黑河金盆水利樞紐工程關鍵技術

孫劍峰

（中國水電建設集團十五工程局有限公司 西安 710065）

1 工程概況

金盆水利樞紐工程是西安市黑河引水的主水源工程，是陜西省基礎設施建設的重中之重。其功能以向西安市城市供水為主，兼顧農田灌溉，結合發電和防洪。樞紐工程東距西安市80余km，相對高差110m，利用重力自流引水。黑河水量充沛、水流清澈、水質甘純、地形優越，是西安得天獨厚的理想水源。

樞紐工程由粘土心墻砂礫石壩、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、壩后電站、副壩、下游護岸等建筑物組成。水庫總庫容2億m3，年調節水量4.28億m3，向西安市供水3.05億m3；農業用水1.23億m3，灌溉農田2.47萬hm2。水電站裝機容量2萬kW，年發電量7308萬kW·h。工程共完成土石方1350萬m3，澆筑混凝土46萬m3，鋼筋制安2萬t，灌漿16萬m，金屬結構安裝2.31萬t。樞紐工程完成總投資16.32億元。西安市黑河引水工程總投資34億元。樞紐工程于1996年1月開工，2007年1月16日竣工，2007年12月20日驗收，工程質量等級核定為優良，工程質量達到了國內領先水平。

2 工程難點及技術措施

黑河金盆水利樞紐工程攔河壩高130m，是目前全國已建成的高粘土心墻砂礫石壩之一，大壩為一級建筑物，填筑質量要求高。施工中綜合應用了“先砂后土法”、“平起填筑法”等施工工藝，采用國際一流施工設備，保證大壩填筑質量。

粘土心墻上下游反濾砂標準要求高，所用渭河砂需水洗制備后才能填筑。購置了專用設備，在砂石料篩分場建立反濾砂水洗加工系統，按質量要求制備。

大壩7個土料場的土料含水量均超過17%～19%的最優含水率，需要翻曬制備。施工中開創應用了“土料逐層翻曬”、“堆土牛”等土料制備新工藝，使制備的土料符合填筑質量要求，保證了大壩填筑質量。

放水塔高114.4m，高度為當時全國同類工程之最，混凝土澆筑難度較大。放水塔混凝土入倉采用塔吊和混凝土泵相結合，采用先進的大塊翻轉模板，使混凝土澆筑質好工效高。

泄洪洞、溢洪洞均為高速水流隧洞，最大流速42.49m/s，抗沖耐磨標準要求高。襯砌混凝土采用抗沖耐磨C50FH混凝土和鋼纖維混凝土，增大了隧洞抗沖耐磨強度。

3 施工新技術研發與推廣

3.1 大壩快速填筑技術

大壩土石方填筑820萬m3，其中土料填筑153萬m3。大壩施工采用國際先進設備，開發新技術，創造了心墻土料月最高填筑15.2萬m3、壩殼砂卵石月最高填筑54萬m3、壩體月升高12m的高速施工紀錄。

3.2 土料制備技術

根據各土場土料含水量的高低、土性的差異、土場位置的不同，先后創造并成功應用了“土料逐層翻曬”、“堆土牛”法，深層土和表層土“機械摻拌法”，不同土性和不同含水量土料“料臺混和”法，土場“防雨抗滲”，心墻壩面雨天“防雨布苫蓋”技術，均取得顯著成效，提高了大壩心墻填筑質量，加快了施工進度。

3.3 大壩防滲心墻先砂后土施工技術

心墻是大壩填筑的關鍵項目。大壩防滲心墻施工先鋪反濾砂后鋪粘土，同層壓實，提高了心墻的防滲效果。經運行觀測，近3年大壩平均年沉降6.8mm，壩體變形基本趨于穩定，浸潤線與設計吻合，工況正常。壩體滲流382L/min，繞壩滲流523L/min，壩基帷幕灌漿阻水作用明顯。

3.4 柔性土工格柵擋土墻技術

在溢洪道進口采用柔性土工格柵擋土墻，解決了30m高的擋土墻穩定問題。在泄洪洞進口，采用柔性土工格柵擋土墻，避免了不均勻地基擋土墻結構穩定，以及工程布置中采用高架橋、大開挖方案引起的相關建筑物無法布置的問題，節約了工程投資。土工格柵擋土墻主要特點是施工簡便、適宜于各種地基、能有效解決高擋土墻的穩定問題。

3.5 國際先進施工設備運行管理技術

大壩施工采用了一批日本原裝大型國際先進的施工設備，如45t自卸汽車、6.3m3液壓正鏟、4.3m3液壓反鏟、520HP推土機、6m3裝載機、18t自行式振動碾等。

3.6 大壩上游坡面護坡技術

粘土心墻砂礫石壩上游護坡采用混凝土護坡、預埋排水管技術。水庫運行至今，護坡工作狀況良好，為石料缺乏地區水利工程建設提供了有益借鑒。

3.7 特大型斷面隧洞新奧法施工技術

泄洪洞和溢洪洞均為高速水流隧洞，隧洞開挖斷面寬14m、高17m，采用新奧法掘進。采用了先進的鑿巖臺車，混凝土襯砌采用鋼模臺車，鋼筋臺車。襯砌采用抗沖耐磨混凝土和鋼纖維混凝土。引水隧洞混凝土襯砌采用針梁鋼模臺車，3天襯砌10m，施工速度快，襯砌質量好。為提前向西安市供水創造了條件。

4 工程關鍵技術

該工程自主創新應用了異形鼻坎消能、壓浪頂板與孔口板技術、分層取水、先灌漿后開挖、倒L型防浪墻、密度桶法、道路穿越心墻布置技術、信息化數字化管理等9項新技術。

a.超高速水流防空蝕采用新材料。在泄洪洞和溢洪洞運行中存在著超高速（流速達42m/s）水流的空蝕問題。為此，設計在超高速水流區采用抗空蝕新材料HF混凝土，其特點是和易性優異，適于泵送，無高強混凝土的龜裂問題，抗空蝕性能優良。至今黑河金盆樞紐泄水量達15億m3，未發現破壞。

b.泄洪洞和溢洪洞采用特殊消能技術。泄洪洞采用擴散式直紋扭面異形鼻坎，泄放各級洪水時，水舌擴散充分，消能良好，下游流速及河床沖淤分布理想。溢洪洞為舌形擴散鼻坎，宣泄各級洪水時，水舌擴散充分，水力特性優良。

c.引水洞出口地下消力池采用壓浪頂板技術。由于引水洞出口消力池后水位波動，達不到向西安市供水時測流精度的要求，經與科研單位協作，通過模型試驗，在引水洞出口消力池采用壓浪頂板、測流渠前端設孔口板技術，滿足了向西安市供水時測流任務的要求。

d.放水塔采用分層取水的技術方案。考慮黑河水庫取水是以城市供水為主，兼顧農業用水，城市用水主要考慮水溫、濁度、浮游生物、溶解氧的分布情況，希望引用易處理、濁度低、浮游生物等雜質含量小的中層水。因此設計采用了三層分層取水方案，以適應庫水位變化對城市供水的要求。

e.特大弧門采用精軋螺紋鋼錨固新技術。對于泄洪洞特大弧門推力（62000kN）支絞大梁，采用精軋螺紋鋼錨固新技術，工藝簡單，施工方便，解決了傳統錨固技術復雜、造價高、工期長的問題。

f.大壩基礎處理采用先灌漿后開挖施工技術。大壩基礎處理采用先灌漿后開挖施工技術，保證了質量，工期相當，效益顯著。

g.道路穿越心墻布置技術。道路通過心墻布設既要保證上下游施工交通暢通，還要有利于大壩作業區劃分，更重要的是道路下面的已填筑土料不能發生剪切破壞。施工中采用路基底層鋪墊低含水量土料、面層為砂礫石料的結構型式，保證了心墻無剪切破壞。該技術簡單，施工費用低，保證了粘土心墻填筑質量。

h.大型閘門安裝精細“滴水不漏”。泄洪洞、溢洪洞采用特大弧門，弧門制造安裝精細，反復使用，無漏水現象。

i.壩頂防浪墻“倒L”型設計，防浪效果好。花崗巖飾面，既牢固又美觀。

j.現場“密度桶法”確定大粒徑砂礫料壓實標準，填補了該領域技術空白。該技術成果達到了國際領先水平，獲得中國電力建設科技成果一等獎，通過了國家級工法。

k.邊施工邊供水，解決了西安市人民生活生產用水的燃眉之急。在大壩施工期間，先完成臨時引水洞工程，采用低壩取水方式，提前向西安市供水。工程運行狀況良好，從根本上解決了西安市人民生活生產用水的燃眉之急。

l.工程運行管理實現信息化數字化。樞紐工程實行花園式管理和信息化運行管理。水文氣象實行衛星云圖遙感監測，樞紐工程關鍵部位實行視屏監控，設備運行實行遠程自動控制。大壩采用引張線自動監測技術，保證了黑河引水金盆水利樞紐工程運行安全可靠。

m.庫區實現封閉式管理。庫區綠化美化面積22.67hm2，取土場、棄渣場土地整治116.2hm2，天然林封育保護70680hm2，退耕還林1555.1hm2，荒山荒坡造林2666.7hm2，修建小型攔沙壩16座，溝頭防護50km。《西安市黑河引水系統保護條例》已全面實施，西安市公安局黑河分局正常執勤。

5 工程效益

西安黑河引水工程的建成，從根本上改變了西安市用水短缺狀況，補充了生態環境用水，改善了西安市生態環境，減少了地下水的開采量，減緩了西安城區地面沉降，有效遏制了地裂縫的發展。在保障西安人民生活安定、促進西安社會經濟快速發展方面產生了巨大的社會效益和經濟效益。該工程已獲得陜西省建設工程長安杯獎（省優質工程）和中國建筑工程魯班獎（國家優質工程）。