【文章內(nèi)容簡介】 墊塘底板的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的試驗研 究，得出以下結論：①反拱型水墊塘的流態(tài)與平底板水墊塘沒有本質(zhì)的區(qū)別，壩身多股射流，在水墊塘內(nèi)形成復雜的流動結構，塘內(nèi)水流紊動和混摻劇烈，消能比較充分。采用先進的測試手段，細致地分析了水墊塘復雜的三元流動結構，按照不同的受力情況對水墊塘各部位進行適當?shù)谋Ｗo，可以保證工程的安全運行。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，動水壓力沿裂縫傳到板塊底部，對底板穩(wěn)定形成直接危險，特別是水墊塘動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，當動水壓力產(chǎn)生的上舉力超過底板塊自重時，底板塊間形成拱，靠拱端產(chǎn)生的推力來維持其穩(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)生的推力不會很大，拱座容易保持穩(wěn)定。③反拱各底板塊上舉力相關性差，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，在模型上不設抽排和止水措施，也末見底板塊發(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擔，單洞泄量高達4 000m3/s。泄洪隧洞分流后可減輕壩下消能防沖的負擔和泄洪霧化的影響，增大樞紐泄洪設施運行的靈活性利可靠性。，汛期庫水位基本上要維持在560m運行，汛期泄洪設備主要為泄洪洞和壩身深孔。泄洪洞加上部分機組運行可以宣泄常年洪水。因此，對泄洪洞的安全運行要求頗高。根據(jù)樞紐布置，～，平面上布置要轉彎，泄洪洞水頭高，反弧段流速達45m/s以上。在總結國內(nèi)外大型泄洪洞設計和運行經(jīng)驗的基礎上，提出進口為有壓段，后經(jīng)地下工作閘門室接無壓洞，無壓洞洞內(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：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)將一條導流洞改建為泄洪洞溪洛渡電站采用全年斷流圍堰隧洞導流的導流方式，左布岸各設3條18mX20m導流隧洞。其中左右岸各2條導流洞擬與廠房尾水洞相結合，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)、技術難度大，在“八五”、九五”攻關基礎上，進行了多種體型的對比試驗，深入研究改建中存在的關鍵技術難題，提出采用豎井旋流與孔板消能整流相結合的消能方式和豎井與洞塞相站合消能的方式，并經(jīng)模型試驗驗證，消能率達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。由于導流洞結合段內(nèi)流速低、壓力小，在結構上不需要作特殊處理，完全可以利用原導流洞。豎井段結構簡單，投資不入片：可以提前施了，改建占用直線工期少，因此被設計采納。樞紐整體模型試驗和單體水力模型試驗表明，這會樞紐泄洪建筑物的設計方案，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投入使用。 超大型地下洞室群設計溪洛渡水電站裝機容量12 600MW，發(fā)電廠房分左、右兩岸對稱布置。每個廠房各裝機9臺，單機700MW。左、右岸地下工程包括地下廠房、主變室、尾水調(diào)壓室、引水隧洞、尾水隧洞、母線洞、電纜豎井以及交通洞、通風洞等輔助洞室，形成規(guī)模巨大的地下洞室群。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、拉格朗德二級以及丘吉爾電站地下廠房。廠區(qū)洞室多、尺寸大、布置密集、立體交叉，在世界上是沒有先例的。參見圖3。在地下工程的設計中，工程布置、圍巖穩(wěn)定評價以及加固處理措施等都屬關鍵技術問題，對工程建設的安全性和經(jīng)濟性影響甚大，設計給予了充分重視。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。圍巖新鮮堅硬、完整性好，呈塊狀結構，斷層不發(fā)育，以Ⅰ、Ⅱ類圍巖為主，圍巖成洞條件好。初始地應力場以構造應力為主，～。巖層近水平展布、垂直裂隙不發(fā)育，主要構造形跡為近水平的巖流層層間層內(nèi)構造錯動帶。巖體內(nèi)地下水活動弱，透水性低，水文地質(zhì)條件相對較簡單。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)錯動帶對大跨度頂拱、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，結構面的組合、地下水的運移規(guī)律、施工程序、開挖方法、圍巖力學參數(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計、施工及圍巖臨時與永久支護帶來極大的困難。在溪洛渡工程的研究設計中，結合“九五”國家科技攻關和特殊專題研究，開展了前所未有的分析、試驗研究工作，重點研究地下廠房洞室群圍巖穩(wěn)定與支護、合理的施工順序、無支護時圍巖靜力穩(wěn)定特性、有支護時圍巖靜力穩(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)力學模型試驗)和洞室群的抗震穩(wěn)定分析。建立了地下洞室群的動力分析系統(tǒng)和施工動態(tài)仿真分析模擬系統(tǒng)。利用這些先進方法和手段能充分考慮優(yōu)化開挖順序、確定加錨支護參數(shù)、施工爆破參數(shù)，對地下廠房洞室群的圍巖穩(wěn)定作出合理的評價，使地下廠房的設計有較大的提升和突破。結束語成都勘測設計院積幾十年的經(jīng)驗，集中優(yōu)勢力量，針對工程規(guī)模大、技術難度高、設計周期短等問題，在可研設計中注意采用國內(nèi)外最新的科研成果和新技術。針對重大技術問題列出專題，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，攻克了這些技術難題，保證了可研報告的質(zhì)量。目前溪洛渡工程已批準立項開工，我們將在下階段設計和工程實施的過程中，繼續(xù)深化研究和落實這些重大技術問題。(編輯：胡少華)收稿日期：20040407 作者簡介：肖白云，成都勘測設計研究院，教授級高工、溪洛渡工程設計總工程師。來源:中國水利科技網(wǎng)第二篇：溪洛渡電站設計中的重大技術問題研究(上)溪洛渡電站設計中的重大技術問題研究（上）摘要：總裝機容量達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。工程以水力發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運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。在溪洛渡樞紐設計中，對幾個關鍵技術問題進行了深入的研究，即：大壩基建面的選擇、拱壩的體型設計，大壩應力分析，壩肩穩(wěn)定分析，大壩的抗震設計、泄洪消能和超大型地下洞室群的設計。隨著前期工程的進展，這些技術問題將深入研究，并會取得滿意結果。關鍵詞：重大技術問題；設計；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)主為中國三峽總公司。電站開發(fā)任務以水力發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運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，也是落實國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略，實現(xiàn)“西電東送”的骨于工程。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。大壩壅高水位約230m，形成一座長約200km，平均寬度690m的河道型大水庫。，，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。電站樞紐在左、右兩岸各設一座地下廠房，各安裝9臺 700MW混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量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。是長江防洪體系的重要組成部分。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。，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準。三峽水庫是長江中下游防洪的主體工程，有防洪庫容 ，對長江中下游防洪作用巨大，使荊江河段的防洪標準提高到100年以上。溪洛渡水庫汛期攔蓄金沙江洪水，減少了直接進入三峽水庫的洪量。如與三峽水庫聯(lián)合進行防洪調(diào)度，在遭遇特大洪水時，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／預留防洪庫容)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t。通過重慶市寸灘水文站的輸沙量有一半來自金沙江。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。(3)發(fā)電補償效益 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。，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月，?h。使向家壩水電站設計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 樞紐位于不通航河段。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條件。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到達正常蓄水位 600m時，水面寬度僅有530m左右。整個峽谷無沖溝，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。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造，巖層產(chǎn)狀在峽谷進口和出口附近有明顯轉折，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490～540m，巖體致密、堅硬、均一，沒有斷層分布，發(fā)育于巖流層層間和層內(nèi)的的錯動帶是其主要的結構面。茅口組石灰?guī)r(P1m)出露于峽谷進口谷底，向下游傾伏于玄武巖之下，在峽谷中段埋深達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、泄洪設施、引水發(fā)電建筑物等組成。具有“高拱壩、大泄量、多機組”的特點。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，結合金沙江的水文特性及工程的開發(fā)目標及綜合利用要求，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。(2)充分利用水庫調(diào)節(jié)庫容大的特點，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。泄洪消能設施布置采用“分散泄洪、分區(qū)消能、按需防護”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施共同宣泄洪水。壩下游消能分為兩個區(qū)：壩下游設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行的靈活性和安全度。(4)高度重視泄洪霧化對樞紐布置的影響。已建工程的實例表明，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，霧化強度及范圍均較大。在樞紐布置中首先考慮避讓的原則。在強霧化區(qū)及較強霧化區(qū)不布置水工建筑物；其次對霧化區(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，將18臺機組均勻分設在左、右兩岸的地下廠房，每座廠房裝機容量6 300MW。(6)初期施工導流采用斷流圍堰、隧洞導流、基坑全年施工的方案。在左右兩岸共布置6條大斷面導流隧洞。在樞紐布置時盡量考慮將導流隧洞與永久建筑物相結合，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。對多個樞紐布置方案進行了全面的技術經(jīng)濟比較，提出推薦的樞紐布置方案(參見圖2)，其優(yōu)點如下：(1)充分利用玄武巖出露的4km長的峽谷河段布設整個水工樞紐。壩軸線選擇在峽谷中段，地形微向下游收斂，河床覆蓋層厚第三篇：溪洛渡電站設計中的重大技術問題研究(下)溪洛渡電站設計中的重大技術問題研究（下） 壩體應力分析、(1)應力控制標準 應力控制標準系根據(jù)《混凝土拱壩設計規(guī)范》和《水工建筑物抗震設計規(guī)范》的有關規(guī)定，以國內(nèi)外高拱壩容許應力標準為基礎，結合我國近期高拱壩的建設經(jīng)驗及溪洛渡拱壩工程特點，本著安全可靠、經(jīng)濟合理、施工方便等要求而確定的。溪洛渡拱壩應力分析以拱梁分載法為主。相配套的容許應力控制標準見表2和表3。(2)壩體應力分析壩體應力分析以多拱梁法為主，有限元法及模型試驗為輔。通過對各種工況包括施下：期的壩體應力分析以及甚礎特性等參數(shù)的敏感性分析，拱壩應力分布良好，應力水與二灘拱壩相當，不僅滿足設汁要求，而且對基礎變模的浮動具有較好的適應能力。壩身設有表孔、中孔后，對大壩整體應力分布從拱壩整體穩(wěn)定無影響，儀導致孔口附近局部應力集中，通過配筋即可解決。大壩混凝土強度以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，壩體應力位移汁算成果見表表5從計算結果可知：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)拉應力，最大主拉、主壓應力值滿足應力控制標準。說明拋物線體型設計符合要求。在特殊荷載組合工況下，壩體應力滿足應力控制標準，應力分布規(guī)