均为钢筋混凝土衬砌，下弯段和下平段为压 力钢管。 地下厂房布置在金沙江右岸坝体右侧山体内，采用首 部式布置方式。厂内布置四台单机容量为4 7 5 1 V I W 的混流式 机组( 2 。一5 ) 和一台单机容量为1 0 0 M W 的混流式环保生态 机组( 1 # ) ，机组安装高程均为26 8 6 7 0m 。主副厂房、主变 室、尾水调压室三洞室平行布置，主变室位于厂房与尾调 室之间，与主厂房之间岩柱净厚4 0 0 0n l ，与尾调室之间岩 柱净厚5 0 0 0m 。主副厂房与安装间按“一”字形布置，安 装间位于主厂房左侧，副厂房位于主厂房右侧。主厂房全 长2 5 6 6 0m ，厂房吊车梁以下开挖跨度2 6 8m ，岩锚吊车 梁岩台以上至顶拱开挖跨度2 9 4m ；厂房顶高程27 3 0 7 7 m ，底高程26 6 4 4 2m ，主机问总高6 6 3 5m ； 主变室长1 6 5m ，宽1 9 2 0I n ，顶高程27 2 7 0 2m ，底 板高程27 0 1 4 1m ，总高度2 5 7 1m 。设置地面出线场。 2 下坝址枢纽布置及代表性方案 2 1 地形地质条件 下坝址位于俄德西沟沟口下游约5 0 0m ，坝区河道呈弧 量坠堑叁量墨鱼壑呈! 丝墨尘星丝丝丝丝鱼星鱼 形凸向左岸，两岸山体雄厚，坡面连续，仅见少量浅表冲 沟，两岸呈略对称的“V ”型峡谷，自然坡度4 5 5 0 0 。河床 枯水期水深达5 8I l l ，河谷形态呈平底锅底型。坝址区出 露地层为花岗闪长岩、石英闪长岩。河床覆盖层最大揭示 厚度1 8 5in 。 坝址区无大区域性的构造出露，主体构造由小断层构 成，断裂不发育，主要以裂隙系统为主。 据勘探揭示，坝址区总体上相对隔水岩体q l L u ，左 岸垂直埋深1 2 0 1 4 0m 、河床7 0 9 0m 、右岸1 2 0 1 5 0 in ，在相对隔水岩体中，局部存在一些弱透水岩带。 坝址区地应力总体不高，两岸勘探平硐中未见与高地 应力相关的地质现象，河床钻孔基岩面以下大于5 0m 见少 量不规则灯盏状饼芯，据初步应力测试成果，坝址区应力 属低中等三维空间压应力区，最大水平主应力o r ，= 1 9 7 7 M P a ，方向N 7 4 。E 。 2 2 枢纽布置方案 根据下坝址地形、地质条件，本阶段以混凝土面板堆 石坝、右岸溢洪道、泄洪洞、放空洞+ 左岸地下厂房方案 方案为下坝址的代表性方案。 ( 1 ) 挡水建筑物。混凝土面板堆石坝坝顶宽1 4 0 0n l ， 河床趾板建基面最低高程为26 4 3 0 0m ，坝顶高程2 8 9 6 0 0m ，坝高2 5 3 0 0m 。大坝上游边坡坡比为1 ：1 4 。下 游坡在高程28 0 2 5 0m 、28 5 2 5 0m 高程设两级马道，马 道宽度为5m 。高程2 8 5 2 5 0m 以上边坡坡比为1 ：1 6 ，以 下边坡坡比为1 ：1 5 。混凝土面板厚度t = 0 3 + 0 0 0 3 5 H 。 上游在高程28 0 0 0 0 m 以下设有上游压重体及粘土、粉煤 灰分区料。压重体顶宽2 0 0m ，上游边坡坡比为1 ：2 5 ，粘 土边坡坡比为1 ：1 6 ，粉煤灰分区边坡坡比为1 ：1 4 。坝体 分设有垫层料区、过渡料区、主堆石料区、次堆石料区。 下游边坡2 7 6 5 5 0m 高程以下设下游压重体。下游压重体 顶宽5 0 0m ，下游侧边坡为1 ：2 0 。坝体填筑方量约18 6 4 万n i3 。 ( 2 ) 泄洪建筑物。右岸开敞式溢洪道孔口尺寸1 5 0 2 3 0 ( in ) ，控制段建基面高程28 4 4 0 0m ，顶部高程2 8 9 6 0 0m ，与坝顶高程相同。溢洪道控制段长4 5 0m ，分 别设工作门和检修闸门。前部设引渠段，控制段后部为泄 槽段，泄槽段采用变坡的形式，泄槽段后接挑流段，以挑 流方式消能。1 。、2 。泄洪洞进口塔体尺寸均为2 5 2 3X6 9 ( m ) ( 长X 宽高) ，塔顶高程28 9 6 0 0m ，进口底高程2 8 3 2 0 0m ，事故闸门尺寸为1 2 1 4 ( m ) ( 宽高) 。 1 。、2 。泄洪洞均为有压接无压型式，总长分别为1 0 1 8 6 5I n 、9 2 5 6 5m ，进口开挖边坡高度约2 2 0m ，有压隧 洞段过水断面直径1 4m ，无压段过水断面1 3X1 7 ( m ) ( 宽 x 高) ，按照不同的围岩类别采用不同厚度的钢筋混凝土进 行衬砌，衬砌厚度为1 0 1 5m 。出口采用挑流消能，出 坎流速约3 9 0m s 。放空洞为有压接无压型式，总长1 1 7 3 3 0m ，进口开挖边坡高度约1 0 0m ，进水口塔体尺寸均 为3 5X2 0 1 1 1 ( m ) ( 长x 宽x 高) ，塔顶高程28 9 6 0 0m ， 进口底高程27 9 0 0 0 m ，事故闸门尺寸为7X9 ( n 1 ) ( 宽x 高) 。有压段断面采用圆形，直径为9 m ，无压段断面尺寸 为9X1 3 ( n 1 ) ( 宽x 高) ，按照不同的围岩类别采用不同厚度 的钢筋混凝土进行衬砌，衬砌厚度为0 8 1 2m 。出口采 用挑流消能。 ( 3 ) 引水发电建筑物。电站进水口底板高程28 0 5 0 0 m ，塔顶高程28 9 6 0 0m ，塔底板建基面高程为28 0 0 0 0 m ，塔体总高9 6 0n l 。进水塔前缘4 台机组进水口呈“一” 字型并排布置，进水塔前缘长度1 3 4 0 0m ，塔体厚度3 5 0 0 m ，内设拦污栅、检修闸门、工作闸门及通气孔。工作闸 门、检修闸门的孑L 口尺寸均为8 0X 9 5 ( m ) 。压力管道采 用单机单管供水，4 条管道平行布置，管轴线间距为3 2 7 0 m ，由上平段、上弯段、斜井段、下弯段及下平段组成。管 道长度为7 2 1 4 6 7 9 0 7 9m ，管径9 5 0m 。单机设计引用 流量3 6 6m 3 s ，洞内流速为5 1 6m s 。斜井长度为7 7 5 0 m ，斜井角度为6 0 。，其中上平段、上弯段和斜井段均为钢 筋混凝土衬砌，下弯段和下平段为压力钢管。 地下厂房布置在左岸，厂内布置4 台5 0 0 M W 混流式机 组，机组安装高程为26 8 9 4 0n l 。主副厂房、主变室、尾 水调压室三洞室平行布置，主变室位于厂房与尾调室之间， 与主厂房之间岩柱净厚4 0 0 0n l ，与尾调室之间岩柱净厚 5 0 0 0m 。主副厂房与安装间按“一”字形布置，安装间位于 主厂房左侧，副厂房位于主厂房右侧。主厂房全长2 3 7 9 0 m ，厂房开挖跨度2 6 8m ，岩锚吊车梁岩台以上至顶拱开 挖跨度2 9 。4m ；厂房顶高程27 3 3 4 7m ，底高程26 6 7 1 2 m ，主机间总高6 6 3 5m 。 主变室长1 5 0m ，宽1 9 1 8m ，顶高程27 2 9 7 2m ，底 板高程27 0 4 1 1m ，总高度2 5 6 1m 。设置地面出线场。 ( 4 ) 尾水建筑物。尾水系统由尾水连接管、尾水调压 室、有压尾水隧洞和尾水明渠组成。四台机组布置两个尾 水调压室，调压室型式初步拟定采用简单圆筒式，内径采 用3 3m ，相应布置两条有压尾水隧洞a 尾水调压室启闭机 工作平台的高程为27 3 4 2 6m ，调压室的顶高程定为2 7 4 5 5 0m ，调室底板高程26 7 0 1 2m ，尾水调压室高7 9 3 8 m 。尾水调压室上游侧布置尾水管检修闸门，闸孔尺寸 1 0 1 5X1 4 0 1 ( m ) ( 宽X 高) 。调压室采用钢筋混凝土衬砌， 衬厚1 0m 。尾水洞采用有压洞，两条尾水洞平