蒙古國都日根水電站設計方案的優化

侯國恩

（邯鄲市水利水電勘測設計研究院，河北 邯鄲 056001）

1 工程概況

蒙古國都日根水電站建在蒙古西部霍夫德盟都日根境內的泰諾哈拉依赫河上，是一座河床式水電站。樞紐工程包括電站主、副廠房、泄洪洞、魚閘和土壩。設計水頭13.5m，設計發電流量107.4m3/s，裝機容量1.2萬KW，安裝三臺ZD560－LH－250水輪發電機組。建筑物等別Ⅱ等，按8度地震烈度設防。

該工程初步設計由俄羅斯能源部國立水電勘測設計研究院于1993年完成。

該工程是中蒙雙方政府的第一個經濟技術合作項目，是在中國政府特殊政策安排下啟動，得到了中國財政部的特批后才得以實施。總投資3000萬美元。

2 地質勘察資料

壩址建在河道兩山夾一谷的出口處。該壩址的長度較小，河道縱坡大，上游庫區小，淹沒損失小，滲漏損失小。

電站建筑物地基地質勘察工作由俄羅斯于1993年3～6月完成，共布置鉆孔19個，總進尺254.7m；探坑17個，深度共21.5m；直流電法勘探13條剖面以及大量的室內試驗工作等。

地質勘察成果表明，壩址所在地兩岸為粗粒、中粒花崗巖，被數層輝綠巖巖脈侵入，屬古生代火成巖，較堅硬，表層風化破碎。左岸30m高，右岸約20m高。河灘寬200余米，其表層為新第三紀和第四紀沖積洪積物，漂石、卵石等，往下為砂壤土、壤土、碎石土、粘土、輝綠巖、花崗巖。

左岸地基內有沖溝，寬約20m，深16m，底高程約1131.50m。

3 混凝土壩段原設計方案

電站樞紐建筑物包括混凝土壩段和土壩段，混凝土壩段由電站主、副廠房、泄洪洞和魚閘組成。由于右岸花崗巖巖體較左岸低約10m，而且表面有較厚的松散的新第三紀和第四紀沉積物覆蓋，因此決定將電站混凝土壩段建在左岸花崗巖上。

本電站總裝機容量1.2萬KW，安裝三臺ZD560－LH－250水輪發電機組。根據運行需要，還需建有泄洪洞和魚閘，這些工程組成了混凝土壩段。根據各部分建筑物的水力計算和建筑、結構的設計，混凝土壩段垂直水流方向總長度為80.19m，由三個壩段組成，從左至右分別為：副廠房段長30.69m，主廠房段27m，魚閘和泄洪洞22.5m。為適應地基變化，主、副廠房在沖溝處分一條變形縫，并在沖溝處布置了副廠房集水井。詳見附圖1。

4 開挖出的實際地質情況：

該工程于2004年9月底正式開工，2005年8月在混凝土壩段基礎開挖過程中發現，實際地質情況與原地質報告出現了很大差異。主、副廠房座在基巖上，但魚道和泄洪洞段的地基卻是灰褐色的粉砂。挖到建筑物的基礎底高程1137.00m仍是粉砂，再挖探坑4m深即1133.00高程仍是粉砂，不見基巖。為什么現實情況與地質資料出現如此大的差異？經過與原俄羅斯該項目的設計項目負責人進行研究核實，原來是由于地質情況復雜多變，鉆孔2＃恰好布置在斷層的基巖側，略偏點即是粉砂，誤認為此處是基巖，故出現了這樣大的差異。

5 設計方岸變更

混凝土重力壩基礎建在軟基上是設計規范不允許的。為解決這一問題，我們提出三個方案進行優化比選：

（1）方案一：原設計方案不變，進行地基處理。將壩基以下粉砂挖除，用砌石混凝土回填。但是砂層深度不詳，用挖掘機挖探坑至壩基以下4m仍不見基巖，再繼續深挖很困難。由于受工地環境、交通運輸及工地施工機械的限制，地基開挖量和砌石混凝土回填量均難以預測，施工進度必然受到很大影響，很顯然此方案是不可行的。

（2）方案二：將整個混凝土壩段向左移動，避開砂層，使壩基全部座在基巖上。這樣混凝土壩段需要左移40m，還必須將部分引水渠和尾水渠作相應的移動，以保證引水和泄水的平順連接。由于左岸是高達30m的陡峭山脊，因此需要增加約5萬m3的石方開挖量，增加投資約240萬元。因施工場地和施工機械的制約，施工進度將拖延兩個多月。因此該方案也是不可行的。

（3）方案三：設法調整結構布置，縮短混凝土壩段長度，由原來的80.19m減少為57.80m，并向左移動11m，這樣可以避開砂層，將整個壩基座在基巖上。具體做法是：

① 把泄洪洞移到副廠房下邊，其泄水孔尺寸和高程不變，保持其原有的功能和作用。

② 將魚閘改建成魚梯，位置移至土壩右壩頭外，利用右壩頭上、下游兩個山凹開挖成階梯式水槽，做成隔板式混凝土結構槽式魚梯，魚梯全長約500m。魚閘結構形式的改變不僅擴大了施工作業面方便了管理，并且節省了投資。雖然增加土石方開挖量1.5萬m3，但節省混凝土2500m3，計入節省啟閉設備和鋼閘門的費用，總共節省投資約200萬元。

③副廠房結構布置：盡量減少巖石開挖量和混凝土工程量，將其垂直水流長度由原來的30.69m減少為24.77m。重新進行中控室和油、氣、水設備的布置，將結構布置更加合理和緊湊。

④ 主廠房：為滿足運行管理的需要，右端增加安全通道和樓梯間，其垂直水流方向長度由27m增加至33m。在增加的長度內布置了集水池、水泵房和辦公室等。由于主廠房長度已達33m，考慮當地晝夜溫差很大的氣候條件，為了適應混凝土干縮和結構受溫度變化的影響，按照規范要求，在2＃和3＃機組之間增設一道變形縫。（詳見附圖2）

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⑤ 引水渠和尾水渠：由于魚閘的改建，使引水渠和尾水渠的寬度均減少10m左右，混凝土和漿砌石量減少1070m3，投資減少約64萬元。

設計方案優化后混凝土壩段縱剖面圖詳見附圖2。

設計方案變更比較詳見下表：

通過以上三個方案進行優化比選，可以看出第三個方案是最優方案。該方案巧妙的調整了混凝土壩段的結構，減少了混凝土壩段的長度并適當的向左移動，避開了砂層地基，使壩基全部座在完整的基巖上。雖然土石方開挖量增加13400m3,但混凝土量減少5170m3,再計入魚閘啟閉設備和閘門的減少，總投資節省390萬元。

結語

設計方案的變更得到了業主（上海外經集團有限公司）、監理方（杭州亞太電力技術有限公司）和施工方（新疆北新建設工程集團有限責任公司）的認同，一致同意第三方案為最優方案。該方案順利通過了業主聘請的專家組的評審，也得到了蒙古國能源部的批準。目前，工程已經完工，運行良好。

[1]俄羅斯能源部國立水電勘測設計研究院編制“蒙古國都日根水電站初步設計說明書”[Z].1993.

[2]MP建設工程局地質勘察科學研究中心(НИЦИИС)“關于在ХовуЧонохарайх河建立水利發電站的現場地質勘察簡要說明書”[Z].1993.烏蘭巴托.研究所博士М.Мягмаржав.