吳義航，鄧毅國，掌于昶，張紅梅

（中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024）

吉沙水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣境內的碩多崗河主河道上，是碩多崗河流域規(guī)劃一庫八級中的第2個梯級電站。由首部樞紐、引水隧洞、調壓井、高壓管道和地面發(fā)電廠房等組成。電站首部樞紐位于小中甸鎮(zhèn)上吉沙村東側1.5 km處，廠房位于首部樞紐下游約20.7 km的花椒坡村。水庫正常蓄水位3132.00 m，死水位3123.00 m，設計洪水位3134.20 m，校核洪水位3136.10 m，水庫總庫容251.92萬m3，調節(jié)庫容109.09萬m3（天然），為日調節(jié)水庫。電站總裝機容量120 MW，多年平均發(fā)電量5.628億kW·h，年利用小時數4690 h，電站額定水頭485.00 m，單機發(fā)電流量14.37 m3/s，采用引水式開發(fā)，引水系統(tǒng)總長約15.58 km，為長引水工程。

工程于2004年4月正式開工，2005年1月完成導流洞施工，當年河床截流；2004年10月開始大壩左右岸邊坡開挖和支護，2005年6月開始壩體混凝土澆筑，至2007年12月壩基固結灌漿和帷幕灌漿結束，首部樞紐施工完成。引水隧洞工程于2004年5月正式開工，2007年5月全線貫通并開始襯砌和灌漿施工，至2008年7月完成；引水隧洞5條施工支洞于2008年1月完成封堵。調壓井開挖于2005年3月開始，2006年6月結束，2007年11月襯砌完成。廠房開挖于2005年2月開始，2005年6月開始澆筑混凝土，2007年12月完成。機電和金屬結構安裝工程于2007年5月開始，2007年12月完成。吉沙水電站于2007年12月完成下閘蓄水驗收，2008年1月開始下閘蓄水，2008年11月兩臺機組正式并網發(fā)電。2009年11月，吉沙水電站完成了工程竣工安全鑒定。

1 工程設計簡要歷程

在規(guī)劃設計階段，吉沙為單獨開發(fā)，初擬裝機容量為60 MW。2002年12月，云南碩多崗河發(fā)電有限責任公司就吉沙水電站的預可行性研究、可行性研究、招標設計和施工詳圖設計進行招標，中國水電顧問集團北京勘測設計研究院 （以下簡稱 “北京院”）通過投標，中標承擔吉沙水電站的勘測設計任務。北京院在進行了多次現(xiàn)場查勘和充分的技術研究以后，提出了將吉沙水電站和下一個梯級一家人電站 (規(guī)劃裝機40 MW)合并開發(fā)的建議方案，并于2003年1月完成了 《云南省迪慶州碩多崗河吉沙～一家人河段開發(fā)方式研究 （補充規(guī)劃）報告》。報告認為，從地形地質、水工布置、機組機型、電站出線、施工布置和工程投資等方面綜合評價，吉沙與一家人合并開發(fā)優(yōu)于分級開發(fā)。從規(guī)劃補充階段的成果看，合并后的電站工程總投資、單位電能投資、單位kW投資和電站的年利用小時數等均為國內中型電站中經濟指標較優(yōu)越的電站，具有良好的開發(fā)條件。

2003年3月，補充規(guī)劃報告在昆明通過專家咨詢及審查。根據審查意見，合并開發(fā)方案有利于水能資源的充分利用，工程投資較少，同意兩級合并成一級開發(fā)，合并后的電站仍稱為吉沙水電站。

2003年1月，北京院組織地質、勘探、測量以及設計各專業(yè)人員進行現(xiàn)場踏勘，在現(xiàn)場初步擬定了首部樞紐、引水洞軸線和廠址。同時，對野外地勘和測繪工作進行了部署，預可行性研究工作全面展開。2003年2月，測量、地質、勘探等專業(yè)相繼進點并開展工作；2003年5月，完成正常蓄水位初選和裝機容量的比選工作，推薦本階段正常蓄水位為3130 m，電站裝機容量為120 MW。2003年6月，基本完成了預可行研究階段的野外測量、地勘、水庫淹沒調查、施工外部環(huán)境調查、施工道路、施工供電、施工主要用材調查等外業(yè)工作；完成了壓力引水隧洞洞徑的比選和高壓管道條數的比選工作。初擬引水壓力隧洞洞徑3.3 m。2003年6月，完成首部樞紐位置選擇論證工作，經綜合比較，推薦首部樞紐位置在紅旗橋下游約3 km處。2003年6月，完成 《云南碩多崗河吉沙水電站預可行性研究報告》，同年8月通過云南省發(fā)展計劃委員會組織的審查。由于預可研工作細致，基礎比較扎實，在預可研之后只用了半年的時間，于2003年12月編制完成了 《云南碩多崗河吉沙水電站可行性研究報告》，并于2004年1月通過云南省發(fā)展計劃委員會組織的審查。2004年初，吉沙水電站工程正式開工建設。北京院在安排做好招標和施工詳圖設計工作的同時，積極配合現(xiàn)場施工，保證現(xiàn)場技術供應和設代配合。 2008年11月工程建成發(fā)電。

2 工程設計

2.1 設計標準與開發(fā)任務

吉沙水電站是一座以發(fā)電為主的Ⅲ等中型工程。大壩、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房按3級建筑物設計。按中國地震烈度區(qū)劃圖，吉沙電站場地基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.2 g，地震動反應特征周期為0.4 s。主要建筑物采用洪水標準如下:大壩設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為500年一遇；廠房設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為200年一遇；消能防沖建筑物設計洪水標準為30年一遇。

吉沙水電站位于碩多崗河落差比較集中的河道，無航運、過木要求。電站下游無防洪對象，也無灌溉供水要求。由于電站庫容較小，調節(jié)徑流能力有限，無力承擔防洪、灌溉、供水等綜合利用的能力，因此，電站的開發(fā)任務以發(fā)電為主。

碩多崗河吉沙村至一家人河段全長20余km，落差500多m，平均比降達26‰，非常適合采用引水式開發(fā)。電站最大水頭達540 m，水庫水位變化對水頭影響很小，但水庫形成日調節(jié)庫容對電站的電能質量十分重要。水庫為一河道型水庫，河道兩邊多為懸崖峭壁，形成庫容較小。通過綜合分析比較，考慮進水口的布置、滿足電站發(fā)電所需日調節(jié)庫容的需要，以及水庫回水不淹沒峽谷出口處的農田等因素，選擇水庫正常蓄水位為3132.00 m，死水位3123.00 m，設計洪水位3134.20 m。

2.2 首部樞紐

首部樞紐位置根據日調節(jié)庫容、水工建筑物布置條件、不淹沒小中甸平原等因素確定。通過選擇比較，選定壩址位于紅旗橋下游約3 km的河段上，此段河道狹窄，寬度約20 m左右，兩岸山勢陡峻，原始森林茂密，經樞紐布置滿足引水首部進水口布置要求，河道寬度能滿足布置泄水建筑物的要求，采用導流洞方式導流。壩型為混凝土重力壩，壩頂高程3137 m，最大壩高36.2 m。

首部樞紐包括攔河壩、下游消力池、引水系統(tǒng)進水口等。壩頂總長74.75 m，共分5個壩段。自右至左依次為右岸非溢流壩段 （長22.3 m）、表孔溢流壩段 （長20.5 m）、排沙泄洪底孔壩段 （長11.5 m）、左岸非溢流壩段 （長14.5 m）和左岸連接壩段 （長9.75 m），壩頂寬8 m。大壩上游壩面鉛直，下游壩坡坡比 1∶0.75。

岸塔式進水口布置在左岸壩前約18 m處，進水口底板高程3116.00 m。

2.3 引水系統(tǒng)

碩多崗河蜿蜒曲折，右岸有兩個大的回頭彎道，如果采用右岸引水方案，順河道裁彎取直布置方式，引水隧洞共4次跨越碩多崗河，采用地下埋管與明管相間設計，跨河段設置管橋，設計復雜，施工難度較大，投資也將增加。右岸引水方案如果采用不跨河方案，引水線要增長約2 km，不僅工程量增加較多，電站水頭損失也較大。因此，從工程布置，建筑物的安全性、工程造價、運行管理、施工進度及復雜程度等方面比較，左岸引水線路優(yōu)于右岸引水線路，為此，采用左岸裁彎取直的引水線路。

引水系統(tǒng)由岸塔式進水口、長引水隧洞、阻抗式調壓井、高壓管道等建筑物組成。根據地形、地質條件，以及與大壩、廠房的相互關系，采用 “一洞兩機”的引水布置方式。各建筑物均進行了水力計算，其水頭損失、經濟流速、調壓井穩(wěn)定面積、最高涌浪水位、動水壓力等都滿足規(guī)范要求。

引水線路采用全埋藏式布置，系統(tǒng)總長15.58 km。引水隧洞布置時，為盡量減小洞線長度，基本采用順河道裁彎取直布置。同時，使引水隧洞頂部和側向均滿足覆蓋層厚度要求，圍巖不產生水力劈裂。隧洞上游部分走向為 N297°E，下游部分走向轉N320.75°W，上覆厚度90～250 m。調壓井為引水系統(tǒng)襯砌型式變化的分界點，進水口至調壓井段為壓力引水隧洞，全長14.47 km，設計水頭16～105 m，采用鋼筋混凝土和噴混凝土襯砌，調壓井至廠房段為高壓管道段，全長約1074 m，設計水頭較高，約110～650 m，采用地下埋管鋼板襯砌。高壓管道軸線方向為N36.152°E，采用一條主管斜井方案，設2條中平段，廠房前約38 m處分岔，分為2條支管正向進廠。

由于引水隧洞較長，沿線地質條件變化大，大部分洞段地質條件差。設計全線采用圓形斷面，內徑3.3～4.3 m，永久襯砌采用鋼筋混凝土襯砌或噴錨支護，布置了固結和回填灌漿。Ⅲ類圍巖采取隨機錨桿、噴混凝土支護；Ⅳ類圍巖采取系統(tǒng)錨桿、掛網噴混凝土支護；Ⅴ類圍巖采取全斷面鋼格柵拱架、超前管柵、全斷面系統(tǒng)錨桿和掛網噴混凝土支護。采取上述支護措施后洞室圍巖基本穩(wěn)定。

調壓井采用阻抗式，圓形斷面，內徑7.5 m，井高104.11 m。調壓井后設事故閘門。調壓室后為高壓管道，鋼板襯砌，主管內徑前段為2.6 m、下平段為2.3 m，流速為5.41、6.92 m/s，支管內徑1.4 m，流速9.33 m/s。

2.4 廠房布置與機組選型

電站地面廠房位于虎跳峽鎮(zhèn)花椒坡村，廠區(qū)建筑物由主機間、安裝間、上游副廠房和下游副廠房、尾水渠、開關站、機修間等組成，主廠房尺寸 （長×寬×高）為58 m×21 m×36 m。主廠房凈寬18 m，2臺機組間距19m，安裝場布置在廠房右端，長度18m。

吉沙水電站屬于高水頭中型水電站，機組安裝海拔高程較高，適用于本電站水頭范圍的機型有沖擊式和混流式水輪機。在廠房土建投資方面，沖擊式機組尺寸長度和跨度都要大一些，但由于采用地面廠房布置方案，布置廠房的地形較為開闊、平緩，因廠房尺寸增加的土建工程量有限。由于國內500 m水頭段采用混流式機組的電站很少且無運行經驗。即使是在世界范圍內，對水頭500 m以上的混流式水輪機有成熟技術的公司也只有2～3家。500 m水頭段沖擊式機型技術較為成熟，生產廠家較多，有利于機組招標采購。因此，選用沖擊式水輪機 （進口轉輪）。經招標選廠確定，機組由昆明電機廠制造提供，水輪機型號CJKA001-L-217.2/6×18.1，額定轉速為428.6 r/min，額定出力為61.5 MW，額定流量為14.19 m3/s；發(fā)電機型號SF60-14/4650，額定容量為70.588 MV·A，額定電壓10.5 kV，額定電流3881 A。

3 結語

（1）吉沙水電站引水隧洞長達14.5 km，隧洞沿線地質條件復雜，對于這樣的長引水隧洞工程，不僅要重視前期的勘探和隧洞的開挖、支護設計，施工管理更是保證工程質量的一個重要環(huán)節(jié)。

（2）長引水隧洞工程的施工分標和施工步序安排、工期控制應科學合理，尤其要重視根據施工隊伍的能力和水平合理分標，以保證工期目標的實現(xiàn)。還要重視開挖與支護的進度協(xié)調 （避免只顧開挖而不及時支護），嚴格按設計要求襯砌與灌漿等。采取嚴格的施工管理措施，處理好施工進度與質量之間關系。

（3）合理選擇水輪機及其主要參數，對機組穩(wěn)定運行具有重要的意義。吉沙水電站設計結合國產或進口制造廠家的設計制造水平以及本工程的具體條件，通過技術經濟方案比較，合理選擇確定機組型式、臺數及機組技術參數，取得了良好的運行效果。

（4）吉沙水電站工程地處高寒山區(qū)，氣候寒冷，生態(tài)環(huán)境脆弱，森林植被資源非常寶貴。在電站設計過程中要重視保護生態(tài)環(huán)境，盡量減少占地和取用當地材料可能對環(huán)境造成的破壞。在建設施工過程中，把生態(tài)環(huán)境保護放在突出的位置上，施工結束注意生態(tài)恢復。

（5）水電工程的建設應和當地的經濟社會發(fā)展緊密結合。吉沙水電站的建設為當地藏區(qū)脫貧致富，促進民族地區(qū)的經濟和邊疆社會安定有著十分重要的政治和經濟意義。同時，為當地提供了廉價的電能，實現(xiàn)以電代柴，減少對森林的砍伐，促進生態(tài)資源的良性循環(huán)，取得經濟效益社會效益雙贏。