【正文】 的地形地質(zhì)分析，對拱壩壩肩穩(wěn)定有利，主要表現(xiàn)為：河谷狹窄，地形完整對稱，山體雄厚；壩肩出露的巖體為堅(jiān)硬、完整的去武巖，具有較高的強(qiáng)度。采用拱梁分載法(9拱17梁)，在荷載基本組合工況和特殊荷載組合工況下，壩體應(yīng)力位移汁算成果見表表5從計(jì)算結(jié)果可知：在基本組合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工況作用下，壩體位移平順光滑；壩休應(yīng)力狀態(tài)良好，壩體大部分處于受壓狀態(tài)，只在中部高程壩踵部位局部出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大主拉、主壓應(yīng)力值滿足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。(2)壩體應(yīng)力分析壩體應(yīng)力分析以多拱梁法為主，有限元法及模型試驗(yàn)為輔。對多個(gè)樞紐布置方案進(jìn)行了全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出推薦的樞紐布置方案(參見圖2)，其優(yōu)點(diǎn)如下：(1)充分利用玄武巖出露的4km長的峽谷河段布設(shè)整個(gè)水工樞紐。在左右兩岸共布置6條大斷面導(dǎo)流隧洞。在樞紐布置中首先考慮避讓的原則。壩下游消能分為兩個(gè)區(qū)：壩下游設(shè)二道壩壅高水位形成水墊塘，消剎壩身孔口挑射水流的能量；隧洞出口消能區(qū)遠(yuǎn)離水墊塘，隧洞出口挑射水流在水下碰撞和漩滾消能。根據(jù)壩址區(qū)河谷狹窄，基巖新鮮完整的地形地質(zhì)條件，結(jié)合金沙江的水文特性及工程的開發(fā)目標(biāo)及綜合利用要求，樞紐布置中考慮的原則：(1)樞紐布置必須緊湊，充分利用峽谷河段的地形地質(zhì)條件，將樞紐建筑物(含消能區(qū)和導(dǎo)流建筑物)全部布置在4km峽谷河段玄武巖出露段之內(nèi)，與之相匹配，拱壩的壩線位置宜在峽谷中段。河床沖積層一般厚度15～20 m，在峽谷出口段附近增加為40m左右。壩區(qū)河床基巖及兩岸谷坡主要由二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)組成，系一總體緩傾下游偏左岸的單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀在峽谷進(jìn)口和出口附近有明顯轉(zhuǎn)折，形成“陡一緩一陡”的平緩褶曲，峽谷中段產(chǎn)狀平緩，傾角3176。樞紐布置壩區(qū)位于豆沙溪溝口至溪洛渡溝口，全長約4km的峽谷河段，在峽谷進(jìn)口金沙江呈近90176。由于它的凋蓄作用，能使三峽、葛洲壩電站的供水期增加一個(gè)月，?h。(2)攔沙 金沙江是一條多泥沙河流，／m3，推移質(zhì)年輸沙量180萬t。配合其它措施，可以提高下游沿江重要城市宜賓、瀘州和重慶的防洪標(biāo)準(zhǔn)。初期保證出力3 395MW，?h，?h。水庫正常蓄水位高程600m，死水位高程540m，汛期防洪限制水位高程560m。關(guān)鍵詞：重大技術(shù)問題；設(shè)計(jì)；溪洛渡水電站；金沙江概述溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境，壩址距離宜賓市(金沙江河口)河道里程184km，壩址控制金沙江：，占金沙江總流域面積的96%。工程以水力發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運(yùn)條件等綜合利用效益。針對重大技術(shù)問題列出專題，與國內(nèi)的科研單位和大專院校通力合作，并依托國家“九五”科技攻關(guān)，攻克了這些技術(shù)難題，保證了可研報(bào)告的質(zhì)量。在溪洛渡工程的研究設(shè)計(jì)中，結(jié)合“九五”國家科技攻關(guān)和特殊專題研究，開展了前所未有的分析、試驗(yàn)研究工作，重點(diǎn)研究地下廠房洞室群圍巖穩(wěn)定與支護(hù)、合理的施工順序、無支護(hù)時(shí)圍巖靜力穩(wěn)定特性、有支護(hù)時(shí)圍巖靜力穩(wěn)定特性(包括彈塑性損傷有限元分析、FLAC3D拉格朗日元分析及三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn))和洞室群的抗震穩(wěn)定分析。巖體內(nèi)地下水活動(dòng)弱，透水性低，水文地質(zhì)條件相對較簡單。溪洛渡工程兩岸地下廠房洞室群的水平和垂直埋深均大于300m。主廠房尺、(長X寬X高)，地下洞室總開挖量近1 500萬m3，超過已建的二灘、拉格朗德二級(jí)以及丘吉爾電站地下廠房。樞紐整體模型試驗(yàn)和單體水力模型試驗(yàn)表明，這會(huì)樞紐泄洪建筑物的設(shè)計(jì)方案，其泄洪能力、消能效果和布置格局是安全可行的，完全可以在遭遇特大洪水時(shí)投入使用。其中左右岸各2條導(dǎo)流洞擬與廠房尾水洞相結(jié)合，將剩下的2條中的1條改建為泄洪隧洞。泄洪隧洞洞內(nèi)流速大多控制在25m／s左右，僅在龍落尾段流速才由25m／s增加至反弧段末端的45m/s。泄洪洞加上部分機(jī)組運(yùn)行可以宣泄常年洪水。③反拱各底板塊上舉力相關(guān)性差，各單塊底板穩(wěn)定失穩(wěn)受相鄰兩塊底板制約大，從而保證了各單塊底板有足夠大的穩(wěn)定性；反拱型底板較之平底板有更大的安全度，在模型上不設(shè)抽排和止水措施，也末見底板塊發(fā)生失穩(wěn)。②反拱型底板的受力特性與平底板不同。注：L一水墊塘長度；b1b2一水墊塘頂?shù)讓挘篢一水墊塘水深。420m以上則為55176。在設(shè)計(jì)中首先注意水墊塘的開挖不能危及大壩的壩肩安全，水墊塘的邊坡不宜太高；其次，水墊塘底板的穩(wěn)定性。因此設(shè)計(jì)采用壩身孔口宣泄30 000m3／s流量是可行的。在設(shè)計(jì)的允許范圍之內(nèi)。多個(gè)水力學(xué)模型試驗(yàn)的成果表明，通過表孔采用舌形坎或差動(dòng)坎，縮短表孔閘墩、優(yōu)化表孔和深孔體型等工程措施后，當(dāng)壩身宣泄30 000m3／s流量時(shí)，表孔和深孔水舌能適當(dāng)碰撞、剪切形成散落狀水股，水舌擴(kuò)散充分。射流水舌在入水處縱向盡可能的分散；在水舌不砸岸坡的條件下，充分利用下游水深大的特點(diǎn)，使水舌橫向拉開與擴(kuò)散，有效地削弱人水射流的集中程度；利用射流和淹沒水躍的消能原理在水墊塘中集中消剎下泄洪水的能量，并減少水舌沖擊壓力，以減輕射流對水墊塘底板的沖刷破壞。表7 國內(nèi)外部分高拱壩樞紐泄洪功率比較序號(hào) 工程名稱 國家 壩高/（m）落差Z（m）Q（m3?s)流量（m3?s)泄洪功率 N（MW）河槽寬B（m）巖基巖性 完建年份設(shè)計(jì)1 溪洛渡 中國 278 205 52300 10000 枯水期 70～110 率武巖 2 二灘樞紐 中國 240 23900 39000 80～100 正長巖 1998年 3 二灘壩身 中國 240 16300 26500 80～100 正長巖 1998年 4 唉而卡洪 洪都拉斯 231 184 8590 15500 ≈100 石灰?guī)r 1985年 5 里?羅克斯 南非 107 21500 14800 135 泥巖 已建 卡博拉?巴薩 莫桑比克 13300 13400 100 片麻巖 1975年 7 莫西洛克 美國 185 7800 8100 ≈70 玄武巖卡里巴 贊比亞 128 85 9500 8080 120 片麻巖 1962年 9 英古里 前蘇聯(lián) 272 230 2500 5040 25 白云巖 石灰?guī)r 1982年 卡瓦基 日本 140 100 4400 4570 30 1981年 11 莫拉丁其 南斯拉夫 220 175 2200 3890 35 1975年 12 隔河巖 中國 151 100 2780 20700 120 石灰?guī)r 1997年 13 東風(fēng) 中國 173 110 14200 15000 50 石灰?guī)r 1994年 14 李家峽 中國 165 119 6300 73500 ≈50片 巖、混合巖為解決泄洪消能問題，結(jié)合壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，溪洛渡工程泄洪消能設(shè)計(jì)以“分散泄洪、分區(qū)消能、按需防護(hù)”為原則，采用壩身孔口、兩岸泄洪洞和適當(dāng)臺(tái)數(shù)機(jī)組共同承擔(dān)泄洪任務(wù)的布置方案。電站千年一遇洪水洪峰流量43 700m3/s，萬年一遇洪水洪峰流量52 300m3／s泄洪功率近100 000MW，位居世界高拱壩之首，約為已建的二灘電站泄洪功率的3倍，與國內(nèi)外部分已建成的高拱壩泄洪功率比較參見表7。(10)按照壩體混凝土分區(qū)方案，在拱冠梁附近中上部區(qū)域及壩基附近區(qū)域采用180d齡期抗壓強(qiáng)度為36MPa的混凝土，其動(dòng)、靜迭加的抗壓、計(jì)算及模型試驗(yàn)成果均表明，拱壩強(qiáng)度滿足抗震設(shè)計(jì)要求。(8)模型試驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)地震時(shí)，壩體最大應(yīng)力不超過壩體材料強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)。綜合高拉應(yīng)力區(qū)分布范圍及應(yīng)力集中影響區(qū)以外的壩體應(yīng)力值，壩體應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。最大拱向應(yīng)力值減小25％～40％，最大梁向應(yīng)力值減小25％～50％。壩體的高拉應(yīng)力區(qū)集中出現(xiàn)在壩體中上部，由地震時(shí)的拱向拉應(yīng)力產(chǎn)生。在正常蓄水位及低水位運(yùn)行時(shí)，大壩第一階振型呈反對稱，第二、三階振型呈正對稱。因此，在遭遇強(qiáng)震時(shí)應(yīng)考慮波動(dòng)能量向遠(yuǎn)域地基逸散的輻射阻尼影響；③地震動(dòng)非均勻輸入對壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響：采用柯依納波作為輸入地震波，分析地震運(yùn)動(dòng)沿壩的相差幅差、分析對拱壩動(dòng)力反應(yīng)的影響；④綜合考慮地基輻射阻尼，壩體橫縫張開對壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響；⑤動(dòng)力模型試驗(yàn)，模型壩體模擬了橫縫布置并設(shè)置人工阻尼邊界。由于壩高大于250m，其抗震安全性須進(jìn)行專門研究。壩址區(qū)地震危險(xiǎn)性主要自塊體東部馬邊地震帶強(qiáng)震的波及影響。按照地質(zhì)勘探揭示的裂隙產(chǎn)狀及層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶的產(chǎn)狀、分布和位置，列出壩肩各種町能的滑移面組合，按規(guī)范要求，采用剛體極限平衡法進(jìn)行壩肩穩(wěn)定計(jì)算，結(jié)果見表6。在特殊荷載組合工況下，壩體應(yīng)力滿足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)力分布規(guī)律及最大位移、最大應(yīng)力出現(xiàn)部位與基本組合相似，主要差別在于上游壩踵拉應(yīng)力增大，增幅約30％。壩身設(shè)有表孔、中孔后，對大壩整體應(yīng)力分布從拱壩整體穩(wěn)定無影響，儀導(dǎo)致孔口附近局部應(yīng)力集中，通過配筋即可解決。表2 拱壩應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)容許拉應(yīng)力（MPa）混凝土抗壓 強(qiáng)度安全系數(shù)荷載組合 容許壓應(yīng)力（MPa）上游面 下游面基本組合 特殊組合[無地震］ 表3 特殊組合（有地震）工況應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度（MPa）容許壓應(yīng)力（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa） 30 36 注：混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度定義為在標(biāo)準(zhǔn)制作和養(yǎng)護(hù)條件下．20cm立方體試件，180d齡期，具有85%保證率。計(jì)算分析表明：在自重荷載作用下，上下游壩面基本處于受壓狀態(tài)，局部產(chǎn)生的拉應(yīng)力與水沙、溫度荷載下的拉應(yīng)力發(fā)生部位不同。按此要求，經(jīng)各種拱圈線形的優(yōu)化設(shè)計(jì)及綜合比較，推薦拋物線雙曲拱壩，其體型參數(shù)見表1。(4)在雙曲拱壩布置中，考慮不設(shè)縱縫，簡化溫控措施，加快施工進(jìn)度，提高拱壩整體性。大壩建基面高程確定為332m，最大壩高278m，在嵌深上適當(dāng)留有余地。主體工程的工程量包括：石方明挖1 970萬m3，石方洞挖1 580萬m3，混凝土和鋼筋混凝土1 300萬m3，鋼筋、鋼材36萬t。在410m高程布置6個(gè)5mXl0m導(dǎo)流底孔，在 。600kV直流輸電的需要，同時(shí)也兼顧了川、滇兩省的用電要求。多套泄洪設(shè)施可靈活運(yùn)用。(7)兼顧分期蓄水提前發(fā)電，提早發(fā)揮工程效益，降低工程總投資。(6)初期施工導(dǎo)流采用斷流圍堰、隧洞導(dǎo)流、基坑全年施工的方案。已建工程的實(shí)例表明，狹窄河谷中采用挑跌流的泄洪方式，泄洪霧化是不可避免的，霧化強(qiáng)度及范圍均較大。泄洪消能設(shè)施布置采用“分散泄洪、分區(qū)消能、按需防護(hù)”的原則，由壩身孔口和泄洪隧洞及非常泄洪隧洞等多套泄洪設(shè)施共同宣泄洪水。具有“高拱壩、大泄量、多機(jī)組”的特點(diǎn)。茅口組石灰?guī)r(P1m)出露于峽谷進(jìn)口谷底，向下游傾伏于玄武巖之下，在峽谷中段埋深達(dá)100m左右。整個(gè)峽谷無沖溝，地形十分完整，且在峽谷中段兩岸地形向下游略呈收斂之勢，具備修建高拱壩的良好的地形條件。經(jīng)水庫調(diào)節(jié)，在枯水期可增加下泄流量約500m3／s，較大地改善下游川江航道的枯水期航運(yùn)條件。(3)發(fā)電補(bǔ)償效益 長江水系汛期水量豐沛，各電站汛期電量比重均較大，特別需要調(diào)節(jié)水庫將汛期水量調(diào)配到枯水期發(fā)電。如與三峽水庫聯(lián)合進(jìn)行防洪調(diào)度，在遭遇特大洪水時(shí)，可以減少長江中下游分洪量25～40億m3，平均防洪效果系數(shù)(削減下游分洪量／預(yù)留防洪庫容)58％。水庫廠游緊臨川江，具有控制洪水比重大，距離防洪對象近的特點(diǎn)。電站樞紐在左、右兩岸各設(shè)一座地下廠房，各安裝9臺(tái) 700MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量12 600MW。它是金沙江“西電東送”距離最短的骨于電源之一，也是落實(shí)國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)“西電東送”的骨于工程。隨著前期工程的進(jìn)展，這些技術(shù)問題將深入研究，并會(huì)取得滿意結(jié)果。第一篇：溪洛渡電站設(shè)計(jì)中的重大技術(shù)問題研究溪洛渡電站設(shè)計(jì)中的重大技術(shù)問題研究肖白云(成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川成都610072)摘要：總裝機(jī)容量達(dá)12 600 MW的溪洛渡工程是我國繼三峽工程之后的又一座巨型水電工程。在溪洛渡樞紐設(shè)計(jì)中，對幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了深入的研究，即：大壩基建面的選擇、拱壩的體型設(shè)計(jì)，大壩應(yīng)力分析，壩肩穩(wěn)定分析，大壩的抗震設(shè)計(jì)、泄洪消能和超大型地下洞室群的設(shè)計(jì)。電站開發(fā)任務(wù)以水力發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運(yùn)條件等綜合利用效益，供電華東、華中地區(qū)，兼顧川渝、滇的用電需要。具有不完全年調(diào)節(jié)能力。是長江防洪體系的重要組成部分。溪洛渡水庫汛期攔蓄金沙江洪水，減少了直接進(jìn)入三峽水庫的洪量。溪洛渡水電站位于金沙江產(chǎn)沙區(qū)的末端，利用大壩壅高水位達(dá)230m，對河道天然輸沙條件的改變較大，有巨大的死庫容的優(yōu)勢，輔以水庫合理調(diào)度，大量攔截泥沙，減少三峽水庫的入庫泥沙，且使三峽水庫入庫泥沙顆粒細(xì)化，可有效地減少三峽水庫庫尾的泥沙淤積，有利于三峽水庫的長期使用和綜合效益的發(fā)揮。(4)航運(yùn) 樞紐位于不通航河段。河谷斷面呈窄“U”型，河谷的寬高比約為2，枯水期水面寬70～110m，在水面抬高230m到達(dá)正常蓄水位 600m時(shí)，水面寬度僅有530m左右。巖流層厚達(dá)490～540m，巖體致密、堅(jiān)硬、均一，沒有斷層分布，發(fā)育于巖流層層間和層內(nèi)的的錯(cuò)動(dòng)帶是其主要的結(jié)構(gòu)面。電站樞紐由攔河大壩、泄洪設(shè)施、引水發(fā)電建筑物等組成。(3)由于樞紐泄洪流量大，泄洪功率近100 000MW，居世界高拱壩之首。(4)高度重視泄洪霧化對樞紐布置的影響。(5)河芥狹窄，不具備布設(shè)壩后廠房的條件，利用河床左右兩岸地形地質(zhì)條件基本對稱，山體雄厚，圍巖條件好的特點(diǎn)，將18臺(tái)機(jī)組均勻分設(shè)在左、右兩岸的地下廠房，每座廠房裝機(jī)容量6 300MW。這樣不僅減少工程量節(jié)省投資，而且使處于狹窄河谷的樞紐布置更加緊湊。下泄水流順應(yīng)河勢，歸槽條件好，對岸坡穩(wěn)定影響相對較小，且能節(jié)省投資。500kV直流輸電和向華東2回177。后期在壩身設(shè)兩層導(dǎo)流底孔。(5)樞紐布置緊湊，工程量小。選擇大壩建基面時(shí)，考慮壩高達(dá)278m，承受總水推力約 l 400萬t，對基礎(chǔ)的要求較高，因此將拱壩基本上置于微一新和弱風(fēng)化下段的玄武巖巖體上，拱壩壩肩、壩基巖體質(zhì)地堅(jiān)硬，以整體塊狀和次塊狀結(jié)構(gòu)為主，完整性、均勻性好，能夠滿足拱壩承載能力及壩基變形的要求。(3)大壩應(yīng)具有較