西南水利水電工程考察對新疆水利工程建設的啟示

李淑珍

（新疆水利水電規劃設計管理局，新疆 烏魯木齊830000）

0 前言

隨著我國水利水電工程開發建設的持續快速發展和設計、施工技術的不斷進步，提高水利水電行業勘測設計管理及勘測設計、施工水平日益受到重視。當前長距離引調水工程、超埋深隧道掘進技術、以及高壩的筑壩技術和泥沙處理技術，已成為新疆后期水電建設遇到的難點問題。為進一步提高新疆水利水電行業勘測設計管理及勘測設計、施工水平，新疆水利廳組織規設局及相關勘測設計單位，跨甘肅、陜西、四川以及云南等四省，實地考察了位于陜西省的引漢濟渭工程、位于四川省境內的大渡河流域枕頭壩、瀑布溝和大崗山水電站工程、雅礱江流域錦屏一級、二級水電站工程、位于云南省的瀾滄江糯扎渡水電站工程等已運行和在建的十余座水電工程項目。通過考察，了解有關水利水電項目建設在我國乃至世界的發展水平及水利水電工程新技術、新產品的應用，從而使成功經驗和先進技術加以引進，加快新疆水利水電工程建設步伐。

1 西南水利水電工程建設特點

1.1 引漢濟渭工程

引漢濟渭工程位于陜西省中南部的秦嶺山區，跨越黃河、長江兩大水系，分布于陜南、關中兩大自然區，屬跨流域調水工程。由黃金峽水利樞紐、秦嶺輸水隧洞（黃三段和越嶺段）、三河口水利樞紐三大部分工程組成。工程取水點位于漢江干流規劃的黃金峽水庫和其支流子午河中游規劃的三河口水庫，經98 km秦嶺特長隧洞明流輸水進入關中配水管網。設計引水流量70 m3/s，至設計水平年年調水量15億m3。估算總投資184.2億元。

該工程利用黃金峽水利樞紐壩后泵站（黃金峽泵站）提取漢江水，揚水高度117 m，通過16.5 km秦嶺隧洞黃三段輸水至三河口水利樞紐壩后右岸控制閘，從控制閘直接進入81.78 km秦嶺輸水隧洞越嶺段送入關中地區，多余水量（黃金峽泵站流量大于關中地區需水量部分）經控制閘由三河口泵站提水85.6 m入三河口水庫存蓄，當黃金峽泵站抽水流量不滿足關中地區需水量時，由三河口水庫放水補充。

秦嶺輸水隧洞越嶺段平均縱坡1/2500，分段采用6.76m×6.76 m的馬蹄型斷面和6.92 m/7.52 m的圓型斷面。其中進口段26.14 km和出口段16.55 km采用鉆爆法施工，為馬蹄型斷面；穿越秦嶺主脊段39.08 km采用TBM法施工，洞身最大埋深2000 m，沿線共布設10條施工支洞，全長22.37 km。

引漢濟渭工程難點：

①工程斜井與主洞獨頭壓入式通風最大長度已經達到4759.16 m，對現有通風設備是極大考驗。

②3號勘探試驗洞支洞口與主洞交叉口高差達到341 m，設計縱坡達到8.15%，正洞最大設計涌水量達到4805.24 m3/d，長距離反坡排水為控制隧洞掘進的關鍵因素。

③3號洞最大埋深達1230 m，根據隧洞已揭露圍巖情況顯示，隧洞因埋深較大，高地應力大，巖爆現象較為劇烈。

④隧洞采用無軌運輸，因此長距離反坡行車運輸及安全成為工程出渣難點。

1.2 大渡河流域大崗山水電站工程

大崗山電站水庫大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高210 m，壩頂厚10 m，壩底厚52 m，總庫容 7.42億 m3，調節庫容1.17億m3，回水長度29.43 km，具有周調節能力。引水發電系統布置于河床左岸，為地下式廠房，總裝機2600 MW（4×650 MW），最大水頭 178 m，最小水頭156.8 m，額定水頭160 m。發電引用流量1834 m3/s(4×458.5 m3/s)，保證出力636 MW，多年平均發電量114億kW·h。工程影響人口3781人，影響土地27581畝。估算總投資179.94億元，工程于2005年9月開工，2014年首臺機組發電，2016年竣工。

工程亮點：大崗山電站施工采用長距離雙層皮帶機進行出渣及運送骨料。架設長度7.5 km，皮帶機高架于空中，與其他施工作業互不干擾，施工棄渣通過皮帶機直接送入渣場，所用骨料又通過皮帶機的另一層運回施工作業面。設計合理，運行方便，節約能源。

工程難點：大崗山電站右壩肩深部卸荷裂隙的補充勘探和加固處理。

1.3 雅礱江流域錦屏水電站工程

1.3.1 雅礱江錦屏一級水電站

錦屏一級水電站大壩為雙曲薄拱壩，設計壩高305 m，為目前世界上已建和在建工程中最高的雙曲薄拱壩。具有三不對稱特點：壩址地形不對稱、壩址兩岸地質條件不對稱、拱壩體形及應力不對稱,其施工難度為世界罕見。水庫正常蓄水位1880 m，死水位1800 m，正常蓄水位對應庫容77.65億m3，調節庫容49.1億m3，屬年調節水庫。壩址區地震烈度為Ⅶ度，相應的動峰值加速度為0.10 g。

壩后地下式廠房位于右岸壩下游山體內，采用中部式廠房布置方案，單機單管引水，水輪機發電機組單機引水流量為337.4 m3/s，最大水頭為245 m，最小水頭為152.4 m。電站總裝機3600 MW（6臺×600 MW）。工程影響人口6812人，影響土地77831畝。估算總投資238.0299億元.

工程特點：由于壩身泄洪水頭高，采用“壩身分層出流、空中水舌碰撞、水墊塘消能”的消能方式。

主要技術難題：左岸超高邊坡的開挖與支護，及左岸深部卸荷巖體高壓固結灌漿基礎處理；高山峽谷復雜地形下的施工組織設計；高地應力區的大型地下引水發電洞室群設計和施工；砂石骨料的開采、加工和運輸等。

1.3.2 雅礱江錦屏二級水電站

錦屏二級水電站利用雅礱江150 km錦屏大河灣的天然落差，截彎取直開挖隧洞引水發電。閘壩址位于錦屏一級下游7.5 km，閘址處多年平均流量1220 m3/s。閘壩主要由泄洪閘和兩岸重力式擋水壩段建筑物組成，全長165 m，最大閘高34 m。水庫正常蓄水位1646 m，相應庫容1428萬m3，調節庫容為496萬m3，具日調節能力，與一級同步運行同樣具年調節特性。布置四條發電洞，單洞平均長度16.65 km，襯砌后洞徑11.8 m。地下廠房位于錦屏山東端，共安裝8臺600 MW的水輪發電機組，總裝機4800 MW，單機發電引水流量約330 m3/s，發電水頭約300 m，多年平均年發電量242.3億kW·h。工程影響人口667人，影響土地5177.37畝。魚類保護采用建魚類增殖站進行人工養殖放流，采用分層取水使低溫水水溫恢復至接近天然狀態下的水溫。工程特點：

①深厚覆蓋層上閘壩。該電站首部攔河閘壩河床覆蓋層厚度約5.05 m～42.08 m，在Ⅷ度設防烈度時，其中Ⅲ-1和Ⅲ-2層15 m以內的砂層透鏡體會發生液化，同時閘基存在較大壓縮變形和不均勻沉降問題，基礎處理難度較大。攔河閘壩校核情況下洪峰流量達13980 m3/s，泄洪流量為目前國內已建和在建閘壩工程之最，下游消能防沖百年一遇洪水標準下的泄量達9100 m3/s，消能防沖采用了長護坦＋大塊石海漫河床消能的方案，開創了我國深覆蓋層閘壩大流量泄洪消能的新思路。

②大深埋、超長引水隧洞。該電站4條引水隧洞平均長度16.7 km，開挖洞徑 12.4 m～13 m，一般埋深 1500 m～2000 m，最大埋深約2525 m，為世界上規模最大的水工隧洞工程，技術水平處于世界前列。

③TBM施工技術。該電站引水隧洞掘進采用目前國內最大直徑(12.4 m)的硬巖開敞式TBM施工。在引水隧洞超埋深、超高壓大流量地下水所帶來的巖爆、大變形和高壓水威脅的工程水文地質條件下，以及大量支護及時跟進、長距離皮帶機出渣運輸、長大隧洞TBM＋鉆爆法施工組合的通風技術等，均對大直徑的TBM施工具有相當大的挑戰性和風險。

④巨型差動式調壓室。該電站引水隧洞超長，流量大，流速相對較高，水流慣性大，調壓室內的涌浪振幅較大，水位波動的持續時間也較長，衰減緩慢，目前設計采用了水力特性最優的差動式調壓室，將能確保電站運行調度的靈活性以及電站的供電品質。

⑤高水頭、大容量混流式機組。該電站機組單機容量600MW，最大凈水頭318.8 m，最小水頭279.2 m，額定水頭288 m，額定轉速166.7 r/min，為世界上300 m水頭段單機容量最大的巨型機組，其技術水平處于世界前列。

1.4 瀾滄江華能糯扎渡水電站

糯扎渡水電站水庫大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高261.5 m，居同類壩型世界第三，正常蓄水位812 m，總庫容237.03億m3，調節庫容113.35億m3，相當于11個滇池的蓄水量。具有多年調節能力。壩后地下廠房尺寸418 m×31 m×864.6 m（長×寬×高），為目前國內最大的地下廠房之一，總裝機容量5850 MW（9臺×650 MW），保證出力為2406 MW，多年平均發電量239.12億 kW·h。

在文章中，我們提出了一個安全的、可擴展的電子數據存證系統，該系統采用數據與用戶對應映射關系查找來確保對電子數據池的高效訪問控制。我們設計了一個基于區塊鏈的數據存證方案，允許數據用戶/所有者在身份驗證后，從電子存儲庫訪問電子數據。數據存儲主要進行分片冗余算法和分布式存儲保證數據安全性，并且系統引入用戶積分機制，保證系統負載均衡。驗證和后續服務封閉在系統內部，寫入區塊并成為區塊鏈的一部分。

電站于2006年主體工程開工建設，2007年11月實現截流，2012年7月首臺機組投產發電，2014年6月工程全部竣工。

該工程設計技術指標高、地質條件復雜。根據規劃，其大壩、溢洪道、地下廠房等多項技術指標均名列國內外前茅，摻礫黏土直心墻堆石壩壩高在同壩型中屬亞洲第一、世界第三；地下廠房是目前國內規模較大的地下廠房之一；開敞式溢洪道規模亞洲第一，泄洪功率和流速居世界第一。工程亮點：

①施工質量及進度控制采用數字大壩系統管理，上壩道路行車密度及行車路線、大壩填筑質量、碾壓高程及壓實厚度等信息均可通過數字大壩系統動態及時回饋到相關管理人員處，遇到情況能及時處理。通過一臺電腦，偌大的一個大壩施工場面盡收眼底。

②為保護庫區的野生動植物及魚類資源，建設了配套的“兩站一園”工程：即珍稀動物救護站、魚類增殖站和植物園，目前“兩站一園”都在正常運行中。

③零排放的花園式工地。施工現場規劃布局合理，井然有序，安全文明施工規范，標化工地、標化生活區。糯扎渡水電站是環保設施做得最好的水電站。走進在建的糯扎渡水電站工地，工地道路沿途的三角梅和各種綠色植物讓人心曠神怡。要不是工地上熱火朝天的施工場面，或許很多人會誤以為走進了一座熱帶雨林主題公園。為恢復植被及邊坡治理，一種起源于印度名叫香根草的植物被廣泛種植，并在糯扎渡前期綠化中發揮防治水土流失且“迅速致綠”的作用。無論是生活區還是工程區，糯扎渡水電站幾乎做到了“零排放”。

2 經驗與啟示

1）對長距離、超深埋隧洞施工所引起的：高地應力、巖爆、隧洞圍巖穩定和支護、涌水、通風、地溫、輻射、反坡排水、施工方法、出渣等一系列技術難題的處理。

引漢濟渭工程是陜西省有史以來投資最多、規模最大的水利工程，是我國首個地跨長江黃河兩大流域的調水工程，其中總長81.2 km的秦嶺隧洞是全線的控制性工程，最大埋深約2000 m，其中穿越秦嶺主脊段總長約39 km，這是人類歷史上第一次從底部穿越世界十大山脈之一的秦嶺，其建設將創造多個世界第一、國內第一。

已經實施的錦屏二級水電站引水隧洞屬于深埋特長隧洞，其中兩條隧洞采用開敞式硬巖掘進機（TBM）進行施工，TBM開挖直徑12.4 m，位列世界第二。引水隧洞穿越區域水文地質條件復雜，開挖面臨地下水預報及處理、通風、巖爆防治等三大關鍵技術問題。引水洞線全長16.7 km，穿越錦屏山“河間地塊”，一般埋深為1500 m～2000 m，最大埋深2525 m。其中包氣帶厚達數百米，飽水帶厚達近千米，如此大埋深、長距離的可溶巖地區越嶺輸水隧洞為國內外所罕見。

2）高山峽谷復雜地形下的施工組織設計，及狹窄施工作業面施工過程中對長距離皮帶輸送機的巧妙利用。

山區水庫多修建于高山峽谷之中，其狹窄的施工作業面給工程施工造成很大難度。新疆在建的大石峽、大石門和玉龍喀什等水利樞紐工程均為修建于高山峽谷的百米以上高壩，大崗山、錦屏一級等水電站工程的施工組織設計和施工配套設施配備都有值得我們借鑒的地方。

大崗山水電站工程施工采用7.5 km長雙層帶式輸送機將施工棄渣從施工作業面運出，同時將人工混凝土骨料從加工場運回，沿途是崇山峻嶺，懸崖峭壁，帶式輸送機高架于空中，穿隧洞、過大橋，與其他施工作業互不干擾，即節約了施工場地，又加快了施工進度。

雅礱江錦屏一級水電站地處地質災害頻發的深山峽谷地區，地質條件復雜，工程規模巨大，技術難度高。其左岸抗力體基礎處理工程是立面多層次、平面多交叉布置的典型洞群工程,工程地質條件差、施工難度大、施工環境復雜,施工條件具有“四高一深”特點：高山峽谷、高邊坡、高地應力、高壓大流量地下水及深部卸荷裂隙。工程設計根據不同圍巖地質情況及工程布置特點采取了不同的施工工藝。該工程2005年正式開工，攻克了深山峽谷施工帶來的諸多難題。工程的施工組織對于高山峽谷地區的施工總布置及施工場地布置具有一定的借鑒意義。

3）拱壩壩肩超高邊坡的開挖與支護，及深部卸荷巖體高壓固結灌漿基礎處理。

錦屏一級水電站工程，樞紐區為典型的深切V型峽谷，左岸為千米以上的高陡邊坡，基巖裸露，坡度為55°～70°，邊坡規模大，工程條件復雜，巖體卸荷強烈，并發育有斷層、層間擠壓帶、深部裂縫等，場地地質條件復雜。邊坡開挖高度達500m級。左岸拱壩壩肩開挖邊坡，左岸導流洞出口開挖邊坡，均存在變形拉裂巖體，邊坡穩定問題極為突出。

抗剪洞洞群施工是錦屏一級水電站左壩肩最關鍵的施工項目之一。抗剪洞主洞開挖設計斷面為9 m×10 m的城門洞型，其特殊性決定了其主洞軸線方向必須與相同高程F42-9斷層的走向一致，所以自始至終整個抗剪洞施工都處于不良的地質結構中進行，存在較高的安全風險。項目建設單位多次邀請國內知名專家及學者到錦屏指導工作，解決技術難題。把工作重點定位在創造性的施工組織上，運用洞挖“新奧法”原理，強調“短進尺、弱爆破、強支護”的原則循環作業。

左壩肩高邊坡支護工程更是一項工期緊、施工難度大、施工安全隱患突出的世界性工程。在施工過程中，大噸位、深孔預應力錨索鉆孔難度最大。通過專家的理論指導和實際工作中的實踐，找到了一套保證工程錨索鉆孔精度的鉆孔方法。通過改善施工工藝，加大監控力度，按要求精確率確定檢驗儀器和器具，最終逐漸消滅偏差，提高了工程的質量，也大大加快了整個左壩肩高邊坡的支護施工。

這些技術處理措施對新疆在建的QBT拱壩（壩高240 m）、精河拱壩（壩高164 m）均具借鑒意義。

4）施工質量、施工進度控制及發電運行中數字化管理系統的運用。

糯扎渡水電站工地，從料場到大壩近20 km的作業線上，眾多運料車輛全天候有序奔跑，卻不用人指揮、計量，在大壩填筑現場更看不到人海大戰的場面，只見眾多運料車輛把筑壩料倒在指定位置后，堆土機、碾壓機依次推平碾壓，工程把衛星定位系統（GPS）成功應用到每一道工序，全程數字化跟蹤問效，大壩填筑單元質量監控準確率達100%。

為確保大壩填筑過程每一個環節的質量，施工單位配合業主在工地建立了數字大壩指揮中心，對所有設備按編程安裝衛星定位芯片，全程進行速度、重量、材料、位置、碾壓等監控，如果哪一臺機械設備不按流程運行，比如用料不倒在指定位置、碾壓機時速過快、碾壓不到位等，數字大壩指揮中心微機屏幕均會一一顯示，GPS系統5秒鐘內自動向質檢員、操作員、取樣員發出糾錯指令短信。GPS系統的成功應用，確保了大壩建設質量。新疆已建和在建的大壩壩型多為當地材料壩，并且許多工程已開始運用智能化數字筑壩技術進行施工全過程控制，可借鑒兄弟省區的先進技術和經驗，進一步提高數字化管理的水平和范圍。

5）關注水電開發和生態環境保護，做好對野生動植物及魚類資源的保護。

為做好生態多樣性的保護與恢復，建設單位在糯扎渡水電站建設的同時，制定了9大環保措施，并先后建設了野生動物拯救站、珍稀魚類增殖放流站和珍稀植物園，為當地的動植物打造出安全、和諧的“移民家園”。據統計，糯扎渡工程在生態環保上的投入已達4.5億元。糯扎渡水電站珍稀動物救護站是全國第一個由企業投資建設及運行管理的動物救護站。主要針對電站庫區野生動物可能因水庫蓄水造成影響，對庫區生病、傷殘、個體幼小的野生動物采取人為搜救、暫養、放生的方式，保護庫區生物多樣性。目前糯扎渡水電站珍稀動物救護站已成為該地區唯一的野生動物救助站。

新疆具有典型的“荒漠綠洲，灌溉農業”特征，大規模的水土開發，已經造成許多河流萎縮乃至斷流，生態環境破壞嚴重，自然生態非常脆弱。新疆在水利水電工程立項建設過程中，盡管各級主管部門都進行了嚴格的技術把關和環境影響評價，但因思想認識水平和理論研究深度所限，無疑存在一些對于生態環境影響論證不足的問題，應引起高度重視，并結合兄弟省市水電開發過程中先進的生態環境保護成功措施經驗，以維護河流“健康生命”、區域生物多樣性為前提，科學制定滿足河道生態用水的水庫調度方案和生態保護方案，確保水電開發和區域經濟發展的同時，不致對生態環境產生重大不利影響。

3 結語

近年來，新疆水利水電工程建設項目得到了快速發展，但其經濟發展和先進技術的運用相對落后。西南的引漢濟渭工程、大渡河流域枕頭壩、瀑布溝和大崗山水電站工程、雅礱江流域錦屏一級、二級水電站工程、瀾滄江糯扎渡水電站工程等工程的先進技術和經驗，對新疆的水利水電工程建設及管理等方面具有一定的理論參考和實際工程借鑒意義。