【正文】 壓應(yīng)力值滿足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。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。(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。溪洛渡拱壩應(yīng)力分析以拱梁分載法為主。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。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。在左右兩岸共布置6條大斷面導(dǎo)流隧洞。(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(duì)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。在樞紐布置中首先考慮避讓的原則。(4)高度重視泄洪霧化對(duì)樞紐布置的影響。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。(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。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。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。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。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。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。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。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。(4)航運(yùn) 樞紐位于不通航河段。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。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。(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。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。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)。是長(zhǎng)江防洪體系的重要組成部分。初期保證出力3 395MW，?h，?h。具有不完全年調(diào)節(jié)能力。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。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。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%。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)。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。(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。針對(duì)重大技術(shù)問(wèn)題列出專題，與國(guó)內(nèi)的科研單位和大專院校通力合作，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。利用這些先進(jìn)方法和手段能充分考慮優(yōu)化開挖順序、確定加錨支護(hù)參數(shù)、施工爆破參數(shù)，對(duì)地下廠房洞室群的圍巖穩(wěn)定作出合理的評(píng)價(jià)，使地下廠房的設(shè)計(jì)有較大的提升和突破。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(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。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。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。初始地應(yīng)力場(chǎng)以構(gòu)造應(yīng)力為主，～。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。參見圖3。主廠房尺、(長(zhǎng)X寬X高)，地下洞室總開挖量近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房。每個(gè)廠房各裝機(jī)9臺(tái)，單機(jī)700MW。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。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。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。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。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。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。泄洪洞加上部分機(jī)組運(yùn)行可以宣泄常年洪水。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。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)。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。②反拱型底板的受力特性與平底板不同。為研究水墊塘內(nèi)的水流特性，專門制作了樞紐整體模型，并開展了反拱型水墊塘底板的整體穩(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。注：L一水墊塘長(zhǎng)度；b1b2一水墊塘頂?shù)讓挘篢一水墊塘水深。陡坡。420m以上則為55176。溪洛渡水電站壩址河谷形態(tài)為對(duì)稱的窄“U”型，枯水期水面寬70～1lOm，河床420m高程以下的坡度較緩，僅為20176。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。(2)采用反拱型水墊塘溪洛渡工程的泄洪消能設(shè)計(jì)采用壩身設(shè)兩層孔口，壩后設(shè)水墊塘消能的布置方式。因此設(shè)計(jì)采用壩身孔口宣泄30 000m3／s流量是可行的。再通過(guò)拱壩泄洪振動(dòng)水彈性模型試驗(yàn)，壩身泄洪時(shí)誘發(fā)的壩體振動(dòng)是有感振動(dòng)，其數(shù)量級(jí)不會(huì)對(duì)壩體安全構(gòu)成威脅，也不會(huì)對(duì)環(huán)境和人造成危害。在設(shè)計(jì)的允許范圍之內(nèi)。多股水流入射壩下水墊塘后，在水墊塘內(nèi)形成復(fù)雜的三元水流，在水墊塘內(nèi)縱向、橫向和垂向擴(kuò)散，加之與水墊塘邊壁的碰撞折沖，下泄水流劇烈紊動(dòng)消能。多個(gè)水力學(xué)模型試驗(yàn)的成果表明，通過(guò)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。形成“分層出流、水舌碰撞、水墊塘消能”的消能方式。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(duì)水墊塘底板的沖刷破壞。在設(shè)計(jì)中解決了以下關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：(1)增大壩身孔口泄量溪洛渡河道順直，基巖裸露，抗沖流速高，有條件增大壩身孔口泄洪流量，減輕壩外泄洪任務(wù)，從而縮小泄洪洞的規(guī)模，或者保持原有泄洪洞的規(guī)模，減少泄洪洞數(shù)量，降低工程造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。表7 國(guó)內(nèi)外部分高拱壩樞紐泄洪功率比較序號(hào) 工程名稱 國(guó)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(guó) 278 205 52300 10000 枯水期 70～110 率武巖 2 二灘樞紐 中國(guó) 240 23900 39000 80～100 正長(zhǎng)巖 1998年 3 二灘壩身 中國(guó) 240 16300 26500 80～100 正長(zhǎng)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(guó) 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(guó) 151 100 2780 20700 120 石灰?guī)r 1997年 13 東風(fēng) 中國(guó) 173 110 14200 15000 50 石灰?guī)r 1994年 14 李家峽 中國(guó) 165 119 6300 73500 ≈50片 巖、混合巖為解決泄洪消能問(wèn)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。國(guó)外高拱壩工程的泄洪功率相對(duì)較小，已建薄拱壩中泄洪功率最大的是洪都拉斯的唉爾卡洪拱壩，泄洪功率15 500MW；國(guó)內(nèi)已建工程中，泄洪功率最大的是二灘水電站，泄洪功率為39 000MW，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溪洛渡工程100 000MW的泄洪功率。電站千年一遇洪水洪峰流量43 700m3/s，萬(wàn)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(guó)內(nèi)外部分已建成的高拱壩泄洪功率比較參見表7。 泄洪消能金沙扛：徑流豐沛，洪水峰高量大，洪水過(guò)程較長(zhǎng)，洪水過(guò)程線多呈復(fù)峰型。(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。壩體發(fā)生明顯損傷跡象之后，其震后靜承載能力末見異常，表明拱壩自身有優(yōu)異的抗震性能。(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(guò)壩體材料強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)。(7)設(shè)計(jì)地震作用下，壩踵出現(xiàn)局部開裂，計(jì)算深度〈5m。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。(6)強(qiáng)震作用下，壩體橫縫張開，壩體應(yīng)力重分布，頂部拱冠梁附近的高拉應(yīng)力被釋放。最大拱向應(yīng)力值減小25％～40％，最大梁向應(yīng)力值減小25％～50％。輸入不同的地震時(shí)間歷程，對(duì)動(dòng)應(yīng)力的分布規(guī)律影響不大。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。(2)采用拱梁分載反應(yīng)譜法和線彈性有限元反應(yīng)譜法的分析結(jié)果基本一致，僅數(shù)值上有一定的差異。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(duì)稱，第二、三階振型呈正對(duì)稱。研究工作聯(lián)合了國(guó)內(nèi)高水平的科研單位、大專院校及知名專家共同完成。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(duì)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(duì)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(duì)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。圍繞以下幾個(gè)問(wèn)題開展專題研究：①壩體橫縫張開對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響：在強(qiáng)震作用下，拱壩中、上部會(huì)產(chǎn)生很大的拱向拉應(yīng)力，抵消靜態(tài)壓應(yīng)力的拉應(yīng)力，將使基本不能抗拉的橫縫張開，并隨著突變的地震作用而反復(fù)開合，使壩體應(yīng)力重分布，拱向應(yīng)力顯著降低，拱壩的強(qiáng)度反應(yīng)成為一個(gè)復(fù)雜的三維邊界接觸的非線性動(dòng)力問(wèn)題，直接關(guān)系到抗震安全性的評(píng)價(jià)，因此研究了壩體橫縫張開對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響；②地基輻射阻尼對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響：拱壩在地震作用的過(guò)程中，存在波動(dòng)能量向遠(yuǎn)域地基的、輻射。由于壩高大于250m，其抗震安全性須進(jìn)行專門研究?？値?kù)容l ，最大壩高278m，溪洛渡混凝土雙曲拱壩壩頂高程610m，壩高超過(guò)世界上最高的格魯吉亞英古里壩，溪洛渡拱壩、英古里拱壩和小灣拱壩都是建在基本烈度Ⅷ度的高地震區(qū)的特高拱壩。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。除此之外，采用目前國(guó)內(nèi)的多種計(jì)算程序進(jìn)行靜、動(dòng)荷載作用下的壩體應(yīng)力分析、拱座穩(wěn)定分析和大壩的地震反應(yīng)分析，計(jì)算結(jié)果表明：在不同荷載組合工況下，拱座基本上無(wú)不良應(yīng)力分布，拱壩應(yīng)力分布較為理想；左右岸拱肩的穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求；壩體設(shè)計(jì)符合地震設(shè)防要求。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。 壩肩穩(wěn)定分析從壩址區(qū)的地形地質(zhì)分析，對(duì)拱壩壩肩穩(wěn)