桐子林水電站工程技術特點和難點

徐 勁 松, 何 長 青, 冷 超 勤

(雅礱江流域水電開發有限公司,四川 成都 610051)

1 工程概況

桐子林水電站位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內，距上游二灘水電站18 km，距雅礱江與金沙江匯合口15 km，是雅礱江下游最末一個梯級電站。電站裝機4臺，總容量為60萬kW，設計枯水年枯水期平均出力22.7萬kW，多年平均發電量29.75億kW·h，年利用小時數4 958 h。水庫正常蓄水位為1 015.00 m，總庫容0.912億m3，水庫具有日調節性能。水庫涉及鹽邊和米易兩縣，干流與二灘尾水銜接，一級支流(安寧河)回水至灣灘水電站，長度約7 km。桐子林水電站以發電任務為主，兼有下游綜合用水要求。

工程樞紐由左岸接頭擋水壩段、河床式廠房壩段、泄洪閘壩段、右岸接頭擋水壩段組成。壩頂總長度為439.73 m,壩頂高程1 020.00 m，最大壩69.50 m。

左岸擋水壩段(1#～3#壩段)長51.25 m，壩頂高程1 020.00 m，壩頂寬度13.00 m，最大壩高33.80 m；廠區樞紐建筑物主要由廠房主機間壩段(4#～8#壩段)、安裝間壩段、引水渠及其導墻、攔沙坎、尾水渠及其導墻、副廠房、主變及GIS室、進廠交通公路(上壩過壩公路)等組成，廠房壩段沿壩軸線總長215.40 m，順水流向最大寬度為89.60 m，最大壩高69.50 m；河床4 孔泄洪閘壩(9#～11#壩段)布置于河床右側，閘室順水流方向長60.00 m，最大閘壩高63.30 m，下游消力池護坦表面高程970.00 m，消力池長度為65.00 m；右岸導流明渠3孔泄洪閘壩(12#～13#壩段)，沿壩軸線方向長74.60 m，閘室順水流方向長度60.00 m，最大閘高58.00 m；右岸擋水壩段(14#～15#壩段)長50.48 m，壩頂高程1 020.00 m，最大壩高49.00 m。

桐子林水電站采用右岸明渠、主體建筑物分兩段三期進行施工的導流方式。一期建設導流明渠(包括部分泄洪閘和右岸擋水壩段)，2009年11月～2010年5月由縮窄的左河道過流，2010年6月～2010年10月由河道及明渠基坑過流，2010年11月～2011年5月由縮窄的左河道過流；二期建設河床4孔泄洪閘、電站廠房和左岸擋水壩段，由導流明渠過流；三期完建明渠內三孔泄洪閘及右岸擋水壩段，由主河床4泄洪閘過流。

桐子林水電站工程于2005年開始籌建；2010年9月25日通過核準；2010年10月20日正式開工；2011年6月導流明渠工程完工；2011年8月1日廠房和泄洪閘工程開工；2011年11月28日大江截流。本工程總工期78個月，其中準備工程工期25個月，主體工程工期41個月，完建期12個月。2015年3月底第一臺機組發電，2016年3月全部建成發電。

2 工程技術特點和難點

2.1 復雜地質條件下的高邊坡處理

桐子林水電站壩址河段順直、河谷開闊，為一不對稱的“U”型谷。右岸邊坡以F1斷層及影響帶為界，斷層及影響帶寬約30.0 m，F1斷層上游為混合巖，下游為砂頁巖互層，整個邊坡以破碎的Ⅴ類巖為主。邊坡高度最低約100.0 m，最高約160.0 m。邊坡開挖坡比較陡，一般為1∶0.7、1∶0.75，部分坡比1∶0.5。

中國水電顧問集團成都勘測設計研究院以地質勘探為先導，借鑒國內外其他類似工程經驗，通過邊坡穩定計算和科學分析，主要采取淺層噴錨，局部采取深層錨索的支護手段。右岸邊坡共布置錨索測力計13套，多點位移計4套。目前，監測數據無異常，邊坡整體處于穩定狀態。

2.2 框格式地下連續墻在水電工程中的首次應用

桐子林電站導流明渠布置在右岸灘地上，地質條件較差。局部基礎承載力低，抗沖性能很差，不宜作為地基。本工程主要對導流明渠末端左導墻樁號0+215.000～0+326.481 m及明渠樁號0+280～0+340.502 m范圍基礎采用地下連續墻加固。該區域覆蓋層深厚，不具備開挖建基的條件，同時該段基礎覆蓋層分界線變化較大，設置沉井施工困難，且施工工期較長。根據現場地質條件及實驗情況，經設計優化后，地下連續墻順河向設置2.5道，橫河向設置12道，結構形式采用框格式，框格間距順河向為10 m，橫河向導墻區域為10 m，明渠區域為17.5 m。

地下連續墻在水利水電工程中主要還是用作基礎防滲——即防滲墻，用于其它用途的地下連續墻并不多見。本工程采用框格式地下連續墻改善軟弱地基基礎，不挖除框格中的覆蓋層，直接用框格式連續墻結構承擔水平向和垂直向荷載的處理方法，拓展了地下連續墻在我國水利水電工程中的應用范圍，對類似工程具有借鑒意義。

2.3 左岸深厚覆蓋層灌漿設計與施工

桐子林水電站二期上游圍堰左堰肩覆蓋層厚約60～91 m，成分復雜，為沖洪積、塌滑堆積及崩積成因的砂卵石(alQ3)、砂層夾卵石層、塊碎石夾土、砂卵礫石夾粉細砂、碎石土。覆蓋層帷幕防滲軸線長193.9 m，有約70 m軸線在寬×高=3×3.5 m的涵洞內，防滲灌漿工程總量約2.33萬m，最深施工孔深為92 m，施工工期4個月，高峰平均施工強度為5 800 m/月。

針對地質條件復雜，施工技術難度大、工期緊、任務重，缺乏類似工程經驗借鑒的實際情況，施工隊伍成功研發了“套管--循環綜合灌漿法”、“預設花管模袋式分段阻塞灌漿法”等關鍵技術并得到了成功運用。通過灌漿，灌前先導孔滲透系數最小值為1.0×10-3cm/s，最大值為6.44×10-2cm/s；灌后檢查孔滲透系數最小為1.47×10-5cm/s，最大為1.38×10-4cm/s，質量檢查全部合格。

2.4 大流量、軟弱河床地基條件下的二期截流

桐子林水電站河床段覆蓋層厚20～30 m，最大厚度約35 m。分為三層，上、下層為砂卵礫石層，中部為粉砂質粘土層(厚10～28 m)。基巖為混合巖，為弱透水(Lu=1～10)。

經過水力學計算，二期截流預進占左戧堤拋投石渣料10.67萬m3，進占時段龍口最大平均流速為5.51 m/s，龍口最大落差2.58 m，龍口最大單寬流量21.75 m3/s·m，龍口最大單寬能量50.85 t/s。龍口拋投料總量為2.2萬m3。

桐子林參建各方高度重視大江截流，委托國內知名科研院校進行了截流模型試驗，經過充分論證研究，制定了行之有效的截流方案，并通過了國內相關導截流專業專家的評審，為成功實現雅礱江流域流量最大的大江截流奠定了堅實的基礎。

2.5 一期圍堰、二期圍堰防滲體系控制

桐子林水電站一期縱向圍堰采用了單排高壓旋噴防滲，高噴防滲墻共約4.2萬 m2，深度一般在40 m以內，最大深度約52 m；二期圍堰堰體采用復合土工膜芯墻防滲，最大防滲高度約13.0 m，堰基采用1.0 m厚混凝土防滲墻防滲，防滲墻共約2萬 m2，最大深度約67.3 m。一期、二期防滲體系施工均不足5個月，地質條件復雜，防滲深度大，防滲體系的質量控制關系到圍堰是否能成功閉氣，甚至可能會影響電站發電目標的實現。

在業主的主導下，監理單位狠抓過程質量控制，施工單位成立了以項目經理為首的質量管理領導小組，落實責任，嚴格獎罰制度。最終質量檢查鉆孔滲透系數：一期圍堰防滲墻為10-6～10-7 cm/s，二期圍堰防滲墻為10-6～10-8 cm/s，全孔可視為基本不透水，防滲效果顯著。經過2012年汛期5年一遇大流量洪水考驗，二期圍堰基本上“滴水不漏”。

2.6 高水頭、高流速條件下的三期圍堰截流

三期圍堰截流是導流明渠三孔泄洪閘施工的必要條件。導流明渠寬63.8 m， 設計流量為12 700 m3/s，單寬流量200 m3/s·m，渠內最大流速約12 m/s，各項指標為雅礱江流域同類工程第一，部分指標列國內前5，各項指標均列國內已建工程的前10。

雅礱江公司充分認識到了實現三期明渠截流任務的艱巨，在完成了二期截流施工后，即部署了三期截流工作。設計和施工單位積極與經驗豐富的高等院校和科研單位合作，以科學技術為先導，通過水力學模型試驗和原型試驗觀測，將使參建各方進一步了解三期截流的水力學特性，明確施工方案，有效解決技術上的難題。

2.7 電站引水排沙設計

桐子林水電站壩址上游2.5 km處的支流安寧河輸沙量較大，多年平均懸移質年輸沙量為1 240萬t，推移質年輸沙量為13.2萬t。該支流河口距壩址較近，淤積體泥沙將很快到達河口進入雅礱江干流，并逐漸向壩前推移。當淤積洲頭及推移質粗沙抵達壩前時，將涉及到攔截干流入庫泥沙﹑電站攔沙坎﹑推移質過壩及粗沙過機等較為突出的工程泥沙問題。

2012年業主已委托國內知名科研單位開展了桐子林水電站引水防沙模型試驗研究工作，以了解泥沙淤積過程，提出合理的水庫調度運行防沙，確定最優排沙方案。

2.8 定子、轉子、轉輪、座環等部件尺寸大

桐子林水電站主廠房尺寸為149.40 m×89.60 m×69.5 m(長×寬×高)，主機間安裝4臺軸流轉漿式水輪發電機組。機組具有設計水頭低、通流能力大、部件尺寸大(定子外徑17.6 m，810槽；轉子外徑15.318 m，磁極45對；轉輪直徑10.09 m，5個活動槳葉；座環外徑15.8 m，高度5.1 m)的結構特點。如何合理的安排機電安裝的施工布局，減少對土建施工的影響，確保按期實現達標投產發電、建精品工程的目標，是前期需要充分考慮的問題。

2.9 大泄量、軟弱基礎條件下的泄洪消能設計

桐子林水電站水頭低、洪水流量大，1000年重現期校核洪水流量23 600 m3/s，100年重現期設計洪水位流量18 300 m3/s。但限于壩址地形地質條件，左岸有成昆鐵路，右岸山高坡陡，溢流寬度受到很大限制，泄洪閘單寬流量較大，泄洪消能問題成為該工程樞紐布置的控制因素之一。通過對比研究和設計優化，本工程泄洪系統泄水建筑物由河床4孔泄洪閘壩和右岸導流明渠內3孔泄洪閘壩組成。泄洪閘堰頂高程994.0 m，孔口尺寸為16.0 m×21.0 m(寬×高)，閘墩中墩厚5.6 m，邊墩厚4.6 m，閘墩長度60.0 m。為獲得較好的泄流流態及消能效果，河床4孔泄洪閘壩閘墩采用寬尾墩進行輔助消能，閘墩在閘室后端將孔口寬度縮小至9.1 m。

下游消能防沖設計，河床4孔泄洪閘消力池池長65.0 m，寬85.4 m，消力池底板中部厚4.0 m，上游接尾水閘室尾部設6.0 m深齒槽，消力池尾端不設尾坎，但設6.0～10.0 m防沖齒槽。消力池下游附近，采用大塊石拋填護底。明渠3孔泄洪閘消力池不設輔助消能工。

3 結 語

相比國內其它大型水電站，桐子林工程規模不大，但難度不小。比如說，導流明渠要在兩個枯期建成，直到現在還有專家覺得是不可能的事；大流量、軟地基條件下的二期大江截流也是歷經艱險；框格式地下連續墻在水電工程中的首次應用，還有左岸深厚覆蓋層帷幕灌漿等技術難題也有待我們一一攻克。桐子林電站距離城市較近，對項目管理也提出了更高的要求。同時，對今后建設同類型電站具有一定的借鑒作用。參建各方將秉承“一分布置，九分落實”的工作態度和工作作風，將桐子林水電站建成精品工程。