猴子巖水電站開(kāi)關(guān)站布置設(shè)計(jì)

李治國(guó)，張羅彬，劉一

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，是大渡河干流水電規(guī)劃調(diào)整推薦22級(jí)開(kāi)發(fā)方案中的第9個(gè)梯級(jí)電站，上游為丹巴水電站，下游為長(zhǎng)河壩水電站。電站距省會(huì)成都市約402 km，對(duì)外交通條件較好。電站裝機(jī)容量1700 MW(425 MW×4臺(tái))，單獨(dú)運(yùn)行多年平均年發(fā)電量70.15億kW·h，上游出現(xiàn)雙江口水庫(kù)后多年平均年發(fā)電量73.64億kW·h。

在猴子巖水電站建成前期，丹巴水電站以2回出線接至康定(大杠)550 kV 變電站，猴子巖水電站投產(chǎn)后，將這2回500 kV 線路“Ⅱ”接入猴子巖水電站，丹巴水電站的電能通過(guò)猴子巖水電站送出至康定(大杠)。另新建1回猴子巖～康定(大杠)的500 kV 線路，最終本電站以3回出線接入康定(大杠)550 kV 變電站。因此，本電站的接入系統(tǒng)方式為:電站以500 kV 一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，出線5回，其中2回至丹巴變電站，3回至康定(大杠)變電站。

2 地形地質(zhì)條件

猴子巖水電站壩址河谷狹窄，形態(tài)呈較對(duì)稱的“V”型谷，無(wú)較寬闊的階地分布。河谷兩岸地形陡峻，臨河坡高大于800 m，左岸1900 m 高程以下地形坡度一般為60°～65°，以上變緩為30°～40°，右岸2000 m 高程以下地形坡度一般為55°～60°，以上為40°～50°。壩址區(qū)河床覆蓋層一般厚度為41.2～67.77 m，最大厚度為85.5 m。

3 地面場(chǎng)址比選及結(jié)論意見(jiàn)

3.1 地面場(chǎng)址比選

無(wú)論地面開(kāi)關(guān)站或地下開(kāi)關(guān)站都需要一個(gè)地面的場(chǎng)地來(lái)布置相應(yīng)的GIS 設(shè)備或出線設(shè)備。根據(jù)壩址區(qū)的地形地質(zhì)條件、樞紐總體布置格局、出線設(shè)備布置及霧化等因素，擬定了2個(gè)方案進(jìn)行比較。方案一:壩軸線下游約480 m 處右岸高程1850 m 坡地場(chǎng)址方案;方案二:壩下游壓重體場(chǎng)址方案。

3.1.1 方案一:壩軸線下游約480 m 處右岸高程1850 m 坡地場(chǎng)址方案

(1)工程地質(zhì)條件。

圖1 右岸場(chǎng)地后坡地形地貌圖

方案一中的場(chǎng)址布置于壩軸線下游約480 m處右岸1850 m 高程坡地(圖1)。場(chǎng)址以上的自然邊坡高約700 m，自然邊坡總體走向SN，順河長(zhǎng)度約200 m。地形坡度陡緩相間，1850～2000 m 高程邊坡坡度約為45°，2000～2200 m 高程為陡崖，坡度約為75°，2200 m 高程以上約為40°。在陡崖坡腳處高程2000～1750 m 處、陡崖頂部2200 m 高程以上地形稍緩地帶，分布有一些崩坡積物的覆蓋層，其厚度為6 m 左右，崩坡積物的覆蓋層主要由塊碎石土組成，較松散，其他大部分基巖祼露;2200 m 高程以上地形稍緩地帶植被發(fā)育較好，陡崖處植被不發(fā)育。

該場(chǎng)址置于弱風(fēng)化上帶、強(qiáng)卸荷帶巖體上，場(chǎng)地整體穩(wěn)定，但巖體破碎，呈塊裂結(jié)構(gòu)，其承載力和抗變形能力基本滿足要求。經(jīng)過(guò)地表地質(zhì)調(diào)查，場(chǎng)址以上自然邊坡分布較多危險(xiǎn)源，主要以危石群為主，分布于后坡陡崖地段。自然邊坡分布的危石和危巖體在風(fēng)化、卸荷、地震等外因的作用下可能會(huì)發(fā)生滑落、崩塌破壞，總體穩(wěn)定性差。

(2)地面建筑物的基礎(chǔ)處理及邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)。

場(chǎng)址基礎(chǔ)座落在基巖上，承載力和變形能力基本滿足要求。場(chǎng)址后緣自然邊坡為崩坡積堆積，其厚度為6 m 左右，基座較陡。開(kāi)挖邊坡處理措施為:將場(chǎng)址后緣陡崖下的崩坡積堆積全部清除，并對(duì)該部分邊坡進(jìn)行噴錨支護(hù)處理，擬定的支護(hù)參數(shù)為:錨桿φ28/φ25，L=6/4.5 m，間、排距1.5 m;掛網(wǎng)φ6.5，間排距0.15 m，噴C20混凝土厚0.15 m，隨機(jī)預(yù)應(yīng)力錨索180 t，L=45 m。在開(kāi)挖邊坡底部設(shè)置混凝土擋墻(圖2)。

圖2 混凝土擋墻布置圖

對(duì)于崩坡積體以上自然邊坡，根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)條件，對(duì)危巖體進(jìn)行清除和嵌補(bǔ)，采用主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)，并在邊坡較緩部位以及陡崖頂部設(shè)置被動(dòng)網(wǎng)，層層攔截滾石。

3.1.2 方案二:壩下游壓重體場(chǎng)址方案

(1)工程地質(zhì)條件。

圖3 壩肩危石群

方案二中的場(chǎng)址布置于壩后壓重體上，場(chǎng)地開(kāi)闊，地基屬壩體的一部分，經(jīng)分層碾壓后密實(shí)度有所提高，其承載力基本滿足要求。但該場(chǎng)址兩岸自然邊坡高陡，約800～1000 m，河谷強(qiáng)烈下切導(dǎo)致谷坡向臨空方向產(chǎn)生較強(qiáng)烈卸荷(圖3)。在構(gòu)造地質(zhì)作用及物理地質(zhì)作用下，自然邊坡上多發(fā)育危石及危巖體等危險(xiǎn)源，多以落石等形式產(chǎn)生坡面地質(zhì)災(zāi)害。

(2)地面建筑物基礎(chǔ)處理及邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)。

場(chǎng)址位于壩后壓重體上，為滿足基礎(chǔ)承載力及不均勻沉降，需對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行特別處理，方法為壓重體的堆石料采用與壩體相同質(zhì)量的堆石料并采用一樣的施工工藝。

場(chǎng)址無(wú)開(kāi)挖邊坡，但兩岸自然邊坡需要進(jìn)行處理。根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)條件對(duì)危巖體進(jìn)行了清除，并采用主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)，防護(hù)范圍順河方向:壩軸線下游至尾水渠上游高程1750～2200 m 左右，并在高程2200 m 左右布設(shè)被動(dòng)網(wǎng)，以防護(hù)高程2200 m 左右以上的滾石。

3.2 結(jié)論

(1)基礎(chǔ)條件比較:方案二中的場(chǎng)址布置在壩后壓重體上，堆石填筑的最大厚度約為80 m。雖然采用了特別處理措施，但基礎(chǔ)的沉降變形仍存在不可控性。方案一中的場(chǎng)址置于弱風(fēng)化、強(qiáng)卸荷帶巖體上，場(chǎng)地整體穩(wěn)定，基礎(chǔ)承載力和抗變形能力滿足要求。

(2)自然邊坡的影響比較:方案二中的場(chǎng)址布置在壩后壓重體上且場(chǎng)地面積較大，左右兩岸邊坡的滾石都會(huì)對(duì)其構(gòu)成威脅。為保證場(chǎng)地安全，需對(duì)壩下游側(cè)左右兩岸自然邊坡的危石(群)進(jìn)行處理且處理范圍較大，處理工作量和難度也很大。方案一由于場(chǎng)址布置在一側(cè)岸坡且高程較高，相對(duì)而言影響其安全運(yùn)行的自然邊坡的危石(群)范圍相對(duì)較小，就自然邊坡支護(hù)工程量而言，方案一比方案二小。

根據(jù)對(duì)基礎(chǔ)條件和自然邊坡進(jìn)行的影響分析，方案一將場(chǎng)址選在右岸1850 m 高程基礎(chǔ)處理較為落實(shí)，從而最大限度地避免了自然邊坡危險(xiǎn)源的影響。

4 開(kāi)關(guān)站布置位置比選及結(jié)論

4.1 布置位置比選

鑒于GIS 設(shè)備可能布置于地面或地下，開(kāi)關(guān)站相應(yīng)的分為地面開(kāi)關(guān)站和地下開(kāi)關(guān)站。

(1)地下開(kāi)關(guān)站方案。GIS 設(shè)備布置于地下，500 kV 設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性有所提高。

(2)地下開(kāi)關(guān)站方案。GIS 布置在地下洞室內(nèi)，受地質(zhì)條件的限制，地下GIS 室的寬度較小，現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)具有一定難度:若GIS 和GIL 分別作耐壓試驗(yàn)，則GIS 的耐壓試驗(yàn)受地下洞室的空間限制，試驗(yàn)設(shè)備只能布置在地面出線場(chǎng)附近。通過(guò)對(duì)GIL 對(duì)GIS 進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，同時(shí)完成GIL的試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備容量需滿足所試GIS 和GIL 之和，試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)高、試驗(yàn)難度大。地下開(kāi)關(guān)站方案的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比地面開(kāi)關(guān)站方案復(fù)雜、投資相對(duì)較大。

(3)根據(jù)目前的接入系統(tǒng)方案，電站500 kV出線5回，其中2回至上游的500 kV 丹巴變電站，3回至下游500 kV 康定(大杠)變電站。開(kāi)關(guān)站布置在地下，丹巴變電站輸送的電能需先從地面出線場(chǎng)引下至地下GIS，再?gòu)某鼍€洞送回地面出線場(chǎng)，輸電損耗略有增加，輸電潮流合理性相對(duì)較差。

4.2 結(jié)論

GIS 設(shè)備布置在地下，設(shè)備運(yùn)行可靠性較高，但耐壓試驗(yàn)難度大，輸電損耗略有增加，土建投資增加，輸電潮流合理性相對(duì)較差。GIS 布置在地面GIS 樓內(nèi)，設(shè)備運(yùn)行可靠性相對(duì)較低，但在采取必要的自然邊坡和結(jié)構(gòu)處理措施后，可以提高GIS 等機(jī)電出線設(shè)備運(yùn)行的可靠性(圖4)。

5 猴子巖水電站500 kV 開(kāi)關(guān)站布置方案

在綜合考慮地形地質(zhì)、建筑物、機(jī)電設(shè)備布置等主要因素并通過(guò)比選設(shè)計(jì)后，將地面開(kāi)關(guān)站布置于壩軸線下游約480 m 處右岸1850 m 高程坡地。

圖4 地面開(kāi)關(guān)站邊坡開(kāi)挖支護(hù)圖

具體設(shè)計(jì)方案為:地面開(kāi)關(guān)站布置于右岸壩軸線下游約480 m、1850 m 高程的坡地。開(kāi)關(guān)站采用長(zhǎng)條型布置，尺寸為160 m×20 m。為盡量減少邊坡滾石對(duì)GIS 設(shè)備的危害，在GIS 樓后部設(shè)置擋墻以攔截滾石。主變壓器布置于壩下游側(cè)右岸山體內(nèi)平行于主廠房洞室的主變室內(nèi)。主變室和開(kāi)關(guān)站通過(guò)一條布置有4回500 kV 電纜的出線洞連接。

開(kāi)關(guān)站后緣邊坡為崩坡積體堆積，且基座較陡，在邊坡處理時(shí)，需將其全部清除。擬定支護(hù)參數(shù)如下:采用錨桿φ28/φ25，L=6 m/4.5 m，間、排距1.5 m;掛網(wǎng)φ6.5，間排距0.15 m，噴C20混凝土0.15 m，隨機(jī)預(yù)應(yīng)力錨索180 t，L=45 m。崩坡積體以上自然邊坡總體走向SN，順河長(zhǎng)度約為200 m。2000～2200 m 高程為陡崖，坡度約75°，高程2200 m 以上約為40°。根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)條件，對(duì)危巖體進(jìn)行了清除和嵌補(bǔ)，采用主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)，并在邊坡較緩部位以及陡崖頂部設(shè)置被動(dòng)網(wǎng)，層層攔截滾石。

6 開(kāi)關(guān)站布置設(shè)計(jì)特點(diǎn)

6.1 自然邊坡問(wèn)題

對(duì)于高山峽谷地區(qū)，在做好開(kāi)挖邊坡支護(hù)的同時(shí)，自然邊坡的防護(hù)目前也是邊坡整治的重點(diǎn)。自然邊坡的防護(hù)不僅要考慮施工期工程區(qū)的安全，而且在有建筑物布置時(shí)，還需考慮其運(yùn)行期的安全。自然邊坡防護(hù)的投資占工程投資的很大部分，且其工期也可能影響到主體工程的開(kāi)工時(shí)間。因此，在做地面建筑物設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮這方面的影響。方案一中的場(chǎng)址布置在一側(cè)岸坡，且高程較高，相對(duì)而言，影響其安全運(yùn)行的邊坡(特別是環(huán)境邊坡)的危石(群)范圍、處理工作量和難度相對(duì)較小。

6.2 建筑物基礎(chǔ)問(wèn)題

該工程壩址區(qū)河床覆蓋層一般厚度為41.2～67.77 m，最大厚度為85.5 m。設(shè)計(jì)中比較的場(chǎng)址布置于壩后壓重體上的方案場(chǎng)地開(kāi)闊，地基屬壩體的一部分，為填筑的塊碎石土，結(jié)構(gòu)不均一，經(jīng)分層碾壓后密實(shí)度有所提高，承載力基本滿足要求，但基礎(chǔ)的不均勻沉降依然存在，將影響設(shè)備的運(yùn)行。方案一中的場(chǎng)址布置于右岸邊坡開(kāi)挖出的平臺(tái)上，基礎(chǔ)承載力和抗變形能力滿足要求。

6.3 GIS 設(shè)備布置問(wèn)題

GIS 設(shè)備布置于地下，運(yùn)行的可靠性和安全性有所提高，但地下洞室的開(kāi)挖跨度亦將增加，且試驗(yàn)設(shè)施的難度也隨之增加。猴子巖水電站500 kV 出線5回，丹巴變電站輸送的電能需通過(guò)本工程的GIS 設(shè)備。如果將GIS 設(shè)備布置于地下，那么，輸電損耗將略有增加，輸電潮流合理性相對(duì)較差。方案一采用地面GIS 方案輸電潮流合理，將GIS 布置在地面GIS 樓內(nèi)，設(shè)備運(yùn)行可靠性相對(duì)較低，但除進(jìn)行必要的自然邊坡處理外，在GIS 樓后方設(shè)置擋墻攔截滾石，通過(guò)層層防護(hù)，在很大程度上提高了GIS 等機(jī)電出線設(shè)備運(yùn)行的可靠性。