林 飛

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院 長沙市 410007）

1 工程概況

小中甸水利樞紐位于云南省迪慶藏族自治州香格里拉縣小中甸鎮(zhèn)的碩多崗河上，是云南省批復(fù)的《碩多崗河水電開發(fā)規(guī)劃報告》中流域梯級開發(fā)的龍頭工程，也是碩多崗河綜合治理開發(fā)的關(guān)鍵工程。水庫總庫容1.55億m3，最大壩高52.7m，水電站裝機(jī)容量18MW，為Ⅱ等大（II）型工程。主要建筑物為碾壓混凝土重力主壩、副壩、發(fā)電引水隧洞、電站廠房、對外公路、上壩及進(jìn)場公路。工程對促進(jìn)迪慶州少數(shù)民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境及穩(wěn)定藏區(qū)社會安定具有重要的作用，并可為碩多崗河的梯級開發(fā)和水資源綜合利用創(chuàng)造條件，具有較好的社會和環(huán)境效益。

本工程任務(wù)以發(fā)電、生態(tài)環(huán)境保護(hù)為主，結(jié)合防洪、灌溉和城鄉(xiāng)供水等綜合利用。工程施工總工期30個月，按2009年四季度價格水平估算，工程靜態(tài)總投資75 892萬元。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 水文概況

碩多崗河為金沙江左岸的一級支流，發(fā)源于香格里拉縣城東北約30 km的楚力措。河流自北流向東南，于下橋頭下游3.2 km處匯入金沙江。河流全長153.2 km，流域面積1 966 km2。河系呈羽狀分布，右岸支流較多，但源頭短，河長一般在14 km以內(nèi)。

流域內(nèi)立體氣候極為明顯，上游氣候嚴(yán)寒，年平均氣溫為5.4℃，最低月平均氣溫-2.4℃，最高月平均氣溫13.7℃，歷年最大風(fēng)速14.7m/s，歷年平均風(fēng)速2.3m/s，平均相對濕度71%。下游河谷地區(qū)，春秋兩季氣候溫和，夏季炎熱，冬季不積雪，最高氣溫可達(dá)30℃以上，最低氣溫約-15℃左右。

降水分布不均勻，中游區(qū)降水量較多，據(jù)小中甸站和土官站實(shí)測資料統(tǒng)計，多年平均年降水量為890.2 mm和937.4 mm；上下游區(qū)降水量偏少，年內(nèi)分配亦不均勻，6～9月降水量約占年降水總量的70%。平均年降水日數(shù)146天，暴雨強(qiáng)度不大。

2.2 壩區(qū)地質(zhì)條件

壩區(qū)位于小中甸村旦草橋下游峽谷河段，峽谷長約 320m，呈不對稱的“V”字型，右岸坡度 20°～45°，左岸坡度 40°～66°，局部近直立。河流流向?yàn)镾70°E，枯水期河水面寬（5～22）m，河水面高程（3 174～3 190.3）m，水深（2～6）m。 左側(cè)分布一基巖埡口，底部高程（3 190～3 221.3）m。 碩多崗河、舍池河與埡口之間為一孤立山包。壩址階地不發(fā)育，僅在左岸及基巖埡口兩側(cè)見Ⅲ、Ⅳ級階地零星分布。

壩址基巖為二疊系上統(tǒng)下段巖層，第四系地層主要有：沖積層、沖坡積層、殘坡積層和滑坡堆積層以及沖積、洪積、冰磧混合堆積層。

二疊系上統(tǒng)下段為玄武巖夾灰?guī)r。玄武巖呈深灰、灰綠色，局部具角礫結(jié)構(gòu)，杏仁、氣孔構(gòu)造，部分礦物有輕度蝕變現(xiàn)象，受區(qū)域動力變質(zhì)作用影響，巖石內(nèi)隱微裂隙發(fā)育，局部片理化，分布于壩址兩岸；灰?guī)r呈灰、灰白色，粉晶、細(xì)晶及微晶結(jié)構(gòu)，中厚層狀，受區(qū)域動力變質(zhì)作用影響，巖石內(nèi)隱微裂隙發(fā)育，錘擊清脆易碎，鉆孔巖芯多呈碎塊狀、短柱狀，分布于壩址右岸及左岸局部壩肩，厚約（45～55）m。壩址區(qū)灰?guī)r巖層走向 N55～70°W、傾向 SW、傾角 20°～58°。

巖層走向與河流近于平行，傾向右岸。壩址區(qū)共發(fā)現(xiàn)有14條小斷層，節(jié)理裂隙比較發(fā)育。壩基持力層為玄武巖夾灰?guī)r，灰?guī)r分布于右岸壩肩大部分及左岸壩肩局部。壩址區(qū)主要的物理地質(zhì)現(xiàn)象有溶蝕、滑坡及風(fēng)化三種類型。

地震烈度為Ⅶ度。

3 壩型選擇

3.1 當(dāng)?shù)夭牧蠅畏桨福ǚ桨?）

壩址附近的陵園料場礫石料儲藏豐富，開采方便，運(yùn)距短，為修建堆石壩提供了大量廉價建筑材料。因右岸灰?guī)r條帶地質(zhì)條件相對較差，土石壩對地基變形適應(yīng)性較好，可大大減少壩基開挖和基礎(chǔ)處理工程量，在該壩址修建當(dāng)?shù)夭牧系耐潦瘔螚l件較優(yōu)越。

（1）初選壩型。

均質(zhì)壩由于大壩下游壩腳距廠房間距僅有11.0 m（心墻壩該距離增加到33m），既不方便布置大壩下游的滲漏量觀測系統(tǒng)，也會對大壩和廠房的運(yùn)行管理不利，雖工程投資可省374萬元，考慮改善下游壩殼的排水條件，仍以粘土心墻堆石壩較好。

瀝青混凝土心墻堆石壩工程投資比粘土心墻堆石壩少254萬元，但粘土心墻填筑施工較瀝青混凝土心墻施工方便、簡單，不需澆制瀝青及拌制澆筑瀝青混凝土等工序，對環(huán)境的污染也小。粘土心墻壩施工經(jīng)驗(yàn)、已建數(shù)量、運(yùn)行管理水平均強(qiáng)于瀝青混凝土心墻壩，也較易于修復(fù)。從環(huán)境保護(hù)和施工條件等方面相比，粘土心墻堆石壩較優(yōu)。

從經(jīng)濟(jì)上看，心墻堆石壩的投資要明顯小于斜墻堆石壩的投資，且其抗震能力要較斜墻堆石壩強(qiáng)。雖斜墻堆石壩施工干擾相對較小，但大壩整體填筑量不大，從抗震和投資等方面相比，粘土心墻堆石壩較優(yōu)。

如選擇面板堆石壩，長320m的峽谷和風(fēng)化極深的壩肩，趾板布置比較困難（壩軸線以上，布置趾板的河谷長度較短），右岸趾板基本位于灰?guī)r內(nèi)，與其走向斜交，趾板受灰?guī)r溶蝕帶影響范圍大，基礎(chǔ)處理工程量較大，不確定因素多，不宜選擇面板堆石壩。

綜合上述分析，在當(dāng)?shù)夭牧蠅伪冗x中，以礫質(zhì)粘土心墻堆石壩作代表壩型。

（2）礫質(zhì)粘土心墻堆石壩工程布置。

大壩座落在二迭系上統(tǒng)，下部巖層為玄武巖或石灰?guī)r，建基面高程3 185.50m，壩頂高程為3 241.5 m，最大壩高56.0m。主壩壩體設(shè)計分5個區(qū)：Ⅰ區(qū)為粘土心墻料區(qū)；Ⅱ區(qū)為心墻前反濾料和心墻后第一層反濾料區(qū)；Ⅲ區(qū)為心墻后第二層反濾料區(qū)；Ⅳ區(qū)為上游壩殼料區(qū)；Ⅴ區(qū)為下游壩殼料區(qū)。副壩位于碩多崗河與舍池河之間的基巖埡口處，為直心墻堆石壩，其工程等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)與主壩一致，壩頂總長85.0m，右岸與開敞式溢洪道相連。

泄洪洞布置在左岸山體外側(cè)，隧洞圍巖為弱、微風(fēng)化的玄武巖，進(jìn)口高程3 192.00m，洞長294.885 m，有壓洞為圓洞，洞徑4.0m；無壓洞為城門洞型，高4.6m，底寬3.5m，前期兼作施工導(dǎo)流，進(jìn)口設(shè)事故檢修閘門，弧型工作閘門則布置在隧洞中部。

溢洪道布置在原古河道右岸的III級階地上，由引渠段，溢流堰段和泄槽段組成，因溢洪道只在超過設(shè)計洪水位才使用，所以在結(jié)構(gòu)上按簡易設(shè)計。

發(fā)電引水洞上游軸線與導(dǎo)流洞軸線平行，軸線中心距15m。發(fā)電引水洞與導(dǎo)流洞共用進(jìn)口引渠?？傞L315.311m，進(jìn)水口形式為塔式，底高程3205.0m，斷面為圓形，內(nèi)徑3.7m，襯砌厚為0.5m，不設(shè)調(diào)壓井。

廠房布置在大壩下游距壩腳約195m的峽谷出口，裝機(jī)容量2×7.5MW，水輪機(jī)安裝高程3 173.30 m，開關(guān)站布置在廠房后，平面尺寸29m×42m。廠房基礎(chǔ)位于玄武巖弱風(fēng)化中部，無大的不良地質(zhì)構(gòu)造。

3.2 混凝土重力壩方案（方案2）

（1）混凝土重力壩初選壩型。

原昆明設(shè)計院可研、初設(shè)和長江設(shè)計院項(xiàng)目建議書階段均否定了混凝土壩型，其主要原因是壩肩巖體風(fēng)化較強(qiáng)烈，特別是右岸的灰?guī)r溶蝕和滑坡，強(qiáng)風(fēng)化下帶埋深達(dá)（40～70）m，壩基開挖和基礎(chǔ)處理的工程量較大，且壩體所需的水泥等建筑材料必須全部外運(yùn)，工程建設(shè)費(fèi)用較高。而壩址附近的陵園料場礫石料儲藏豐富，開采方便，運(yùn)距短，且堆石壩對地基變形適應(yīng)性較好，可大大減少壩基的開挖和基礎(chǔ)處理工程量，施工簡單、方便，工程費(fèi)用低，因此綜合分析，在該壩址修建堆石壩要優(yōu)于混凝土壩。

2008年8月湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院開始小中甸可研地勘工作，在分析研究歷來所做地勘工作基礎(chǔ)上，分別在左岸補(bǔ)充Z41、Z42鉆孔，在右岸補(bǔ)充Z39、Z40鉆孔，特別是針對右岸灰?guī)r條帶進(jìn)行了專門的研究，劃分出了溶蝕帶規(guī)模和灰?guī)r本身的強(qiáng)弱風(fēng)化界限。從整體來看，地勘成果與以前資料出入不大，針對右岸灰?guī)r層，經(jīng)對比分析，其強(qiáng)、弱風(fēng)化的界限顯著提高，對本工程52.7m壩高而言，使混凝土重力壩成為可能。

混凝土壩常見壩型有混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩和混凝土拱壩。因該處地形為不對稱的“V”型河谷，巖體風(fēng)化較強(qiáng)烈，右岸風(fēng)化較深且存在順層溶蝕，左岸山體單薄，因此不宜選擇混凝土拱壩。

該工程最大壩高約為52.7m，屬中低壩，混凝土重力壩對基礎(chǔ)要求相對較低，河床及左岸地基對這樣規(guī)模的重力壩比較合適。右岸灰?guī)r條帶影響處，壩高已低于40m，經(jīng)過基礎(chǔ)處理，地基穩(wěn)定應(yīng)力和防滲均可滿足規(guī)范要求。設(shè)計施工較簡單，混凝土壩需要水泥、鋼材等材料較多，且都需要外運(yùn)，造價比土石壩有所增加。

在混凝土壩型比選中，因建川水泥廠已建成投產(chǎn)，運(yùn)距約為180 km，可生產(chǎn)符合要求的大壩水泥，砂石骨料可由昌都學(xué)石料場開采，運(yùn)距2.7km，儲量豐富。

（2）混凝土重力壩工程布置。

溢流壩位于主河槽處，根據(jù)水力學(xué)計算，采用1孔10m×8.0m（寬×高）表孔泄流即可滿足要求。壩頂總長度142 m，防浪墻頂高程3238.2m，公路高程3 237.0m，壩頂寬度 7.0m，大壩上游邊坡 1∶0.2，下游邊坡1∶0.75。大壩座落在二迭系上統(tǒng)，下部巖層為玄武巖，河床段無強(qiáng)風(fēng)化出露，建基面高程3 185.5m。右岸灰?guī)r條帶的溶蝕帶，采用混凝土塞刻槽加固，并全斷面采用固結(jié)灌漿加固處理。

廠房布置在大壩下游距壩腳約210m的峽谷出口左岸，裝機(jī)容量2×9.0MW，主廠房平面尺寸39.80 m×14.90m（含安裝場），副廠房平面尺寸39.80m×10.20m。運(yùn)行層平面高程3177.50m，水輪機(jī)安裝高程3170.00m。GIS布置在安裝場左側(cè)，平面尺寸25.1m×9.2m。

3.3 壩型比較

壩型綜合比較見附表。

附表 壩型綜合比較表

經(jīng)上述多方面比較分析可見，兩壩型各有利弊，心墻壩主要受土料含水率和天氣影響，填筑質(zhì)量和施工受影響較大，峽谷河段心墻存在拱效應(yīng)?；炷林亓伪M管工程投資增加近636.8萬元，但在水能利用方面占有優(yōu)勢，年發(fā)電量可增加385萬kW·h；而且在樞紐布置、施工場地、施工工期、環(huán)境影響、后期運(yùn)行管理等方面均占優(yōu)勢?；炷林亓螇雾敻叱炭山档?.8 m，校核洪水由2 000年一遇降低至1 000年一遇，重力壩方案泄洪安全度增大，整個樞紐特別是廠區(qū)布置可大為改善。雖工程造價相對較高，土建投資增幅7.0%，但技術(shù)難度小，方案更可靠。經(jīng)綜合比較后推薦混凝土重力壩方案。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

壩型選擇應(yīng)緊密結(jié)合樞紐總布置進(jìn)行，小中甸水利樞紐時間跨度大，經(jīng)歷多次不同部門設(shè)計審查，根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)及建材等情況，基本認(rèn)定了礫質(zhì)土心墻砂礫石壩，該方案最大缺點(diǎn)是心墻施工受天氣影響大；樞紐布置不暢：左岸兩條隧洞及廠房相距太近，為避免泄洪時對電站運(yùn)行的影響，只能將泄洪洞置于廠房下游，這樣使得廠房布置于壩腳峽谷河床，帶來高邊坡開挖、尾水及進(jìn)廠交通不暢，減少了水頭利用。

在總結(jié)吸收歷次各單位設(shè)計成果及審查意見的基礎(chǔ)上，綜合考慮該樞紐工程實(shí)際，大膽提出主壩壩型改變的設(shè)想，其焦點(diǎn)就是在右岸灰?guī)r溶蝕條帶的具體情況上認(rèn)識存在分歧，通過進(jìn)一步的地勘工作，對其分布及特性有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，對該處最大壩高52.7m，灰?guī)r條帶處壩高僅40.0m而言，修建混凝土重力壩的風(fēng)險是可控的，建川水泥廠建成使外運(yùn)距離大為減少，雖投資有所增加，但樞紐布置大為改善，電站水頭增加3.5m，特別是該工程處于三江源保護(hù)區(qū)邊緣，生態(tài)較脆弱，破壞大量植被的當(dāng)?shù)夭牧蠅畏桨鸽m整體造價稍低，但其帶來的生態(tài)影響不容小視。

推薦混凝土重力壩方案，降低工程難度，改變泄洪方式，改善樞紐布置，增加發(fā)電水頭，降低環(huán)境破壞，方便運(yùn)行管理，不失為該工程設(shè)計的一大亮點(diǎn)。目前該工程正在緊張施工中，預(yù)計2014年7月首臺機(jī)組發(fā)電。