洪家渡水电站枢纽总布置_杨泽艳

文章编号:0559-9342(2001)09-0011-03洪家渡水电站枢纽总布置杨泽艳,文亚豪,吴基昌,罗光其(贵阳勘测设计研究院,贵阳　550002)关键词:枢纽布置;关键技术问题;岩溶地区;洪家渡水电站摘　要:洪家渡水电站是乌江梯级的龙头电站,是国家西电东送首批开工项目之一。

坝址位于高山峡谷岩溶地区,枢纽由钢筋混凝土面板堆石坝、洞式溢洪道、泄洪洞、引水系统、地面发电厂房、开关站等建筑物组成。

峡谷岩溶地区地形特殊、岩溶发育,建坝需避开不利的岩溶水文地质缺陷,充分利用有利隔水岩层。

洪家渡工程在设计中充分利用有利地形地质条件进行枢纽建筑物布置,解决了工程建设中的一些关键技术问题。

中图分类号:TV61(273) 文献标识码:B1　工程概况洪家渡水电站是乌江干流11座梯级电站的第一级,是唯一具有多年调节水库的“龙头”电站,位于贵州省织金县与黔西县交界处,距贵阳市158km,距下游东风水电站65km。

电站以发电为主,兼有防洪、供水、养殖、旅游及改善生态环境和航运等综合效益。

水库正常蓄水位1140m,总库容49.47亿m3;电站装机3×200MW,是系统中调峰、调频和事故备用的主力电源,对下游梯级电站有重大的补偿效益。

洪家渡水电站是国家西电东送首批建设项目之一,2000年11月8日正式开工建设,2001年列入国家重点工程,总工期5年9个月,主体工程施工期3年6个月,第一台机组发电工期4年9个月,工程完建期1年。

1998年底开始施工筹备,2000年开始施工准备,部分永久建筑物开挖,导流洞已于2000年底贯通。

主体土建工程招投标工作已全面结束,承包商已全部进场;机电、金属结构招投标工作正在进行。

目前,工程进展顺利,可望2001年10月截流。

2　自然条件洪家渡水电站位于乌江北源六冲河下游,属亚热带季风气候区,夏季湿润多雨,流域多年平均降雨量992.0mm,降雨年内分配极不均匀,5～10月占全年降雨量的82.6%,坝址处多年平均降雨量1006.9 mm,多年平均降雨天数为172.5天。

多年平均气温为16℃;多年平均水温15.6℃;多年平均相对湿度81%;实测年最大风速多年平均为14m/s。

库区北邻赤水河,南靠三岔河,右岸分布有底纳河与下游织金小河等河间地块,以上河间地块地表水系分水岭高大雄厚,溶岩与非可溶岩相间,地形地质防渗封闭条件好;且库周无大型滑坡体、卸荷裂隙及松散堆积体存在,水库地形地质稳定条件较好。

坝址区间河段长1.5km,河流方向由SW45°转向SE45°,形成向西凸出的直角形河湾。

右岸支流底纳河以伏流形式在转弯端点流入干流,转弯点以上左岸为25°的顺向坡,过水建筑物进口均位于此缓坡地带;右岸为高190m左右、倾角75°～85°的高陡壁。

坝址位于河湾下游,河谷呈不对称的“V”形,两岸山高300m左右,由于岩性软硬相间,左岸为两层高达100m以上的陡壁,其间为宽约80～120m的泥页岩缓坡,该缓坡高程向上游逐渐降低至河床;右岸为25°～40°的中、缓坡。

枯水期河水位976.50m,河水面宽30m,水深3～4m,河床中线地面高程为976～970m,水下地形平缓,河床无深槽。

坝区岩层为单斜构造,岩层走向NE40°～70°,与河流约成70°交角,倾向NW,倾角∠25°～55°。

区内有21条断层,但无大的断层和顺河断层,其中对水工建筑物有影响的有F3、F6、F8、F13,均以较大交角横穿河床和各隧洞建筑物。

坝区岩溶形态主要有发育于右岸上游永宁镇灰岩中的底纳河伏流溶洞和 收稿日期:2001-08-23作者简介:杨泽艳(1962—),男,湖北老河口人,一级注册结构师,高级工程师,贵阳勘测设计研究院副总工程师,洪家渡工程设总.11水力发电·2001年·第9期图1　洪家渡水电站枢纽总布置发育于下游玉龙山灰岩中的K40、K85、K80等溶洞。

河床及两岸分布有覆盖层,右岸下游距坝轴线约500 m处有1号塌滑体(90万m3),距坝轴线约800m处有2号塌滑体(60万m3)。

坝区地震基本烈度为Ⅵ度。

3　坝址和坝型选择坝区分为上、下两个坝址,上坝址建基于永宁镇灰岩、九级滩泥页岩和玉龙山灰岩上,基础软硬相间,宜修建当地材料坝。

下坝址建基于玉龙山灰岩上,岩性坚硬,宜修建刚性坝。

经分析比较,下坝址建刚性坝右坝肩存在软弱夹层和规模较大的卸荷裂隙,上坝址建当地材料坝不存在明显不利地质因素。

上坝址堆石坝方案有比较明显的优点,较下坝址混凝土坝方案投资少1.0～3.4亿元,工期提前9个月,能较好地适应坝址岩性不均匀的地质条件。

因而,可行性研究报告中推荐上坝址堆石坝方案。

初步设计阶段,在可行性研究的基础上着重对上坝址当地材料坝进行了比较。

经面板堆石坝和风化料斜心墙堆石坝方案比较,面板坝较心墙坝堆筑工程量少200万m3;坝体断面及筑坝材料单一,施工特性优越;总工期少一年;综合投资少3亿元;运行可靠性高、维修方便。

最后选用面板堆石坝。

4　工程枢纽总布置4.1　总布置原则及选定方案洪家渡工程规模为一等大(Ⅰ)型,拦河坝和泄洪系统为1级建筑物,引水发电系统为2级建筑物,各次要水工建筑物为3级建筑物。

水库按可能最大洪水校核,相应洪水位1145.40m,下泄流量6234 m3/s;按500年一遇洪水设计,相应洪水位1141.34 m,下泄流量3866.5m3/s,正常蓄水位1140m,防洪限制水位1138m,死水位1076m。

根据坝址区地形地质条件、电站承担的任务和安全运行需要,洪家渡枢纽建筑物布置主要遵循如下原则:①挡水建筑物布置应避开上下游不利岩溶系统,同时利用九级滩泥页岩地层作为库首可靠的防渗依托;②利用河湾裁弯取直,使泄水、引水建筑物线路最短,泄洪水流归槽和消能条件好;③利用河湾上游左岸25°～35°的灰岩缓坡地带布置进水口;④利用左岸山体内坚硬的厚层和中厚层灰岩布置大型地下洞室群。

根据以上原则,经10多个枢纽建筑物组合方案比较,最后选定的枢纽总布置由钢筋混凝土面板堆石坝、库首防渗工程、洞式溢洪道、泄洪洞、引水系统、地面发电厂房及开关站等建筑物组成,形成了泄洪、引水、发电等建筑物均布置在左岸的总格局,见图1。

4.2　拦河坝及防渗工程钢筋混凝土面板堆石坝最大坝高179.5m,坝顶长427.79m,宽高比2.38,是目前世界上高面板坝之一。

坝顶高程1147.50m,坝顶宽11m,上游坡1∶1.4,下游平均边坡1∶1.4。

上游坝坡避开了底纳河伏流,下游坝坡避开了右岸K40溶洞。

坝体材料分为7个区域,填筑方量约900万m3。

上游趾板通过适12水力发电·2001年·第9期当开挖座落于坚硬的永宁镇灰岩上,左岸坝内最陡开挖边坡按不陡于1∶0.5控制。

坝基帷幕灌浆通过趾板、穿过永宁镇灰岩与九级滩泥页岩相接,并向两岸延伸,形成封闭的库首防渗系统。

左岸设三层灌浆廊道,最大灌浆帷幕深度约160余m。

4.3　泄洪建筑物洪家渡坝址两岸为高山狭谷,无天然垭口可供布置泄洪建筑物。

经多方面比较,将泄洪系统布置在左岸地下,就直角河湾裁弯取直,利用上游缓坡带布置进水口,形成立体泄洪系统,下层为开敞式进口、隧洞泄槽的洞式溢洪道,中层为泄洪洞。

(1)洞式溢洪道。

位于距大坝约70m的左岸山体内,进口为2孔10m×18m(宽×高)的开敞式溢流堰,堰顶高程1122m,设两道弧形工作门,堰后为平面收缩段。

无压隧洞长755m,纵坡7.5%,断面为城门洞形,底宽14m,洞高21.54m,洞内最大流速37.5m/s,设一道跌坎式掺气减蚀设施。

出口采用曲面贴角鼻坎挑流消能工。

设计洪水泄量3370 m3/s,核校洪水泄量4591m3/s。

(2)泄洪洞。

位于洞式溢洪道右侧约50m处,用以参加渲泄校核洪水,其洞线与1号导流洞轴线重合。

竖井式进水口设一道6.8m×9m(宽×高)的平板事故检修门,底板高程为1056m。

上游有压洞段长425m,圆形断面直径9.8m,有压洞尾部闸室设一道6.2m×8 m的弧形工作门;下游无压洞段长420m,纵坡7.5%,断面为7m×12.62m城门洞形。

出口为曲面贴角鼻坎挑流消能。

最大泄量1643m3/s。

4.4　引水发电系统及开关站引水发电系统布置成河岸引水式。

布置中主要遵循引水线路短、水头损失小、厂房基础条件好等原则,经比较仍采用布置在左岸的格局。

厂房布置比较过地面式、窑洞式和地下式厂房,经运行、施工、投资方等方面分析,采用引水道线路相对较短,投资较少的地面厂房。

引水系统的布置方式比较过一洞三机和三洞三机,考虑到本电站作为系统调峰主力电源,要求运行可靠等因素,故采用三洞三机布置型式。

(1)引水系统。

位于左岸坝肩与泄洪系统间的山体内,为避免在进口顺向坡带形成大尺寸开口边坡,采用三洞三机放射状独立式进水口单元供水方式,单机最大引用流量为165.5m3/s。

竖井式进水口底板高程1058.50m,设一道6.2m×7.8m(宽×高)的事故检修门。

引水隧洞直径7.8m,钢管直径6.0m,隧洞及钢管上平段纵坡8%,后经50°斜井钢管进入厂房。

2号引水线路总长度650m。

(2)地面厂房。

位于面板堆石堆左岸坝脚,轴线方位与河流成约65°交角。

厂区枢纽由主厂房、右端副厂房、厂后副厂房、尾水渠、开关站、中控楼及进厂交通洞等建筑物组成。

厂房外部轮廓尺寸为112m×58.9m×59.5m(长×宽×高)。

主厂房净跨21.5m,内装3台200MW水轮发电机组,水轮机安装高程为974.00m,发电机层高程为987.50m,进厂平台高程为997.00m。

进厂交通一条由厂房下游右岸公路经进厂交通洞进厂;另一条由坝后公路经支洞、进厂交通洞进厂。

(3)GIS开关站。

布置于上游副厂房顶,与主变重叠布置。

中控楼布置于右端副厂房上游侧,通过电梯与主副厂房连接。

4.5　导流建筑物施工导流采用左岸两条隧洞导流,河床断流方式,本专号有专题论述。

5　关键技术问题本工程有狭谷地区高面板堆石坝问题、左坝肩高边坡问题、特大型洞式溢洪道问题、两个塌滑体处问题、厂坝基坑涌水问题等重要技术课题,通过科研、勘探、设计等方面的工作都得到较好地解决,本专号已有专题论述,这里不再重述。

6　结　语(1)本工程选择面板堆石坝以适应软硬相间地层,将趾板布置在坚硬良好的永宁镇灰岩地层上,库首防渗又充分利用九级滩泥页地层优良的隔水性能作为坝体的防渗依托;坝体布置上避开上游底纳河伏流和下游K40等不利的岩溶系统;这样充分地利用了地形地质条件。