【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 墊塘底板的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的試驗(yàn)研 究，得出以下結(jié)論：①反拱型水墊塘的流態(tài)與平底板水墊塘沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，壩身多股射流，在水墊塘內(nèi)形成復(fù)雜的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，塘內(nèi)水流紊動(dòng)和混摻劇烈，消能比較充分。采用先進(jìn)的測(cè)試手段，細(xì)致地分析了水墊塘復(fù)雜的三元流動(dòng)結(jié)構(gòu)，按照不同的受力情況對(duì)水墊塘各部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，可以保證工程的安全運(yùn)行。②反拱型底板的受力特性與平底板不同。平底板塊以升浮穩(wěn)定為控制條件，其抗力主要是單塊的自重和錨固力，一旦止水破壞，抽排系統(tǒng)失效，動(dòng)水壓力沿裂縫傳到板塊底部，對(duì)底板穩(wěn)定形成直接危險(xiǎn)，特別是水墊塘動(dòng)水壓力較大的水舌入水區(qū)，容易產(chǎn)生底板塊失穩(wěn)。反拱型水墊塘底板，當(dāng)動(dòng)水壓力產(chǎn)生的上舉力超過(guò)底板塊自重時(shí)，底板塊間形成拱，靠拱端產(chǎn)生的推力來(lái)維持其穩(wěn)定。反拱型底板在上舉力作用下產(chǎn)生的推力在摩擦力和錨筋剪切的力的耗損下傳至拱底，因此拱端產(chǎn)生的推力不會(huì)很大，拱座容易保持穩(wěn)定。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(jiàn)底板塊發(fā)生失穩(wěn)。(3)大泄量的“龍落尾”泄洪隧洞溪洛渡工程40％的泄量山兩岸多條泄洪洞負(fù)擔(dān)，單洞泄量高達(dá)4 000m3/s。泄洪隧洞分流后可減輕壩下消能防沖的負(fù)擔(dān)和泄洪霧化的影響，增大樞紐泄洪設(shè)施運(yùn)行的靈活性利可靠性。，汛期庫(kù)水位基本上要維持在560m運(yùn)行，汛期泄洪設(shè)備主要為泄洪洞和壩身深孔。泄洪洞加上部分機(jī)組運(yùn)行可以宣泄常年洪水。因此，對(duì)泄洪洞的安全運(yùn)行要求頗高。根據(jù)樞紐布置，～，平面上布置要轉(zhuǎn)彎，泄洪洞水頭高，反弧段流速達(dá)45m/s以上。在總結(jié)國(guó)內(nèi)外大型泄洪洞設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出進(jìn)口為有壓段，后經(jīng)地下工作閘門(mén)室接無(wú)壓洞，無(wú)壓洞洞內(nèi)“龍落尾”型式，將總能量的80％左右集中在尾部占全洞洞長(zhǎng)的15％的洞段之內(nèi)。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。這種布置型式的優(yōu)點(diǎn)：絕大多數(shù)洞段由于流速低，不致產(chǎn)生空化空蝕，襯砌要求低；高速水流集中，減少襯砌工程量，增加了洞身運(yùn)行的安全度。由于出口水流流速較大，挑射水舌能挑至主河床，水流歸槽條件好；加之高流速無(wú)壓段短且與大氣連通條件好，水流表層自摻氣充分，提高了水流的空化數(shù)，增加高流 速段抗空化空蝕能力。(4)將一條導(dǎo)流洞改建為泄洪洞溪洛渡電站采用全年斷流圍堰隧洞導(dǎo)流的導(dǎo)流方式，左布岸各設(shè)3條18mX20m導(dǎo)流隧洞。其中左右岸各2條導(dǎo)流洞擬與廠(chǎng)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。山于水頭高(約200m)、泄量大(3000m3/s)、技術(shù)難度大，在“八五”、九五”攻關(guān)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了多種體型的對(duì)比試驗(yàn)，深入研究改建中存在的關(guān)鍵技術(shù)難題，提出采用豎井旋流與孔板消能整流相結(jié)合的消能方式和豎井與洞塞相站合消能的方式，并經(jīng)模型試驗(yàn)驗(yàn)證，消能率達(dá)90％，洞內(nèi)流速控制在25m/s左右，這兩種改建方式都是可行的。由于導(dǎo)流洞結(jié)合段內(nèi)流速低、壓力小，在結(jié)構(gòu)上不需要作特殊處理，完全可以利用原導(dǎo)流洞。豎井段結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資不入片：可以提前施了，改建占用直線(xiàn)工期少，因此被設(shè)計(jì)采納。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。 超大型地下洞室群設(shè)計(jì)溪洛渡水電站裝機(jī)容量12 600MW，發(fā)電廠(chǎng)房分左、右兩岸對(duì)稱(chēng)布置。每個(gè)廠(chǎng)房各裝機(jī)9臺(tái)，單機(jī)700MW。左、右岸地下工程包括地下廠(chǎng)房、主變室、尾水調(diào)壓室、引水隧洞、尾水隧洞、母線(xiàn)洞、電纜豎井以及交通洞、通風(fēng)洞等輔助洞室，形成規(guī)模巨大的地下洞室群。主廠(chǎng)房尺、(長(zhǎng)X寬X高)，地下洞室總開(kāi)挖量近1 500萬(wàn)m3，超過(guò)已建的二灘、拉格朗德二級(jí)以及丘吉爾電站地下廠(chǎng)房。廠(chǎng)區(qū)洞室多、尺寸大、布置密集、立體交叉，在世界上是沒(méi)有先例的。參見(jiàn)圖3。在地下工程的設(shè)計(jì)中，工程布置、圍巖穩(wěn)定評(píng)價(jià)以及加固處理措施等都屬關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，對(duì)工程建設(shè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性影響甚大，設(shè)計(jì)給予了充分重視。溪洛渡工程兩岸地下廠(chǎng)房洞室群的水平和垂直埋深均大于300m。圍巖新鮮堅(jiān)硬、完整性好，呈塊狀結(jié)構(gòu)，斷層不發(fā)育，以Ⅰ、Ⅱ類(lèi)圍巖為主，圍巖成洞條件好。初始地應(yīng)力場(chǎng)以構(gòu)造應(yīng)力為主，～。巖層近水平展布、垂直裂隙不發(fā)育，主要構(gòu)造形跡為近水平的巖流層層間層內(nèi)構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)帶。巖體內(nèi)地下水活動(dòng)弱，透水性低，水文地質(zhì)條件相對(duì)較簡(jiǎn)單。兩岸均具備修建大型地下洞室群的良好工程地質(zhì)條件。緩傾角層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶對(duì)大跨度頂拱、高邊墻及洞室交叉部位圍巖的穩(wěn)定不利。影響圍巖穩(wěn)定的因素很多，結(jié)構(gòu)面的組合、地下水的運(yùn)移規(guī)律、施工程序、開(kāi)挖方法、圍巖力學(xué)參數(shù)等都有一定的不確定性，這些不確定因素給超大型地下洞室群的設(shè)計(jì)、施工及圍巖臨時(shí)與永久支護(hù)帶來(lái)極大的困難。在溪洛渡工程的研究設(shè)計(jì)中，結(jié)合“九五”國(guó)家科技攻關(guān)和特殊專(zhuān)題研究，開(kāi)展了前所未有的分析、試驗(yàn)研究工作，重點(diǎn)研究地下廠(chǎng)房洞室群圍巖穩(wěn)定與支護(hù)、合理的施工順序、無(wú)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。建立了地下洞室群的動(dòng)力分析系統(tǒng)和施工動(dòng)態(tài)仿真分析模擬系統(tǒng)。利用這些先進(jìn)方法和手段能充分考慮優(yōu)化開(kāi)挖順序、確定加錨支護(hù)參數(shù)、施工爆破參數(shù)，對(duì)地下廠(chǎng)房洞室群的圍巖穩(wěn)定作出合理的評(píng)價(jià)，使地下廠(chǎng)房的設(shè)計(jì)有較大的提升和突破。結(jié)束語(yǔ)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院積幾十年的經(jīng)驗(yàn)，集中優(yōu)勢(shì)力量，針對(duì)工程規(guī)模大、技術(shù)難度高、設(shè)計(jì)周期短等問(wèn)題，在可研設(shè)計(jì)中注意采用國(guó)內(nèi)外最新的科研成果和新技術(shù)。針對(duì)重大技術(shù)問(wèn)題列出專(zhuān)題，與國(guó)內(nèi)的科研單位和大專(zhuān)院校通力合作，并依托國(guó)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。目前溪洛渡工程已批準(zhǔn)立項(xiàng)開(kāi)工，我們將在下階段設(shè)計(jì)和工程實(shí)施的過(guò)程中，繼續(xù)深化研究和落實(shí)這些重大技術(shù)問(wèn)題。(編輯：胡少華)收稿日期：20040407 作者簡(jiǎn)介：肖白云，成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，教授級(jí)高工、溪洛渡工程設(shè)計(jì)總工程師。來(lái)源:中國(guó)水利科技網(wǎng)第二篇：溪洛渡電站設(shè)計(jì)中的重大技術(shù)問(wèn)題研究(上)溪洛渡電站設(shè)計(jì)中的重大技術(shù)問(wèn)題研究（上）摘要：總裝機(jī)容量達(dá)12 600 MW的溪洛渡工程是我國(guó)繼三峽工程之后的又一座巨型水電工程。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。溪洛渡混凝土雙曲拱壩足建在基本烈度Ⅷ度的高地震區(qū)的特高拱壩。在溪洛渡樞紐設(shè)計(jì)中，對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)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)。隨著前期工程的進(jìn)展，這些技術(shù)問(wèn)題將深入研究，并會(huì)取得滿(mǎn)意結(jié)果。關(guān)鍵詞：重大技術(shù)問(wèn)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%。是金沙江上控制性的樞紐工程，業(yè)主為中國(guó)三峽總公司。電站開(kāi)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。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(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)“西電東送”的骨于工程。水庫(kù)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。大壩壅高水位約230m，形成一座長(zhǎng)約200km，平均寬度690m的河道型大水庫(kù)。，，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。電站樞紐在左、右兩岸各設(shè)一座地下廠(chǎng)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。初期保證出力3 395MW，?h，?h。溪洛渡工程綜合效益顯著：(1)防洪 水庫(kù)控制了金沙江流域面積96％，％，汛期洪水總量約占宜昌洪量的1／3以上。是長(zhǎng)江防洪體系的重要組成部分。水庫(kù)廠(chǎng)游緊臨川江，具有控制洪水比重大，距離防洪對(duì)象近的特點(diǎn)。，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)。三峽水庫(kù)是長(zhǎng)江中下游防洪的主體工程，有防洪庫(kù)容 ，對(duì)長(zhǎng)江中下游防洪作用巨大，使荊江河段的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到100年以上。溪洛渡水庫(kù)汛期攔蓄金沙江洪水，減少了直接進(jìn)入三峽水庫(kù)的洪量。如與三峽水庫(kù)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(zhǎng)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(kù)容)58％。(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(wàn)t。通過(guò)重慶市寸灘水文站的輸沙量有一半來(lái)自金沙江。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(duì)河道天然輸沙條件的改變較大，有巨大的死庫(kù)容的優(yōu)勢(shì)，輔以水庫(kù)合理調(diào)度，大量攔截泥沙，減少三峽水庫(kù)的入庫(kù)泥沙，且使三峽水庫(kù)入庫(kù)泥沙顆粒細(xì)化，可有效地減少三峽水庫(kù)庫(kù)尾的泥沙淤積，有利于三峽水庫(kù)的長(zhǎng)期使用和綜合效益的發(fā)揮。(3)發(fā)電補(bǔ)償效益 長(zhǎng)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(kù)將汛期水量調(diào)配到枯水期發(fā)電。，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。使向家壩水電站設(shè)計(jì)枯水年的枯水期平均出力增加保證出力336MW，發(fā)電量13?54億kW?h。(4)航運(yùn) 樞紐位于不通航河段。經(jīng)水庫(kù)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。樞紐布置壩區(qū)位于豆沙溪溝口至溪洛渡溝口，全長(zhǎng)約4km的峽谷河段，在峽谷進(jìn)口金沙江呈近90176。拐彎，峽谷段內(nèi)河道順直,谷坡陡峻，臨江坡高從進(jìn)口的大于400m，向下游逐漸降為 300m左右。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。整個(gè)峽谷無(wú)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(shì)，具備修建高拱壩的良好的地形條件。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?！?176。巖流層厚達(dá)490～540m，巖體致密、堅(jiān)硬、均一，沒(méi)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。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。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。大量的地質(zhì)勘察成果表明，在峽谷河段具有修建高拱壩的工程地質(zhì)條件。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。具有“高拱壩、大泄量、多機(jī)組”的特點(diǎn)。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(kāi)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(xiàn)位置宜在峽谷中段。(2)充分利用水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容大的特點(diǎn)，調(diào)蓄洪水減少樞紐的下泄流量，降低下游河床消能防沖的難度。(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。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。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。這種布置方式增加了運(yùn)行的靈活性和安全度。(4)高度重視泄洪霧化對(duì)樞紐布置的影響。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。在樞紐布置中首先考慮避讓的原則。在強(qiáng)霧化區(qū)及較強(qiáng)霧化區(qū)不布置水工建筑物；其次對(duì)霧化區(qū)內(nèi)的邊坡不穩(wěn)定巖體及其他存在地質(zhì)缺陷的巖體采取挖除或其它工程加固措施，加強(qiáng)坡面排水，確保兩岸邊坡的穩(wěn)定性。(5)河芥狹窄，不具備布設(shè)壩后廠(chǎng)房的條件，利用河床左右兩岸地形地質(zhì)條件基本對(duì)稱(chēng)，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(chǎng)房，每座廠(chǎng)房裝機(jī)容量6 300MW。(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。在左右兩岸共布置6條大斷面導(dǎo)流隧洞。在樞紐布置時(shí)盡量考慮將導(dǎo)流隧洞與永久建筑物相結(jié)合，后期略加改建便可成為永久建筑物。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。(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。對(duì)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(jiàn)圖2)，其優(yōu)點(diǎn)如下：(1)充分利用玄武巖出露的4km長(zhǎng)的峽谷河段布設(shè)整個(gè)水工樞紐。壩軸線(xiàn)選擇在峽谷中段，地形微向下游收斂，河床覆蓋層厚第三篇：溪洛渡電站設(shè)計(jì)中的重大技術(shù)問(wèn)題研究(下)溪洛渡電站設(shè)計(jì)中的重大技術(shù)問(wèn)題研究（下） 壩體應(yīng)力分析、(1)應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)系根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》和《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，以國(guó)內(nèi)外高拱壩容許應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合我國(guó)近期高拱壩的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及溪洛渡拱壩工程特點(diǎn)，本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便等要求而確定的。溪洛渡拱壩應(yīng)力分析以拱梁分載法為主。相配套的容許應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2和表3。(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。通過(guò)對(duì)各種工況包括施下：期的壩體應(yīng)力分析以及甚礎(chǔ)特性等參數(shù)的敏感性分析，拱壩應(yīng)力分布良好，應(yīng)力水與二灘拱壩相當(dāng)，不僅滿(mǎn)足設(shè)汁要求，而且對(duì)基礎(chǔ)變模的浮動(dòng)具有較好的適應(yīng)能力。壩身設(shè)有表孔、中孔后，對(duì)大壩整體應(yīng)力分布從拱壩整體穩(wěn)定無(wú)影響，儀導(dǎo)致孔口附近局部應(yīng)力集中，通過(guò)配筋即可解決。大壩混凝土強(qiáng)度以R180 350控制。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(jiàn)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(mǎn)足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。說(shuō)明拋物線(xiàn)體型設(shè)計(jì)符合要求。在特殊荷載組合工況下，壩體應(yīng)力滿(mǎn)足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)力分布規(guī)