張宗亮,劉興寧,馮業(yè)林,李仕奇,張四和,武賽波,邵光明
(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,云南 昆明 650051)
糯扎渡水電站位于云南省普洱市思茅區(qū)和瀾滄縣境內(nèi),是瀾滄江中下游河段梯級(jí)規(guī)劃 “二庫(kù)八級(jí)”電站的第5級(jí),其上游與大朝山水電站銜接,下游與景洪水電站銜接。工程以發(fā)電為主,并兼有下游景洪市 (壩址下游約110 km)的城市用水、農(nóng)田防洪及改善下游航運(yùn)等綜合利用任務(wù)。水庫(kù)正常蓄水位812.00 m,汛限水位804.00 m,死水位765.00 m, 總庫(kù)容 237.03×108m3, 調(diào)節(jié)庫(kù)容 113.35×108m3,具有多年調(diào)節(jié)能力。電站裝機(jī)容量5 850 MW (9×650 MW),保證出力2 406 MW。工程樞紐由心墻堆石壩、左岸岸邊溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸引水系統(tǒng)和地下廠房組成,最大壩高261.5 m。
本工程為一等大 (1)型工程,永久性主要水工建筑物為1級(jí)建筑物,其他次要建筑物為3級(jí)建筑物。堆石壩洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期1 000年 (P=0.1%),泄洪流量Q=26 913 m3/s,校核標(biāo)準(zhǔn)為PMF,泄洪流量 Q=37 532 m3/s。
根據(jù)地形地質(zhì)條件、施工及運(yùn)行要求,最終確定樞紐布置為:擋水建筑物為直心墻堆石壩;泄洪建筑物由左岸開(kāi)敞式溢洪道、左岸泄洪隧洞 (后段結(jié)合5號(hào)導(dǎo)流隧洞)、右岸泄洪隧洞和下游護(hù)岸工程組成;引水發(fā)電建筑物由左岸引水系統(tǒng)、地下主副廠房洞室群、尾水系統(tǒng) (1號(hào)尾水隧洞與2號(hào)導(dǎo)流隧洞結(jié)合)、地面副廠房及出線場(chǎng)組成;導(dǎo)流建筑物由左岸1、2、5號(hào)導(dǎo)流隧洞,右岸3、4號(hào)導(dǎo)流隧洞組成。上、下游圍堰均為土石圍堰,上游圍堰與大壩結(jié)合,下游圍堰與量水堰結(jié)合。糯扎渡水電站樞紐建筑物透視圖見(jiàn)圖1。
圖1 糯扎渡水電站樞紐建筑物透視圖
2.2.1 擋水建筑物
壩體基本剖面為中央直立摻礫土心墻形式,心墻兩側(cè)為反濾層,反濾層以外為堆石體壩殼。壩頂寬度為18 m,心墻基礎(chǔ)最低建基面高程為560.0 m。上游壩坡坡度為1∶1.9,下游壩坡坡度為1∶1.8。壩體總填筑量3400萬(wàn)m3。其中,心墻填筑量為464萬(wàn)m3。
2.2.2 泄水建筑物
(1)開(kāi)敞式溢洪道布置于左岸平臺(tái)靠岸邊側(cè)部位,溢洪道水平總長(zhǎng)1 445 m,寬151.5 m。進(jìn)口底板高程775.0 m,共設(shè)8個(gè)15 m×20 m (寬×高)表孔,每孔均設(shè)檢修門和弧形工作閘門,溢流堰頂高程792 m,堰高17 m,最大泄流量31 318 m3/s,最大流速52m/s,采用挑流并預(yù)挖消力塘消能。
(2)左岸泄洪隧洞進(jìn)口底板高程721.0 m,全長(zhǎng)950 m。有壓段為內(nèi)徑12 m的圓形,工作閘門為2孔,孔口尺寸5 m×9 m,最大泄流量3 395 m3/s,最大流速42 m/s。無(wú)壓段為城門洞形,尺寸12 m×(16~21 m),其后段與5號(hào)導(dǎo)流隧洞結(jié)合,結(jié)合段長(zhǎng)343 m,出口采用挑流消能。
(3)右岸泄洪隧洞進(jìn)口底板高程695.0 m,洞軸線在有壓段平面轉(zhuǎn)角60°,全長(zhǎng)1 062 m。有壓段為內(nèi)徑12 m的圓形,工作閘門為2孔,孔口尺寸5 m×8.5 m,最大泄流量3 257 m3/s,最大流速42 m/s。無(wú)壓段為城門洞形,尺寸12 m×(18.28~21.5 m),出口采用挑流消能。
2.2.3 引水發(fā)電建筑物
(1)電站進(jìn)水口引渠底板高程734.5 m,進(jìn)水塔長(zhǎng)度225 m、寬35.2 m (順?biāo)鞣较颍⒏?8.5 m,塔頂高程同大壩壩頂高程821.5 m。為了減免下泄低溫水對(duì)下游水生生物的影響,進(jìn)水口利用檢修攔污柵槽設(shè)置疊梁門進(jìn)行分層取水。按單機(jī)單管布置9條引水道,單機(jī)引用流量381 m3/s,引水道的直徑9.2~8.8 m。
(2)地下主、副廠房尺寸418 m×29 m×81.6 m,機(jī)組間距34 m,機(jī)組安裝高程587.9 m。地下主變室尺寸348 m×19 m×38.6 m,內(nèi)設(shè)主變層、電纜層及GIS層;上游設(shè)9條母線洞與主廠房相連,下游設(shè)2條出線豎井通向高程821.5 m的平臺(tái)地面副廠房。地面副廠房、500 kV出線場(chǎng)、出線終端塔場(chǎng)地、進(jìn)排風(fēng)樓等布置在主廠房頂高程821.5 m的平臺(tái)上。
(3)尾水調(diào)壓室采用圓筒式調(diào)壓井,按 “一”字形布置,調(diào)壓室直徑分別為27.8 m (1號(hào))、29.8 m(2、3號(hào)),高度92 m,間距為102 m,尾水閘門室布置在尾水調(diào)壓室上游42.5 m處。調(diào)壓井后各接1條尾水隧洞,洞徑為18 m,洞長(zhǎng)447~465 m。其中,1號(hào)尾水隧洞與2號(hào)導(dǎo)流隧洞相結(jié)合,結(jié)合段長(zhǎng)334.4 m,城門洞形斷面尺寸為16 m×21 m (寬×高)。尾水隧洞出口均布置2孔尾水檢修閘門。
2.2.4 導(dǎo)截流建筑物
上游圍堰為與壩體結(jié)合的土石圍堰,堰頂高程656.0 m,圍堰頂寬15 m,堰頂長(zhǎng)265 m,最大堰高82 m。624.0 m高程以下上游面坡度為1∶1.5;624.0 m高程以上為1∶3,下游面坡度為1∶2。圍堰上部采用土工膜斜墻防滲,下部及堰基防滲采用混凝土防滲墻,厚度0.80 m。下游圍堰與量水堰結(jié)合,為土石圍堰,堰頂高程625.0 m,圍堰頂寬12 m,堰頂長(zhǎng)191 m,下部坡度為1∶1.5,上部為1∶1.8,最大堰高42 m。圍堰上部采用土工膜心墻防滲,下部及堰基采用混凝土防滲墻防滲,厚度0.80 m。
導(dǎo)流隧洞斷面形式均為方圓形,1~3號(hào)導(dǎo)流隧洞斷面尺寸16 m×21 m (寬×高),1、3號(hào)導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底板高程為600.0 m;2號(hào)導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底板高程為605.0 m,后段與1號(hào)尾水隧洞結(jié)合;4號(hào)導(dǎo)流隧洞斷面尺寸為7 m×8 m (寬×高),進(jìn)口底板高程為630.0 m;5號(hào)導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底板高程為660.0 m,前段為有壓段,襯砌后斷面尺寸為7.0 m×9.0 m (寬×高),底坡為平坡,閘后為無(wú)壓洞段,襯砌后斷面尺寸為10.0 m×12.0 m (寬×高),出口挑流消能。
3.1.1 工程地質(zhì)分區(qū)
壩址區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜,巖體風(fēng)化程度、構(gòu)造發(fā)育程度等均呈現(xiàn)很大的不均一性。在詳細(xì)分析壩址區(qū)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化卸荷、地下水等基本地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,參考巖體質(zhì)量綜合分類的方法,將壩址區(qū)工程地質(zhì)條件按不同等級(jí)分為A、B、C、D、E、F等6個(gè)區(qū)。以A區(qū)工程地質(zhì)條件最好,以下依次變差,F(xiàn)區(qū)分布有工程區(qū)2條最大的斷層,屬最差。工程地質(zhì)分區(qū)為樞紐建筑布置提供了可靠依據(jù),如主要建筑物除大壩壩基外,地下廠房、引水發(fā)電系統(tǒng)均布置于A區(qū)。
3.1.2 滲透變形試驗(yàn)及固結(jié)灌漿試驗(yàn)
受構(gòu)造、風(fēng)化、蝕變等因素的綜合影響,壩基右岸中部巖體形成了大致順河方向延伸并包括斷層在內(nèi)的構(gòu)造軟弱巖帶,帶內(nèi)巖體破碎,風(fēng)化較強(qiáng)烈,完整性差,各級(jí)結(jié)構(gòu)面發(fā)育,并且多夾泥或附有泥質(zhì)薄膜。由于構(gòu)造軟弱巖帶內(nèi)巖體強(qiáng)度及變形模量低,抗變形性能差,滲透性較大,易產(chǎn)生不均勻變形,難以滿足大壩對(duì)地基強(qiáng)度、抗變形性能及防滲方面的要求。為了為壩基處理措施提供依據(jù),對(duì)該構(gòu)造軟弱巖帶開(kāi)展?jié)B透變形試驗(yàn)及固結(jié)灌漿試驗(yàn)。
滲透變形試驗(yàn)布置于帶內(nèi)規(guī)模最大的斷層內(nèi)。試驗(yàn)成果表明,斷層帶最小臨界比降達(dá)到2,可以滿足抗?jié)B變形要求。在探硐內(nèi)進(jìn)行的高壓固結(jié)灌漿試驗(yàn)表明,通過(guò)高壓灌漿處理,特別是超細(xì)水泥的使用,對(duì)于降低巖體的透水率,提高巖體的滲透穩(wěn)定性效果顯著,巖體的均一性和力學(xué)性質(zhì)也有不同程度的提高,抵抗變形破壞的能力得到加強(qiáng)。這說(shuō)明采用高壓固結(jié)灌漿的方法處理壩址右岸構(gòu)造軟弱巖帶的措施是可行的。
3.1.3 主要建筑物開(kāi)挖區(qū)按料場(chǎng)開(kāi)展勘察試驗(yàn)
電站進(jìn)水口及溢洪道開(kāi)挖料石渣總方量約4 000萬(wàn)m3,充分利用開(kāi)挖渣料可以節(jié)約大量資金。因此,對(duì)電站進(jìn)水口及溢洪道開(kāi)挖區(qū)進(jìn)行了石料詳細(xì)地質(zhì)勘察。根據(jù)勘察成果及施工期揭露的實(shí)際情況,對(duì)開(kāi)挖渣料分類,用于不同筑壩堆石料區(qū)或混凝土骨料。
糯扎渡水電站心墻堆石壩壩高261.5 m,上游壩坡1∶1.9,下游壩坡1∶1.8;工程規(guī)模巨大,技術(shù)難度高。如此規(guī)模的心墻堆石壩設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)沒(méi)有任何成熟經(jīng)驗(yàn)可資借鑒,國(guó)外可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)也很少。為此,中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 (以下簡(jiǎn)稱“昆明院”)聯(lián)合多家高等院校和科研機(jī)構(gòu),從可研階段開(kāi)始就針對(duì)糯扎渡水電站心墻堆石壩關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展了持續(xù)深入的科技攻關(guān)。研究?jī)?nèi)容包括壩料勘察、試驗(yàn)及壩料特性,土石壩計(jì)算分析理論及抗裂措施,心墻堆石壩壩料分區(qū)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化,心墻堆石壩動(dòng)力反應(yīng)分析計(jì)算理論及抗震措施,心墻堆石壩滲流分析及滲控措施等,解決了諸多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。招標(biāo)施工圖階段持續(xù)與科研單位開(kāi)展深化研究工作。結(jié)合施工需要及施工中出現(xiàn)的一些問(wèn)題,開(kāi)展了壩料壓實(shí)指標(biāo)波動(dòng)對(duì)大壩安全的影響、墊層及廊道裂縫對(duì)大壩安全的影響、蓄水速度對(duì)大壩安全的影響等科研工作。2008年汶川地震后,又根據(jù)最新的地震動(dòng)參數(shù)開(kāi)展了大壩抗震深化研究。上述研究成果大部分均運(yùn)用到了工程的設(shè)計(jì)、施工中。根據(jù)研究成果,對(duì)高心墻堆石壩進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì),使我國(guó)高土石壩筑壩技術(shù)上了一個(gè)新的臺(tái)階。
(1)心墻防滲土料采用天然混合土料中摻人工碎石的礫質(zhì)土料,改善了力學(xué)性質(zhì),使之適應(yīng)了超高壩防滲土料的要求。
(2)通過(guò)對(duì)堆石料性質(zhì)劣化的試驗(yàn)及其對(duì)壩體應(yīng)力、變形影響的計(jì)算分析研究,論證了含軟巖堆石料可用于高心墻堆石壩上游壩殼。最終,大壩上游共利用了478萬(wàn)m3建筑開(kāi)挖的含軟巖堆石料,減少棄渣和料場(chǎng)開(kāi)挖。在取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),還方便了施工,有利于環(huán)境保護(hù)。
(3)通過(guò)大量的壩料試驗(yàn)及計(jì)算分析,論證了上游壩坡采用1∶1.9,下游壩坡采用1∶1.8的可行性,減小了大壩輪廓和工程布置難度,減少了填筑量。
(4)論證了直心墻堆石壩抗水力劈裂的安全性,比采用斜心墻堆石壩施工更為方便。
(5)修正了土石壩計(jì)算靜、動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系。
(6)提出了采用 “數(shù)字大壩——工程質(zhì)量與安全信息管理系統(tǒng)”進(jìn)行大壩施工質(zhì)量的數(shù)字化監(jiān)控的思路。為保障大壩施工質(zhì)量提供了實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、全過(guò)程的監(jiān)督控制。
(7)為進(jìn)行大壩施工質(zhì)量及設(shè)計(jì)反饋,開(kāi)展施工期及運(yùn)行期的安全評(píng)價(jià),昆明院聯(lián)合清華大學(xué)開(kāi)展了 “數(shù)字大壩——工程安全評(píng)價(jià)與預(yù)警信息管理系統(tǒng)”的研究,對(duì)施工過(guò)程、檢測(cè)質(zhì)量及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析及合理評(píng)價(jià)??紤]時(shí)空效應(yīng)結(jié)合多尺度有限元計(jì)算進(jìn)行反演分析,對(duì)大壩進(jìn)行安全評(píng)價(jià),并預(yù)測(cè)大壩在不同條件下的性態(tài)及安全裕度。根據(jù)監(jiān)測(cè)和分析成果修正和完善不同時(shí)期、不同工況下大壩的各級(jí)警戒值和安全評(píng)價(jià)指標(biāo),提出相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案與防范措施。
(8)開(kāi)展了土料壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)方法的研究。對(duì)比超大型 (φ600 mm,2 690 kJ/m3功能)、大型 (φ30 0mm,2 690 kJ/m3功能)及小型 (φ152 mm,595 kJ/m3功能)擊實(shí)試驗(yàn)。采用小型擊實(shí)P20細(xì)料成果對(duì)摻礫土料進(jìn)行質(zhì)量控制和采用大型擊實(shí)成果對(duì)摻礫土全料進(jìn)行質(zhì)量控制均是可行的;施工過(guò)程中,采用小型擊實(shí)P20細(xì)料成果對(duì)摻礫土料進(jìn)行質(zhì)量控制,并定期采用大型擊實(shí)成果對(duì)摻礫土全料進(jìn)行質(zhì)量復(fù)核。
本工程校核洪水標(biāo)準(zhǔn) (PMF時(shí))總泄洪流量37 532 m3/s,溢洪道、左右岸泄洪隧洞聯(lián)合泄洪功率66 940 MW。泄洪流量及功率均名列世界前茅。
3.3.1 溢洪道
溢洪道設(shè)8個(gè)15 m×20 m (寬×高)表孔,泄槽段寬151.5 m,最大泄量31 318 m3/s,最大泄量時(shí)落差182 m,最大流速52 m/s,為國(guó)內(nèi)最大岸邊開(kāi)敞式溢洪道,最大泄洪功率 (PMF時(shí))55 860 MW,為世界同類工程之首。
為方便運(yùn)行管理、檢修,采用2道中隔墻將泄槽分為左、中、右3槽。泄槽底板采用0.8~1.2 m的薄板結(jié)構(gòu),根據(jù)地形條件采用上緩下陡的兩級(jí)底坡布置形式,跨斷層部位采用有蓋重固結(jié)灌漿和系統(tǒng)錨筋樁錨固處理,垂直水流方向僅在摻氣坎附近設(shè)結(jié)構(gòu)橫縫,結(jié)構(gòu)橫縫間65~128 m采用通倉(cāng)澆筑。
溢洪道出口采用預(yù)挖消力塘形成水墊的消能方式,較好地解決了溢洪道的消能問(wèn)題。由于消力塘底面積大,約為53 000 m2,按平均厚度3 m襯砌,混凝土為15.7×104m3,還要設(shè)復(fù)雜的抽排水系統(tǒng)。因此,對(duì)消力塘的結(jié)構(gòu)及水力設(shè)計(jì)進(jìn)行了專項(xiàng)研究,取消了消力塘底板襯砌和復(fù)雜的抽排水系統(tǒng),采取護(hù)岸不護(hù)底方案。
3.3.2 泄洪隧洞
(1)左岸泄洪隧洞最大泄流量為3 395 m3/s,工作閘門孔口尺寸5 m×9 m,布置2孔,設(shè)計(jì)水頭103 m。
(2)右岸泄洪隧洞最大泄流量為3 257 m3/s,工作閘門孔口尺寸5m×8.5m,布置2孔,設(shè)計(jì)水頭126m。
(3)泄洪隧洞閘門孔口水流流速接近40 m/s,無(wú)壓斷流速約42 m/s。泄洪隧洞兩孔合一并側(cè)向收縮的結(jié)構(gòu)形式在國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有成熟的工程實(shí)踐。高水頭、高流速增加了泄洪隧洞有壓流到無(wú)壓流過(guò)渡設(shè)計(jì)及無(wú)壓段摻氣減蝕設(shè)計(jì)的難度。
糯扎渡水電站水庫(kù)具有多年調(diào)節(jié)性能,且水庫(kù)庫(kù)容巨大,屬典型的水溫分層型水庫(kù),下泄低層低溫水將對(duì)下游魚(yú)類產(chǎn)生一定的不利影響,必須采取措施,將不利影響減小到最低。為此,昆明院對(duì)電站進(jìn)水口進(jìn)行了分層取水設(shè)計(jì)研究。采用疊梁門多層取水設(shè)計(jì)方案:進(jìn)水塔順?biāo)飨蛞来尾贾霉ぷ鲾r污柵、檢修攔污柵 (疊梁閘門)、檢修閘門、事故閘門和通氣孔。其中,檢修攔污柵與疊梁閘門共用檢修攔污柵柵槽。
取水疊梁閘門分成4擋運(yùn)行:水庫(kù)水位高于803.0 m以上時(shí),門葉整體擋水,擋水閘門頂高程為774.04 m,為第1層取水;水庫(kù)水位在803.0~790.4 m時(shí),吊起第1節(jié)疊梁門,僅用第2、3節(jié)門葉擋水,此時(shí)擋水閘門頂高程為761.36 m,為第2層取水;水庫(kù)水位在 790.4~777.7 m時(shí),繼續(xù)吊起第2節(jié)疊梁門,僅用第3節(jié)門葉擋水,此時(shí)擋水閘門頂高程為748.68 m,為第3層取水;水庫(kù)水位降至777.7~765.0 m時(shí),繼續(xù)吊起第3節(jié)疊梁門,無(wú)疊梁閘門擋水,為第4層取水。
疊梁門多層取水水位保證率高,電站運(yùn)行靈活性較高,可保證水電站絕大部分運(yùn)行時(shí)間引用水庫(kù)上層水發(fā)電,最大限度地解決了對(duì)下游魚(yú)類的不利影響。
尾水調(diào)壓室采用圓筒式。為了減小尾水調(diào)壓室規(guī)模,降低施工難度,確保施工安全,經(jīng)分析研究認(rèn)為,2號(hào)導(dǎo)流隧洞有較好的利用價(jià)值,1號(hào)尾水調(diào)壓室充分利用了2號(hào)導(dǎo)流隧洞與1號(hào)尾水隧洞結(jié)合點(diǎn)至中部堵頭段間的一段隧洞作為擴(kuò)展調(diào)壓室,減小了井筒尺寸,開(kāi)挖時(shí)有利于圍巖穩(wěn)定,降低施工難度,縮短施工工期,節(jié)省了工程投資。通過(guò)水力過(guò)渡過(guò)程數(shù)值計(jì)算分析及水力學(xué)試驗(yàn)優(yōu)化后,1號(hào)尾水調(diào)壓室井筒內(nèi)直徑由33 m調(diào)整為27 m;2、3號(hào)由33 m調(diào)整為29 m,連通上室寬度增加為12 m,阻抗板底高程降低為578.5 m,調(diào)壓室后設(shè)置30 m漸變段與尾水隧洞銜接,調(diào)壓室底部中心至分縫處的距離調(diào)整為17 m。尾水調(diào)壓室和尾水閘門室內(nèi)的最高和最低涌浪均滿足設(shè)計(jì)要求。
樞紐區(qū)主要邊坡均為巖質(zhì)邊坡。右岸壩頂高程以上永久邊坡最大高度220 m,電站進(jìn)水口邊坡最大高度87 m,尾水隧洞出口邊坡最大高度225 m,溢洪道邊坡最大高度270 m。左、右岸泄洪隧洞進(jìn)出口邊坡以及下游護(hù)岸工程邊坡規(guī)模相對(duì)較小。采用臺(tái)階式開(kāi)挖,每15 m或20 m高的梯段設(shè)寬3 m的馬道,開(kāi)挖坡比根據(jù)地質(zhì)條件、建筑物設(shè)計(jì)體型等因素具體確定。對(duì)建筑物邊坡開(kāi)展了地質(zhì)詳查和結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析、巖體質(zhì)量等級(jí)評(píng)定分析、邊坡計(jì)算參數(shù)研究、邊坡失穩(wěn)模式判別、邊坡二維及三維穩(wěn)定分析、典型邊坡二維有限元分析等工作。研究結(jié)果及施工實(shí)踐表明,樞紐區(qū)邊坡在綜合采用分臺(tái)階開(kāi)挖、邊坡防排水系統(tǒng)、系統(tǒng)噴錨支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索等處理措施后,滿足穩(wěn)定和安全要求。
施工期間,針對(duì)規(guī)模較大的尾水隧洞出口邊坡和溢洪道消力塘邊坡,開(kāi)展了開(kāi)挖過(guò)程監(jiān)測(cè)信息反饋分析及長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究。根據(jù)研究結(jié)果,對(duì)消力塘邊坡底部加強(qiáng)了預(yù)應(yīng)力錨固。目前,各開(kāi)挖部位邊坡在施工及運(yùn)行期間的穩(wěn)定性均可得到保證。
心墻堆石壩布置了完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)儀器布置的基礎(chǔ)上,針對(duì)工程特點(diǎn)和難點(diǎn),主要在以下方面進(jìn)行了創(chuàng)新:
(1)上游堆石體位移監(jiān)測(cè)。國(guó)內(nèi)心墻堆石壩監(jiān)測(cè)對(duì)下游堆石體位移關(guān)注較多,但對(duì)于上游堆石體位移監(jiān)測(cè)關(guān)注較為忽視,上游堆石體在蓄水期和運(yùn)行期的重要性不低于上游堆石體。為此,在上游堆石體內(nèi)部分層布置弦式沉降儀,在心墻表面對(duì)應(yīng)高程布置視準(zhǔn)線以監(jiān)測(cè)其位移,為全方位監(jiān)測(cè)大壩變形提供了支撐。
(2)心墻與反濾間錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)。心墻與反濾之間的錯(cuò)動(dòng)情況對(duì)評(píng)價(jià)大壩的整體變形協(xié)調(diào)至關(guān)重要。但是,國(guó)內(nèi)在此方面尚無(wú)監(jiān)測(cè)實(shí)例。本工程將剪變形計(jì)布置于心墻與反濾之間,埋設(shè)高程與上、下游堆石體對(duì)應(yīng),可綜合評(píng)判大壩的變形協(xié)調(diào)情況。
(3)心墻沉降監(jiān)測(cè)。心墻沉降監(jiān)測(cè)一般采用電磁沉降儀,因其具有埋設(shè)簡(jiǎn)單、測(cè)值可靠等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用廣泛。由于埋設(shè)于心墻中的電磁沉降環(huán)為磁性體,存在消磁的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此情況,糯扎渡水電站心墻沉降環(huán)采用不銹鋼材料,將磁性被動(dòng)探測(cè)改為主動(dòng)發(fā)射,提高了儀器的耐久性。
(4)下游堆石體沉降監(jiān)測(cè)。下游堆石體沉降監(jiān)測(cè)一般采用水管式沉降儀。常規(guī)水管式沉降儀測(cè)線為3管式,包括進(jìn)水管、排水管和排氣管。由于超高壩帶來(lái)管線超常規(guī),管線的不均勻沉降可能導(dǎo)致觀測(cè)異常。為此,本工程將3管式改進(jìn)為4管式,增加1根進(jìn)水管,提高了儀器的可靠性及觀測(cè)精度。
為滿足工程施工導(dǎo)截流的需要,糯扎渡水電站共布置5條導(dǎo)流隧洞,規(guī)模巨大。上游圍堰與大壩壩體結(jié)合,下游土石圍堰后期改造成壩體量水堰,圍堰布置、體型結(jié)構(gòu)要求特殊,且圍堰施工工期緊張。
(1)大斷面導(dǎo)流洞開(kāi)挖支護(hù)和薄壁混凝土襯砌。采用考慮 “一次支護(hù)加固圍巖”的隧洞開(kāi)挖、支護(hù)及混凝土襯砌設(shè)計(jì)方法,完成總長(zhǎng)約3 300 m隧洞的支護(hù)及薄壁混凝土襯砌設(shè)計(jì),取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益??偨Y(jié)的大型水工隧洞的開(kāi)挖、支護(hù)和襯砌設(shè)計(jì)理念在國(guó)內(nèi)多個(gè)工程中運(yùn)用。
(2)大斷面淺埋漸變段開(kāi)挖、支護(hù)。1、2號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段最大開(kāi)挖尺寸27.6 m×26.3 m,受F5、F6斷層影響,巖體類別為Ⅲ、Ⅳ類。采用先懸吊錨筋樁,后預(yù)應(yīng)力錨索及超前錨桿錨固,再進(jìn)行隧洞進(jìn)口開(kāi)挖支護(hù)的設(shè)計(jì)方案,成功地運(yùn)用于2號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段。上覆巖體厚僅27.2 m,開(kāi)挖跨度27.6 m,平頂一次開(kāi)挖、支護(hù)成型,在國(guó)內(nèi)、外均屬首次。
(3)大斷面導(dǎo)流洞通過(guò)不良地質(zhì)洞段。1、2號(hào)導(dǎo)流洞開(kāi)挖斷面尺寸為19.6 m×24.3 m。隧洞穿過(guò)F3斷層及其影響帶。利用監(jiān)測(cè)資料,采用 “反演分析法”進(jìn)行支護(hù)調(diào)整,使巨型隧洞成功穿過(guò)約40 m的特殊地質(zhì)段。這是隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新,也是施工技術(shù)的成功實(shí)踐,具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
(4)80 m級(jí)土工膜防滲體圍堰。鑒于圍堰布置、結(jié)構(gòu)的特殊要求及工期的緊迫性,對(duì)圍堰布置及結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行技術(shù)研究,確定了實(shí)現(xiàn)工期有保障、結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)上較優(yōu)的圍堰布置形式。采用高達(dá)82 m的土工膜斜墻土石圍堰 (上游)及土石圍堰后期改造成壩體量水堰的圍堰設(shè)計(jì) (下游)。
(5)大流量、高流速、高落差山區(qū)河流截流工程實(shí)踐。截流龍口最大流速為7.52 m/s,最大落差6.7 m,具有高流速、高落差的特點(diǎn),截流難度大。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)龍口各水力學(xué)指標(biāo)與設(shè)計(jì)完全吻合,截流規(guī)劃設(shè)計(jì)準(zhǔn)確指導(dǎo)了截流的實(shí)施,為截流水力設(shè)計(jì)參數(shù)取值提供了成功經(jīng)驗(yàn)。
(1)壩料利用情況。糯扎渡水電工程可用開(kāi)挖料主要有電站進(jìn)水口、溢洪道開(kāi)挖料,尾水出口邊坡、地面開(kāi)關(guān)站及導(dǎo)流洞進(jìn)口開(kāi)挖料等,開(kāi)挖總量約4 002×104m3。利用料包括直接上壩、回采上壩和混凝土粗細(xì)骨料,總量約為2 232×104m3,利用率約為56%。
(2)工程建設(shè)里程碑。糯扎渡水電站于2003年10月可研通過(guò)審查。審查通過(guò)的工程施工總工期為11.5年 (138個(gè)月)。其中,準(zhǔn)備工程約3年 (34個(gè)月),主體工程約5.5年 (69個(gè)月),完建約3年(35個(gè)月),第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電約8.5年 (103個(gè)月)。工程籌建期為3年。2004年4月,籌建期項(xiàng)目陸續(xù)開(kāi)工建設(shè);2006年1月,導(dǎo)流洞主洞開(kāi)工建設(shè);2007年11月4日截流;2008年12月大壩心墻區(qū)開(kāi)始填筑;2011年11月下閘蓄水;2012年第3季度首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電;2014年6月工程完工。工程籌建期、準(zhǔn)備期、首臺(tái)機(jī)組發(fā)電均縮短工期約1年。
結(jié)合地形地質(zhì)條件、施工及運(yùn)行要求,減少工程量,降低工程投資,永久與臨時(shí)建筑多處結(jié)合布置,具體如下:①上游圍堰與大壩;②下游圍堰與量水堰;③5號(hào)導(dǎo)流隧洞后段與左岸泄洪隧洞;④2號(hào)導(dǎo)流隧洞后段與1號(hào)尾水隧洞及1號(hào)尾水調(diào)壓室;⑤5號(hào)導(dǎo)流隧洞交通洞充分利用15號(hào)施工支洞。
采用RIVET等軟件進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同三維設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)成果可從多角度、各部位真實(shí)展示,甚至可模擬漫游電站廠房。在各專業(yè)、各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,解決了相互間錯(cuò)、漏、碰、撞的問(wèn)題。三維模型不僅真實(shí)地再現(xiàn)了工程實(shí)施后的全貌,還可方便地轉(zhuǎn)化為二維施工圖。目前,電站的布置、電纜橋架等均采用三維模型轉(zhuǎn)化的方式出二維施工圖。推廣采用了三維協(xié)同設(shè)計(jì),有效地減少了95%以上的設(shè)計(jì)中的 “錯(cuò)、漏、碰”問(wèn)題。