峽谷河道當地材料壩樞紐布置研究

劉強 楊旭

摘 要：如何利用地形地質條件進行峽谷河道的當地材料壩樞紐布置是西部地區水電水利工程建設的一項重要設計內容，三岔河水電站進行擋水、泄水和引水發電建筑物多方案的布置和比選，提出了技術經濟均較優的樞紐布置方案，為類似工程提供了可借鑒的設計經驗。

關鍵詞：峽谷河道 當地材料 樞紐布置

中圖分類號：TV135 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0017-02

1 工程概況

三岔河水電站位于云南省保山市騰沖縣猴橋鎮，為二等大型工程。工程采用混合式開發，開發任務以發電為主，電站裝機容量3×24 MW，水庫正常蓄水位1895 m，總庫容2.74億 m3，具有年調節性能。

2 樞紐布置格局方案擬定的原則

（1）河道在壩址由西北向轉為西南向，左岸凸向右岸，左岸地形更有利于水工建筑物的布置。

（2）本工程總體上泄洪規模不大，比較容易解決泄洪消能問題。泄洪建筑物以開敞式溢洪道為主，泄洪隧洞為輔。

（3）結合石料場的選擇、泄洪（導流）隧洞的布置方式，研究溢洪道布置在右岸的技術可行性及經濟合理性。

（4）三岔河水電站為濱榔江流域的龍頭水庫，其工程安全關系到下游多個梯級的安危，且壩高接近百米，地震基本烈度為Ⅷ度，從本工程及梯級電站安全角度水庫在緊急情況（地震、面板開裂等）下應具備降低水庫水位的功能，所以有必要設置水庫放空設施。

3 樞紐布置格局方案

根據地形及地質條件和擬定的原則，對樞紐布置方案進行了篩選和研究，擬定了3個樞紐布置格局方案。

方案一：混凝土面板堆石壩、左岸溢洪道、左岸放空（兼導流）隧洞（尾部結合）、左岸引水發電系統。該方案的放空隧洞和導流隧洞完全結合，工作閘室布置在隧洞出口，下閘蓄水后改建，特點是完全利用導流隧洞，簡化了樞紐布置。如考慮防空隧洞兼顧泄洪，工作水頭為約78 m，從運行安全角度放空（兼導流）隧洞不參加泄洪。

方案二：混凝土面板堆石壩、左岸溢洪道、左岸放空隧洞（龍抬頭、進口抬高26 m）、左岸引水發電系統。該方案的放空隧洞也和導流隧洞結合，與方案一不同的是采用龍抬頭的方式，通過斜井與導流隧洞的前部結合，特點是部分利用了導流隧洞，隧洞為無壓洞，水庫淤積不影響隧洞進口。

方案三：混凝土面板堆石壩、右岸溢洪道、左岸泄洪放空隧洞、左岸導流隧洞、左岸引水發電系統。該方案的泄洪隧洞和導流隧洞單獨設置，特點是兩條隧洞均可一次建成，不需要改建，放空隧洞進口為1830 m，工作水頭約67 m，相比方案一降低了約11 m，利于安全運行，可參與泄洪，降低溢洪道規模。由于左岸建筑物較集中，布置溢洪道困難，將溢洪道布置在右岸，部分開挖料可作為堆石料上壩。

4 樞紐布置格局比選

4.1 工程地質

3個樞紐布置格局方案的大壩及引水發電系統布置均相同，主要差別在于溢洪道、放空洞和導流洞的布置。大壩及引水發電系統工程地質條件均可滿足工程建設要求，不制約樞紐布置格局的比選。

（1）左、右岸溢洪道方案比較。

方案一、方案二溢洪道布置于左岸，而方案三溢洪道布置于右岸。

左岸溢洪道長度短，開挖邊坡不高，溢洪道閘室泄槽段基礎基本可置于弱風化巖體上，但巖體風化較強烈，全風化巖體厚度較大，邊坡穩定性較差；右岸溢洪道長度大，開挖量大，開挖邊坡高，但巖體風化淺，邊坡穩定性較好，開挖料可用于大壩填筑。

方案三的右岸溢洪道方案邊坡工程地質條件優于方案一、方案二的左岸溢洪道方案。

（2）泄洪洞和導流洞布置方案比較。

方案三的泄洪洞和導流洞工程地質條件簡單，不存在明顯的地質缺陷，優于方案一和方案二。

4.2 樞紐建筑物

（1）壩址具備修建混凝土面板堆石壩的地形地質條件。

壩址河床部位沖積層薄，其下即為弱風化巖體，兩岸隨高程的增加風化加深，適合布置混凝土面板堆石壩。

（2）泄水建筑物。

3個方案樞紐布置的主要差別在于溢洪道和泄洪隧洞的布置形式。

通過分析比較，從泄洪隧洞與導流隧洞的不同結合形式及左、右岸溢洪道的布置看，國內外均有成功的工程實踐，在技術上均可行。從放空泄洪隧洞的布置看，方案三最優，不存在泥沙淤積和改造等問題，同時對施工導流和進度也是最有利的。從溢洪道的布置看，方案一和方案二布置在左岸，水流歸槽條件較好，方案三溢洪道雖然開挖規模較大，但右岸地質條件優于左岸，且可利用開挖料上壩，設置消力塘后可解決下泄水流的消能問題。從工程量和投資看，方案一與方案二基本相當，方案三較大。若水位存在降低的可能，方案一、三優于方案二。方案一和方案三水力學問題容易解決，方案二需通過模型試驗，調整龍抬頭上、下連接段的體型和摻氣減蝕措施。

（3）引水發電建筑物。

3個方案均采用相同的布置形式，布置相對獨立，與其他建筑物的干擾較小，不存在大的技術難題。

從樞紐布置的角度，方案三總體上優于方案一和方案二。

4.3 施工組織設計

（1）施工導流。3個方案的導流擋水建筑物規模基本相當，導流程序基本相同。導流泄水建筑物規模相差較大，方案一工程量最小；初期蓄水向下游供水，方案三可利用放空隧洞供水，不需要專門的供水建筑物，而方案一和方案二需要專門修建供水建筑物；方案一和方案二由于下閘后低高程無泄水通道，對工期的適應性較差，方案三對工期的適應性較強。

（2）從料源規劃方面來看，方案一和方案二基本相同，方案三可多利用右岸溢洪道的開挖料，減少石料場的開采量，方案三稍優。

（3）從施工交通運輸、主體工程施工、施工工廠設施及施工總布置方面來看，3個方案差別較小，方案三棄渣場規模較大。

（4）從施工總進度方面來看，3個方案的關鍵節點時間均相同。

在施工組織設計方面，以方案三較優。

（5）通過各專業比較，三個方案均無制約方案成立的因素，考慮到方案三工程總投資增加有限，但具有樞紐建筑物布置相對獨立，施工干擾小，便于施工組織的實施及初期蓄水期向下游供水，調度運行靈活等優點；特別是避免了方案一放空洞可能淤積的風險；采用方案三為推薦方案。

5 結語

山區河流一般河道較為狹窄，河岸岸坡一般較為陡峭，供樞紐各建筑物的布置空間比較狹小，各水工建筑物的協調布置是一個難題。

三岔河水電站通過樞紐布置格局比較，既解決了水庫泄洪和放空的問題，同時也為大壩提供了優質的筑壩材料，使開挖料得到了合理充分的利用，為類似工程提供了可借鑒的設計經驗。

參考文獻

[1] DLT5016-2011，混凝土面板堆石設計規范[S].國家能源局，2011.

[2] DL/T5166-2002，溢洪道設計規范[S].中國電力出版社，2003.

[3] 三岔河水電站壩址、壩型及樞紐布置格局選擇專題報告[Z].昆明院，2011.