大藤峽水電站廠房總體設計布置

張 逍 ，尹紹清

(1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021；2.廣西大藤峽水利樞紐開發有限責任公司，廣西 桂平 537200)

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系黔江河段的下游，壩址距桂平市彩虹橋約6.6 km，是紅水河水電梯級規劃中最末一個梯級[1]。大藤峽水利樞紐電站安裝8臺200 MW軸流轉漿式水輪發電機組(型號為ZZ-LH-1040)，總裝機容量1 600 MW，多年平均發電量60.55億kW·h，保證出力366.9 MW。電站廠房為河床式布置，分左、右岸布置在泄水閘兩側，其中右岸廠房安裝5臺機組，左岸廠房安裝3臺機組，采用兩岸分設布置方案，總工期最短，首臺機發電最早[2]。右岸廠房總長280.06 m，左岸廠房總長198.86 m，總寬度98.85 m，最大高度88.23 m。機組運行水頭變幅較大，轉輪直徑10.42 m，蝸殼進口最大凈寬度30.2 m，最大高度16.18 m。

在結構設計上采取了多項優化措施，如大尺度蝸殼采用預應力鋼筋混凝土蝸殼；右岸廠房進水口攔污柵門槽、檢修門槽、工作門槽采用云車澆筑施工技術，一、二期混凝土一起澆筑；優化分層分塊澆筑設計；尾水管頂板、滲漏集水井頂板、樓梯等采用預制件等，加快了施工進度，實現了廠房提前擋水、盡早發電目標，可為低水頭大流量河床式電站以及其他同類工程設計提供參考和借鑒。

1 廠房建筑物總體布置

大藤峽水利樞紐電站廠房為河床式布置，根據地形地質條件、樞紐布置、施工導流、通航條件和先期發電的要求，電站廠房分左、右兩岸布置在泄水閘壩段兩側。出線場布置在左岸船閘下游引航道擋墻內側，左、右岸廠房共用一個開關站， GIS布置在左岸廠房主變上方副廠房。

圖1 廠房建筑物布置示意

2 廠房布置設計

2.1 設計條件

大藤峽水利樞紐工程為Ⅰ等，工程規模為大(1)型。電站廠房為1級建筑物，按0.1%洪水設計，0.02%洪水校核；電站副廠房及開關站防洪標準按0.5%洪水設計，0.1%洪水校核。水庫校核洪水位61.10 m，設計洪水位(正常蓄水位)61.00 m，汛期限制水位47.60 m，下游校核洪水尾水位46.41 m，設計洪水尾水位44.17 m，8臺機發電尾水位29.98 m，最低發電尾水位22.71 m。設計最大水頭37.79 m，最小水頭12.91 m，額定水頭25 m，單機額定引用流量890.34 m3/s。

右岸廠房壩段位于河床右側，主機間建基高程-16.01 m，位于弱風化巖體下部，安裝間建基高程20.00 m，基礎以泥質巖石為主。左岸廠房壩段位于左岸Ⅰ級階段和Ⅱ級階地殘丘，主機間建基高程-16.01 m，位于微風化巖體下部，安裝間建基高程20.00 m，位于弱風化巖體下部，基礎以泥質巖石為主。

2.2 廠房總體布置方案

就總體布置而言，廠房單側集中布置緊湊合理便于管理，但受導流限制只能布置在二期，由于施工期長，廠房集中布置施工期不具備提前發電條件，電能損失較大。結合分期導流擬定左、右岸廠房集中布置及兩岸分設3個方案進行廠房位置比選。

a)左岸布置方案。8臺機組布置在主河床靠左側，安裝間布置在廠房兩側，右側安裝間下布置3個底孔，21孔泄水閘(3個高孔，18個低孔)布置在縱向圍堰右側，單級船閘布置在左岸。施工導流分兩期，一期工程先圍右岸，在左岸灘地處開挖明渠過流。進行右岸擋水壩段、泄水閘壩段施工，左岸船閘位于左岸自然高地，不需要圍堰保護施工。二期利用已建泄水閘泄流，進行右岸廠房的施工。工程總工期117個月，一期工程59個月，首臺機組發電工期96個月。

b)右岸布置方案。8臺機組布置在右岸主河床，安裝間布置在廠房兩側，左側安裝間下布置3個底孔，21孔泄水閘(3個高孔，18個低孔)布置在縱向圍堰左側河漫灘上。單級船閘布置在左岸。該方案施工導流分兩期，一期工程圍左岸，施工左岸船閘、泄水閘壩段，二期利用已建泄水閘泄流，進行右岸廠房壩段、擋水壩段的施工。工程總工期 117 個月， 一期工程 59 個月，首臺機組發電工期 96 個月。

c)兩岸分設布置方案。22孔泄水閘布置在河床中部，縱向圍堰右側為6個低孔，左側為3個高孔和13個低孔，單級船閘布置在左岸。廠房分設兩岸，左岸布置3臺機組，右岸布置5臺機組。施工導流分兩期，一期工程先圍左岸，利用右岸主河床過流，進行泄水閘、船閘、左岸廠房的施工；二期工程圍右岸，利用一期建成的泄水閘及二期圍堰擋水發電及泄流，進行右岸廠房、右岸泄水閘的施工。總工期108個月，一期工程59個月，首臺機組發電工期 62 個月。

經綜合比選最終選定兩岸廠房布置方案。該種布置方案施工總工期最短，首臺機組發電最早。

2.3 廠房主要尺寸

標準機組段長40.60 m，邊機組段長44.54 m。機組段順水流向總寬度98.85 m，其中進水口段31.20 m，主機室段33.90 m，尾水段33.75 m。

機組安裝高程為19.40 m，建基面高程-17.51 m。水輪機層高程29.00 m，發電機層高程38.00 m，橋機軌頂高程63.08 m，屋頂高程70.72 m，廠房進水口頂部高程64.00 m，與壩頂同高。尾水平臺高程49.50 m。廠房最大高度為88.23 m。

安裝間段順水流向總寬度78.35 m其中上游擋水壩體段31.2 m，安裝間段33.90 m，下游副廠房段13.25 m。安裝間長度按滿足一臺機組發電機轉子、定子、推力軸承支架和水輪機轉輪、頂蓋等的安裝檢修要求，確定安裝間長度為73.04 m。

每臺機進水口內布置2個中墩，將進水口分為3孔，分別設有3扇攔污柵、3孔檢修閘門和3孔事故閘門。發電進水口底板前端高程11.24 m，底板坡比1∶4，底板末端高程5.84 m，與蝸殼進口底板頂高程相同。發電進水口頂板采用逐漸收縮的喇叭型布置方式，與混凝土蝸殼進口頂板平順連接。攔污柵孔口尺寸為8.07 m×35.99 m(寬×高)，最大柵前流速為1.0 m/s，檢修閘門孔口尺寸8.07 m×22.48 m(寬×高)，事故閘門孔口尺寸8.07 m×17.55 m(寬×高)，閘門采用后止水方式，在事故門下游側的擋水胸墻內設置補氣孔。

2.4 廠房布置

2.4.1機組段布置

進水口段寬31.20 m，布置有攔污柵、檢修閘門和事故閘門。頂部上游側為交通橋，下游側布置1臺2×3 200 kN雙向門機，門機上游側設置回轉吊，用于電站進口攔污柵的啟閉、清污抓斗的操作以及壩面上零星物品的轉運。

主機室段凈寬33.90 m，屋頂為鋼結構。左、右岸廠內各布置2臺300/50 t橋機，用于機組的安裝和檢修。

尾水段寬33.75 m，尾水平臺上游側布置有主變壓器，下游側布置1臺2×630 kN單向尾水門機，中間為交通道路。

左岸廠房尾水副廠房共有九層布置：20.00 m層布置有技術供水泵室；24.50 m層布置有技術供水泵和消防供水泵，以及機坑進人洞；29.00 m層與水輪機層同層，布置極端設備室和電纜橋架夾層；33.55 m層布置極端設備室和高壓常用變壓器室；38.00 m層與發電機層同層，布置有GCB設備室和高壓廠用電裝置室；44.00 m層為電纜夾層；49.50 m層與尾水平臺同高程，布置有主變壓器；60.80 m層布置有220 kV配電裝置室和電纜夾層；67.70 m層布置GIS設備室。

右岸廠房尾水副廠房49.50 m高程以上分二層布置，49.50 m層布置有主變壓器； 60.80 m層布置有220 kV配電裝置室和電纜夾層。

圖2 右岸廠房橫剖面(m)

圖3 左岸廠房橫剖面(m)

2.4.2安裝間段布置

安裝間上游側擋水壩壩頂高程為64.00 m，考慮壩頂交通與相鄰壩段的相接以及門機運行軌道的連續性，擋水壩寬度與發電進水口相同為31.2 m，壩體內布置有備用攔污柵門槽、閘門庫和設備房間。

安裝間下部布置兩層，22.00 m層布置有檢修及滲漏排水泵室、風機室等；29.00 m層與水輪機層同層，布置有中壓空壓機室、低壓空壓機室、油罐室及風機室等。滲漏集水井布置在安裝間下部靠近主機間側。

卸貨平臺下部布置兩層，38.00 m層布置有風機房和工具間等；43.40 m層布置有排風機房和設備房間。

左岸廠房副廠房共有7層，38.00 m層與安裝間同層，布置高壓廠用電配電裝置室； 44.00 m層布置自動化儀表實驗室、蓄電池室、繼電保護實驗室等；49.50 m層布置繼電保護室、火警及安防值班室、計算機室等；55.30 m層布置中控室、通信機房和衛生間等；60.80 m層為電纜夾層； 67.80 m層布置繼電保護室和通訊機房等；73.20 m層布置蓄電池室、水箱間等。

右岸廠房副廠房49.50 m高程以上分2層布置，54.90 m層布置辦公室、通信機房和衛生間等；60.80 m層為電纜夾層。

圖4 右岸2號安裝間橫剖面(m)

圖5 左岸3號安裝間橫剖面(m)

2.4.3分縫與止水布置

為適應溫度變化和基礎約束，在主機間各機組段之間、主機間與安裝間之間、安裝間壩段中間設置永久變形縫，同時在基礎底高程相差較大的安裝間與下游副廠房之間設置有沉降縫。結構縫縫寬20 mm，縫間填充輕質聚合材料。

河床式廠房為滿足擋水要求在機組段進水口及安裝間擋水壩體結構縫中設置兩道豎向止水埋入基巖50 cm。為防止外水通過永久變形縫進入廠房，在副廠房外圍及水輪機層下方設置兩道止水并與上游豎向止水相連形成封閉系統。下游側止水采用開放式布置，即下游止水不深入巖基。

3 廠房攔沙、攔漂排設計

右岸廠房布置在主河床深槽處，水流條件較為順暢。為防止河道中推移質進入流道磨損水輪機轉輪，在廠房上游側設有攔沙坎，攔沙坎與壩軸線夾角為20°。攔沙坎頂高程28.00 m，頂寬2 m，迎水側鉛直，背水側上部坡比為1.0∶0.4、下部坡比為1.0∶0.6，與上游導墻平順相接。為滿足充水攔沙坎擋墻內外平壓，在擋墻上設置充水孔。

右岸廠房進水口前沿設置攔漂排。攔漂排上游錨墩布置在壩軸線上游約320 m處的右岸岸邊坡上，下游錨墩布置于右岸廠壩導墻上，攔漂排長390 m，與主河床主流方向夾角70°。

左岸廠房進水口前也設置攔漂排，攔漂排上游錨墩位于進水前池上游，距壩軸線296 m，下游錨墩布置于左岸廠壩導墻上，攔漂排長270 m，與河床主流方向夾角9.6°。

4 GIS設備和出線場布置

GIS室與出線場分體布置，GIS室布置在左岸尾水平臺主變壓器上方67.70 m高程副廠房內，GIS室長度與左岸廠房主機間長度相同，寬度與尾水副廠房寬度相同，占地面積126 m×15.8 m；出線場布置在船閘下游引航道右側擋墻內側，出線場距壩軸線482.0m，地面高程49.50 m，占地面積88 m×54.7 m，電纜自左岸安裝間下部引出，沿廠區電纜廊道引向出線場。

GIS室靠近主廠房，工作人員巡視便利，出線場面積相對減小，布置相對靈活； GIS配電裝置室布置有GIS斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器及匯控柜等，室內設有1臺5 t吊車，可滿足GIS配電裝置安裝和斷路器檢修需要。

5 主要結構設計及優化

5.1 大尺度預應力混凝土蝸殼設計

大藤峽水電站為低水頭大流量河床式電站，運行水頭變幅較大，轉輪直徑10.42 m，蝸殼型式為混凝土蝸殼。蝸殼斷面為倒直角梯形，由進水口流道順時針方向繞導葉斷面尺寸依次減小，進口最大凈寬度30.2 m，最大高度16.18 m，蝸殼側墻厚度為5.2 m。蝸殼進口底高程5.84 m，頂高程22.02 m，導葉中心線(安裝高程)為19.40 m。

經研究綜合分析比較，廠房采用預應力鋼筋混凝土蝸殼，采用蝸殼左側墻外側布設豎向預應力錨索的設計方案，錨索采用擴大內錨固段結構形式。該方案有效解決了常規大尺寸混凝土蝸殼設計難題，降低了因大量配置鋼筋所導致的混凝土施工難度，保證了蝸殼混凝土的澆筑質量，實現了增加配筋量無法實現的良好效果；預應力錨索的布置使蝸殼混凝土應力顯著下降，有效抑制極端工況下蝸殼側墻外側混凝土開裂，對大尺寸蝸殼結構設計中涉及的關鍵技術問題有重大意義，為工程施工的保質保量進行做出了貢獻。

5.2 廠房設計優化

右岸廠房進水口攔污柵門槽、檢修門槽、工作門槽混凝土澆筑引進云車等新工藝，一、二期混凝土一起澆筑，大幅提高施工效率、降低安全風險，節約直線工期超兩個月。

廠房壩段順水流向依次為進水口段、主機室段、尾水段3部分，對應廠房結構混凝土澆筑分層分塊設計中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區；由于主機室段結構復雜，機電埋件多，施工干擾大，進水口段、主機室段、尾水段3部分同步上升難度較大。廠房結構混凝土澆筑分層分塊設計中，為保證廠房結構的整體性，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區之間、每個區左右塊之間采用錯縫搭接。為加快Ⅰ、Ⅲ區澆筑進度，使廠房能夠早日具備擋水條件，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區在以錯縫方式澆筑到一定高程后，采用直縫、寬槽結構將Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區分開，使Ⅰ、Ⅲ區澆筑不受Ⅱ區澆筑的制約。

為加快施工進度，盡早實現廠房發電，廠房滲漏集水井頂板采用預制板作模板、樓梯采用預制吊裝、尾水管采用倒T型梁等結構優化設計。

5.3 廠房三維設計

對大藤峽右岸廠房進行BIM建模設計，模型建立完成后，進行多項應用，包括：巡游瀏覽，直觀展現大藤峽右岸廠房結構布置；工程量統計，按部位、材料等快速準確計算工程量，有效節省復雜結構工程量計算時間；三維CAE集成技術應用，實現了三維建模軟件與CAE分析軟件之間模型共享，可將三維模型輕松導入CAE分析軟件，進行靜、動力計算，為配筋提供依據；施工圖繪制，配筋軟件能有效減少設計人員施工圖繪制的重復性、機械性，提高效率；碰撞檢查，避免各專業之間管路出現交叉、碰撞等問題，提高設計質量。

圖6 右岸廠房三維軸測視

6 結語

大藤峽水利樞紐主體工程于2015 年9開工建設，首臺機組已于2020年4月發電投入商業運行。發電廠房為河床式，采用兩岸分設布置方案，總工期最短，首臺機發電最早。廠房設備布置簡潔、緊湊，結構布置合理。在結構設計上采取了多項優化措施，如進水口攔污柵門槽、檢修門槽、工作門槽采用云車澆筑施工技術、優化分層分塊澆筑設計、采用預應力鋼筋混凝土蝸殼等，解決了多項技術難題，取得了顯著的經濟效益和社會效益，可為低水頭大流量河床式電站以及其他同類工程設計提供參考和借鑒。