龙桥水电站枢纽布置设计

龙桥水电站枢纽布置设计
摘要龙桥水电站三大主体建筑物——双曲拱坝、泄洪建筑物和发电引水系统的布置利用了
坝址区有利的地形、地质条件，水力资源利用充分，枢纽布置紧凑。

双曲拱坝采用碾压混凝土筑
坝新技术，便利了施工，简化了温控措施，缩短了建设周期，节省了工程投资。

关键词枢纽布置设计龙桥水电站
1、工程概况
龙桥水电站位于湖北省利川市境内、乌江右岸的一级支流郁江上，坝址距利川市98Km。

工程
的主要任务是以发电为主，兼有养殖和旅游等综合效益。

坝址以上控制流域面积 878.3Km2 ，坝
址处多年平均流量27.9m3 /S，年径流总量8.8亿m3 。

水库正常蓄水位585.0m，死水位570m，水
库总库容0.2625亿m3，最大设计坝高95m。

混疑土双曲拱坝和坝身泄洪表孔等主要建筑物
为３级建筑物，其防洪标准为50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核，电站总装机容量60MW，
保证出力4.94MW，多年平均年发电量1.7865亿kw·h。

郁江流域属亚热带季风气候区，暖湿多雨，多年平均降雨量1429.2mm，雨季一般自4月份开始，10月底结束，约占全年降雨的90%。

洪水来自暴雨，暴雨主要集中在6～9月，以7月份出现
暴雨的机会较多，强度最大，并具有典型的山溪性河流陡涨陡落的特点。

多年平均气温15.4℃，
月平均气温以7月份最高，为26.2℃，以1月份最低，为4.2℃，极端最高气温39.6℃，极端最
低气温-12.7℃，多年平均相对湿度为83%，多年平均风速为1.0m/s，最大风速19.0m/s，风向为NE，多年平均蒸发量144mm，多年平均无霜期282d。

坝址区建坝岩体主要为二叠系下统茅口组第二、三段中—厚层灰岩及薄层灰岩等。

岩石较完整，力学强度较高，可满足建坝要求。

2、坝址及坝型选择
可研阶段进行了上坝址（斑竹圆坝址）和下坝址（倒角坝址）的比较，两坝址相距 2.0km，从比较的情况来看，上、下坝址均属于纵向河谷。

上坝址不利地质条件隐蔽，处理较困难、引水线路较下坝址长约2km、投资较下坝址多2936.2万元、年均发电量比下坝址少702万kw.h。

从地形、地质条件、水库库容、施工条件、工程量、工程投资、工程效益和运行条件等方面比较，下坝址优于上坝址。

故选定下坝址。

下坝址位于倒角峡门口段，紧邻胡家塘沟口。

坝址处河床高程515m，砂卵石覆盖层厚约14～15m。

枯水期水面宽30～50m，水深2～6m。

该坝址河段区内为纵向谷；两岸基岩露头良好，岸坡植被不甚发育，EL585m谷宽130 m，河谷宽高比1.3。

左岸山体岸坡与岩层倾向相同，边坡相对较缓，坡角一般为30°～40°，右岸岩层倾向与岸坡反向，岸坡陡峻，坡度80°～90°。

坝址基岩强度中等，两岸拱座厚实稳定，坝基透水性微弱，地形、地质方面具有修建高拱坝的良好条件。

在选定的下坝址进行了拱坝和面板堆石坝两种基本坝型的比较。

从地质方面来看，坝址上游左岸近坝区发育马堡营滑塌体，经分析计算，建库后该滑坡体总体呈基本稳定。

临水面局部可能产生崩塌，崩塌引起水库涌浪对面板坝坝体安全影响较大，对拱坝而言，由于其超载能力很强，水库局部涌浪不致对大坝安全带来致命危害。

从泄洪建筑物的布置来看，面板坝方案需在左岸开凿两个13.6×13.9m的泄洪洞，其进水渠和闸室段开挖量较大，将形成大范围的陡立临空面，这对区内纵向坡的稳定将产生极为不利的影响。

拱坝方案泄洪设施布置在坝身上，枢纽布置紧凑。

从施工方面来看，由于面板堆石坝边坡较缓，导流洞较拱坝方案长150m。

郁江干流洪峰峰高量大，持续时间短，施工期导流、渡汛压力较大、在一个枯水期达到脱险高程、形成一期面板且洞式溢洪道具备过洪条件，工期非常紧张，否则坝面过水将严重影响渡汛和发电工期。

拱坝坝身允许过洪，其导流渡汛压力和导流投资较面板坝少。

从投资来看，面板坝方案投资较拱坝方案多1166.79万元。

综上所述，无论从地形、地质、枢纽布置、施工、工程投资等方面，混凝土拱坝方案优于混凝土面板堆石坝方案，故基本坝型推荐采用混凝土拱坝方案。

为了适应河谷的不对称性，改善坝体应力状态和改善拱端合力方向，进一步提高拱座稳定性，决定采用对数螺旋线型等较扁平的变曲率拱，为了更好地调整坝体应力，节约混凝土方量，拟采用变厚度拱。

招标设计及技施阶段，围绕如何缩短工程的建设工期，节省投资和见效快等问题，综合分析
龙桥电站的气象、地形、地质、枢纽布置和施工条件，对坝型是否采用碾压混凝土双曲拱坝进行
了大量的计算、分析和论证工作，认为该工程具有下列条件适宜采用碾压混凝土双曲拱坝：（1）坝址处的自然条件和地形条件适宜碾压混凝土施工。

坝址处多年平均气温15.4℃，一年
内气温≤20℃的天数达220d以上，占全年的60%，年平均相对湿度83%，该气温和湿度适宜碾压
混凝土施工。

（2）大坝结构布置简单，孔洞少、分缝少，可减少施工干扰，有利于充分发挥碾压混凝土快速
施工的特点。

大坝除布置三个泄洪表孔和两层水平廊道外，无其他复杂的附属建筑物，坝体仅设
置三条诱导缝，布置较为简单，有利于碾压混凝土的快速施工。

（3）采用碾压混凝土筑坝，并不改变坝体混凝土强度和耐久性指标。

应力计算成果表明，坝体
最大主压应力4.0MPa，混凝土强度等级为C9020，该强度等级的碾压混凝土掺用胶凝材料用量适宜，水泥水化热低且易保证施工质量，已得到同类工程施工和运行验证。

（4）从温控防裂的角度来看，由于碾压混凝土配合比中高掺粉煤灰（50%以上），其发热量低，使得它的温控措施较常态混凝土来得简单，温控的费用也较低。

（5）经现场调研考察和取样试验，工程附近有符合要求的水泥和粉煤灰可供使用，经试验，原
材料性能满足碾压混凝土筑坝的要求。

（6）碾压混凝土筑坝技术已经十分成熟。

我国无论是在气候温和、温差较小的南方还是在气候
寒冷、温差较大（最大温差高达70℃）的北方都已建成数座碾压混凝土拱坝，如：贵州普定（75m）、四川沙牌（132m）、甘肃龙首（80m）、陕西蔺河口（坝高100m）、新疆石门子（109m）和我院设计
的招徕河（坝高107m）等均为碾压混凝土双曲拱坝，其地形、地质、水文气象和施工等条件与本
工程有相似之处，有些甚至比龙桥工程条件更恶劣。

上述工程均成功地采用了全断面碾压混凝土
筑坝，且已竣工、安全运行数年，这些工程成功的经验为碾压混凝土筑坝技术在龙桥大坝上的应
用奠定了坚实的基础。

（7）龙桥坝址处河谷狭窄，地形陡峻，采用碾压混凝土双曲拱坝后，碾压混凝土EL535m以下
利用坝后垫渣道路采用自卸汽车直接运输混凝土入仓、EL535m以上则利用真空溜槽运输混凝土入
仓以及通仓碾压施工取代了常态混凝土采用塔吊或幅射式缆机入仓以及柱状法浇筑施工，这样可
有效地解决混凝土的入仓和浇筑问题，使混凝土的施工变得简单可行，混凝土运输成本降低，为
缩短工期创造了条件。

（8）采用碾压混凝土双曲拱坝，横缝较少，间距大，缝面结构布置简单，有利于大仓面碾压混
凝土施工，因缝面埋设有重复灌浆系统，坝体混凝土温度未冷却到稳定温度场亦能蓄水发电。

为
提前发电创造了条件。

综合以上分析，龙桥拱坝最终采用了全断面碾压混凝土双曲拱坝坝型。

4、泄洪方案比较
龙桥坝址控制流域面积878.3km2，水库泄洪消能具有流量大、水头高和单宽泄洪功率大
等特点。

坝址不具备开凿岸边溢洪道的条件，从泄洪安全考虑，泄洪建筑物的设计宜采用以
表孔为主的泄洪方式；该泄洪方式布置简单、工程造价相对较低；对于碾压混凝土拱坝，采
用坝顶表孔泄洪更有利于大仓面快速施工；表孔闸门和启闭机操作灵活，运用可靠。

经调洪演算，泄洪建筑物按3表孔考虑，表孔堰顶高程575.00m，单孔净宽12m，该方
案最大下泄流量3580m3/s（500年一遇）。

采用差动式挑流消能。

水工模型试验结果表明：（1）泄流能力问题
整体模型试验与设计计算所得到的水位～流量关系一致性甚好。

大流量情况下，泄量富余
较多。

满足设计泄流能力的要求。

（2）下游河床冲刷问题
三孔全开条件下，下游冲刷情况较好，冲坑沿河床向下游发展，冲深普遍较浅。

另外单开Q 1250m3/s），试验所测冲坑形状较为平缓，底部近似为平底状，冲坑中表孔的最大流量时（
最深点约在110m处，最大冲深为8.0m。

（3）堰面压强
对多组试验工况的堰面压强的测量表明，未见明显的负压出现，个别工况下堰面直线段略
有负压，均在允许的范围之内。

（5）水流流态
表孔堰型等整体布置合理，渲泄各级流量时，水库水面平稳，左、右岸水流流进闸孔时，
收缩良好，未见不良流态出现；
（6）堰面在下泄各级流量时，水舌不会冲击弧形闸门的铰支座。

综合比较后认为：龙桥拱坝表孔泄洪方案具有工程布置简单、超泄能力强、运行管理及维
修方便、金结投资较省、有利于碾压混凝土的大仓面快速施工，可缩短工期、泄洪堆丘不影响
厂房正常运行等优点，故推荐采用表孔方案。

5、放空设施
放空洞系利用导流洞后期改建,进口以“龙抬头”型式与导流洞相连。

根据导流洞进口的
地形、地质条件，放空洞进口设计为贴坡式，倾角350,底板高程550m,孔口尺寸2×3m2，通
过1:1的斜井与导流洞连通，洞径φ2.0m，在永久堵头内预埋钢焖盖，通过控爆螺栓，需要
放空时，予以爆开放空库水。

6、厂房及发电引水系统布置选择
根据地形地质条件，本工程坝址以下地势较为平坦，适宜布置地面厂房，对厂址共作了
两个方案进行比较。

1、左岸发电引水系统方案
引水线路全长2316m，洞径为5.00m，电站厂房位于沙溪河河口上游约110m处，厂房地
表为阶地，建基面地层为砂页岩，地表覆盖层为耕植土，厚度1~3m。

2、右岸发电引水系统方案
引水线路全长2155m,洞径为5.00m，发电厂房紧邻原江口电站布置，厂房尺寸同左岸，
厂房基础均置于志留系砂页岩上，岩石新鲜、地基承载力完全满足厂基应力要求。

3、方案比较
从地形、地质条件比较：左、右岸引水隧洞穿过地层相当，但左岸引水隧洞穿越的断层带较多，成洞条件差。

调压井至厂房段受郁江大断裂的影响，岩体风化、破碎严重，左岸厂房靠近郁江大断裂，厂址处地形陡峻，且全是砂页岩，施工难度较大。

右岸为耕地，场地平坦、开阔，覆盖层厚1~3m，从地形、地质条件比较，右岸厂址优于左岸厂址。

从施工与运行条件比较：由于左岸引水隧洞围岩条件较右岸方案差，所以，施工难度相对较大。

综上所述，从地形、地质条件、工程量及施工与运行条件等方面考虑，洞线及厂房布置于右岸。

发电引水建筑物布置为一洞两岔式。

由进口建筑物、压力隧洞、调压井、岔洞和支洞等组成，洞轴线全长2155m，其中隧洞长2120m，胡家塘沟明管段长约40m；设计引用流量为3×34.1m3/s，以调压井为界，隧洞分为上、下两层，两层之间用斜洞连接，上平洞内径5.0m，斜洞及下平洞内径4.5m。

进口建筑物位于右坝头上游约60m处，采用竖井式结构，进口底板高程560.6m，内孔为宽5m，高5m的矩形断面。

阻抗式调压井为园筒式，内径10m，其下通过竖洞与主洞相连，调压井后为530的斜洞段与下平洞相连，调压井以前为常规钢筋混凝土衬砌，调压井以后为钢筋混凝土内衬钢板衬砌。

厂房与开关站结合地形条件布置，左侧为安装间，与主机间同宽；主厂房内两台发电机组呈一字形排列，机组间距11.0m。

副厂房布置在主厂房背后，厂区室外和主变场地面高程为474.00m。

7、枢纽布置特点
1）三大主体建筑物充分利用了坝址处有利的地形、地质条件，布置紧凑，同时在施工期间可互不干扰，有利于电站的运行管理和施工分包。

2）大坝采用较为扁平的对数螺旋线型碾压砼双曲拱坝，最大设计坝高95m，厚高比0.23，适应了坝址的地形、地形条件，有利于改善坝体应力和提高两坝肩岩体的抗滑稳定性
3）在分析坝址地质条件的基础上，及时调整开挖方案，确定先完成532m高程以下的开挖，尽早地进行河床坝基开挖和垫层砼浇筑，抢抓黄金时间浇筑碾压砼，为提前发电创造了条件，实践证明，这种调整是成功的，值得同类工程借鉴。

4）根据现场施工条件，坝体常态砼垫层（原设计2.0m厚）改为50cm厚的常态砼找平层，随后即进行碾压砼施工，简化了砼垫层的施工方案，方便了施工，有利于温控，确保了安全渡汛。