朱瑞晨，姜宏軍，杜潤寧，吳世勇，沈 明，盧 乾，李蔣金

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

DG水電站位于西藏自治區(qū)山南市境內(nèi)，樞紐主要由混凝土重力壩、壩后式廠房、右岸魚道等組成。其中碾壓混凝土重力壩最大壩高117 m，壩頂高程3 451 m，是目前國內(nèi)海拔最高的百米級碾壓混凝土重力壩。

工程規(guī)模為大(2)型，大壩擋、泄水建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)按2 000年一遇、消能防沖建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。水庫正常蓄水位庫容0.55億m3，調(diào)節(jié)庫容0.1億m3，為日調(diào)節(jié)水庫，電站裝機(jī)容量660 MW(4×165 MW)，多年平均年發(fā)電量32.05億kW·h。

工程于2015年動工，計(jì)劃2021年首機(jī)發(fā)電。

1 地形地質(zhì)條件

工程位于雅魯藏布江中游藏木峽谷河段上，河道比降約5.75‰，谷寬40～200 m，谷底高程約3 400 m，兩岸高程均在5 400 m以上，谷坡陡峻，河谷深切，為典型的高山深切峽谷地貌。

工程所在區(qū)域?qū)倮_地塊南部邊緣，靠近雅魯藏布江縫合帶。區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，表現(xiàn)為大面積整體性、間歇性的急劇抬升，斷裂和斷塊的繼承性或新生性活動。

壩址河道順直，兩岸山體雄厚，呈對稱的“V”型，兩岸地表多基巖裸露，巖性主要為黑云母花崗閃長巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體完整性差～較完整。左岸構(gòu)造發(fā)育，巖體風(fēng)化、卸荷程度相對較深，右岸構(gòu)造較發(fā)育，巖體風(fēng)化、卸荷程度相對較弱。

河床覆蓋層厚0.0～36.0 m，左右岸3 600 m高程以上均為厚30～100 m冰水堆積體，整體穩(wěn)定，但前緣易坍塌。

2 主要方案比選

2.1 壩軸線比選

壩址近壩左岸上游發(fā)育有C8、C9崩坡積體，下游發(fā)育有路壟溝(泥石流溝)，右岸近壩上下游發(fā)育有2條小沖溝和C12崩坡積體，受泥石流溝、崩坡積體以及上下游圍堰的制約，壩軸線可選范圍相對有限。在壩址區(qū)布置了勘Ⅲ線、勘Ⅴ線和勘Ⅱ線，各勘探線位置見圖1。勘Ⅲ線距離C8坡積體約410 m，勘Ⅱ線距離路壟溝約165 m、距離C12崩坡積體約100 m，勘Ⅲ線～勘Ⅴ線相距90 m，勘Ⅱ線～勘Ⅴ線相距145 m。經(jīng)比選，勘Ⅴ線河床寬度較窄，兩岸大部分基巖出露，距離上下游沖溝和堆積體適中，因此選定為壩軸線。

圖1 比選壩軸線位置圖

2.2 樞紐布置格局比選

首先對泄洪建筑物尺寸進(jìn)行了初選，根據(jù)校核工況下泄流量，確定溢流前緣寬度約為120 m，因?yàn)檎Ｐ钏惶幒庸葘?12.9～353.4 m，布置了溢流壩段及底孔壩段后，剩余河谷寬度較窄，因此主要選擇了二種樞紐布置格局進(jìn)行比選：

1)方案一(壩后式廠房方案)。碾壓混凝土重力壩+左岸溢流表孔方案+右岸壩后式廠房方案。該方案溢流壩段位于主河床略偏左，下泄洪水歸槽平順；壩后式廠房位于右岸，布置4臺機(jī)空間略顯不夠，需要將突出的一塊山脊挖除，為減少邊坡開挖高度，采用半窯洞式安裝間，邊坡開挖高度為130 m左右。該方案的優(yōu)點(diǎn)是樞紐布置充分利用現(xiàn)有地形，整體布局緊湊，開挖量適中(本工程沒有設(shè)置石料場，全部采用工程開挖料以及拉林鐵路部分洞挖料，目前料源基本平衡)，邊坡支護(hù)量少。缺點(diǎn)是廠引壩段上的引水系統(tǒng)孔洞較多、壩后式廠房距離大壩較近，碾壓混凝土快速施工受到一定影響。

2)方案二(地下式廠房方案)。碾壓混凝土重力壩+河中溢流表孔方案+右岸地下式廠房方案。該方案優(yōu)點(diǎn)是攔河壩上只布置了泄洪和沖砂建筑物，大壩與廠房互不干擾，相對獨(dú)立，有利于碾壓快速施工。但該方案缺點(diǎn)是大壩體形龐大，混凝土方量略有浪費(fèi)，地下洞室群較多，受上下游地形影響，引水系統(tǒng)線路布置復(fù)雜，空間轉(zhuǎn)折較多，洞徑偏大，水頭損失較大。

經(jīng)分析，壩后式廠房方案充分利用現(xiàn)有地形地貌，布置簡單、結(jié)構(gòu)合理，水頭損失小，沒有引發(fā)高邊坡問題，再綜合施工條件及工期、環(huán)境保護(hù)與水土保持、工程投資等各方面比較，最終選擇方案一。

選定的樞紐布置如圖2所示。

圖2 推薦方案布置圖

2.3 筑壩材料比選

DG大壩混凝土總量約160萬m3，在內(nèi)地同等規(guī)模的大壩一般采用碾壓混凝土，一方面碾壓混凝土施工速度快；另一方面，摻入粉煤灰工程造價低。西藏地區(qū)不產(chǎn)粉煤灰，工程所用粉煤灰需從青海、四川、甘肅等外省運(yùn)入，距離遠(yuǎn)，粉煤灰到場價格與水泥價格基本相當(dāng)，投資優(yōu)勢并不明顯，但碾壓混凝土施工速度快，月平均強(qiáng)度高，在西藏最冷的3個月內(nèi)可以停工冬歇，以避開不利氣候條件對人員和施工的影響，保證工程質(zhì)量；碾壓混凝土水化熱溫升略低，溫控措施略優(yōu)于常態(tài)混凝土；碾壓壩可減少纜機(jī)，簡化纜機(jī)平臺布置，適用于左岸卸荷較發(fā)育的地質(zhì)條件。因此，選擇碾壓混凝土壩。

3 主要建筑物設(shè)計(jì)

3.1 擋水建筑物

3.1.1 重力壩

碾壓混凝土重力壩壩頂總長385 m，大壩共分17個壩段，從左至右分別為左岸擋水壩段、溢流壩段、沖沙底孔壩段、廠引壩段、右岸擋水壩段。上游立視圖見圖3。

圖3 樞紐上游視圖

圖4 溢流壩段典型剖面圖

上游壩面上部為鉛直坡，下部為1∶0.2折坡。下游壩面坡比1∶0.75。

壩高大于100 m壩段，建基面建在弱風(fēng)化下段、無卸荷、較完整的Ⅲ1～Ⅱ類巖體上，壩高50～100 m壩段建在Ⅲ1類巖體或局部經(jīng)過灌漿加固處理后的Ⅲ2類巖體上，壩高0～50 m壩段，建在Ⅲ2類巖體上。因右岸和左岸低高程基巖條件較好，為節(jié)省壩基開挖方量，在滿足廠房和消力戽結(jié)構(gòu)要求的前提下，將大壩建基面設(shè)置在地質(zhì)建議開挖線，比廠房和消力戽基礎(chǔ)普遍高約30 m，從而在上下游方向形成高低坎型式，上游高下游低。

3.1.2 橫縫及混凝土分區(qū)

為防止劈頭裂縫，在大壩共設(shè)16條橫縫，橫縫間距一般在20 m，當(dāng)溢流壩段橫縫間距為21 m或28 m時，在其中28 m寬度的壩段增設(shè)1條短縫，15號和16號壩段分別寬28和28.3 m，同樣各設(shè)置1條短縫，廠引壩段橫縫間距為25 m或25.35 m，共設(shè)了4條短縫。

壩體常態(tài)混凝土分4個區(qū)：Ⅰ區(qū)三級配C9020/W8/F200，為擋水壩段死水位以上壩頂混凝土；Ⅱ區(qū)C25/W8/F200，為底孔(洞)周邊及廠引壩段頂部混凝土；Ⅲ區(qū)二級配C9030/W6/F150，為溢流面臺階及壓力鋼管周邊混凝土；Ⅳ區(qū)二級配C9040/W8/F200，為反弧溢流面、消力戽抗沖磨混凝土等。

壩體碾壓混凝土分2個區(qū)：壩體內(nèi)部為三級配C9015/W6/F100；上游防滲體二級配C9020/W8/F200。

3.1.3 基礎(chǔ)防滲處理

因下游梯級電站庫水重疊，DG尾水位較高，為了防止下游尾水繞滲，在消力戽最下游側(cè)縱向廊道內(nèi)布置一道灌漿帷幕，并通過橫向廊道與上游帷幕相接，使壩基范圍形成一圈封閉的帷幕線。

大壩上游防滲帷幕在左岸及河床布置二排，右岸布置一排，孔距均為2 m。孔底深入3呂容相對隔水層以下5 m，且孔深不小于上游水深的1/2。

消力戽采用暗排水方式，排水孔中滲水通過混凝土內(nèi)暗埋的排水溝排到附近廊道內(nèi)，防止泄洪時脈動水流通過排水孔破壞消力戽底板。

壩體排水孔采用后期鉆孔方式施工，位于防滲區(qū)下游，1排孔徑76 mm的孔，間距2 m，下端通到廊道頂部。

3.2 泄洪沖砂建筑物

本工程水庫庫容小，汛期含沙量較大，設(shè)置了溢流表孔、沖砂底孔、排沙廊道等建筑物。

1)溢流表孔。溢流壩段共設(shè)5個表孔，采用“X”型寬尾墩+臺階壩面+戽式消力池+護(hù)坦的聯(lián)合消能方式。溢流堰頂高程3 425.50 m，斷面尺寸為14.0 m×21.5 m(寬×高)，采用WES堰型。閘墩下游側(cè)設(shè)置寬尾墩，寬尾墩出口寬度為4.2 m，尾墩寬度為4.9 m，收縮比為0.3，中間3個孔口的寬尾墩為對稱“X”型寬尾墩，左右兩個邊孔根據(jù)水流條件采用高低不對稱的“X”型寬尾墩。下游斜坡壩面坡比1∶0.75，設(shè)置階梯臺階，共31級，首級臺階2.4 m×0.9 m(高×寬)，其余臺階尺寸為1.2 m×0.9 m。臺階下游接反弧段，再接消力戽，戽池長63 m，凈寬90 m，池尾端設(shè)有10 m高的反坡坎，坎前坡比1∶2。尾坎下游設(shè)有混凝土護(hù)坦，長40 m。

2)沖砂底孔。沖沙底孔進(jìn)口高程3 376 m。底孔采用有壓深式泄水孔型式，由進(jìn)口段、壓力段和明流段組成。進(jìn)口段和出口段分別布置平板檢修閘門和弧形工作閘門，兩道閘門間鋼板襯砌的壓力段長50 m，斷面尺寸5.0 m×8.0 m(寬×高)，弧形工作閘門后接明流段，尾部設(shè)。

3)排沙廊道。經(jīng)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)只設(shè)置1孔沖砂底孔時，沖沙漏斗范圍無法保證邊機(jī)組進(jìn)水口的“門前清”，必須在廠引壩段進(jìn)水口下方布置排沙廊道，共設(shè)4個進(jìn)口。排沙廊道由進(jìn)口段、事故檢修閘門段、支管段、主管段、出口工作閘門段、泄槽段等組成，進(jìn)口段～主管段布置在廠引壩段內(nèi)，平面上四個進(jìn)口合到一根主管上，因機(jī)組之間空間不夠，排沙廊道無法直接通向下游尾水渠，主管橫向從廠引壩段轉(zhuǎn)向沖沙底孔壩段，再轉(zhuǎn)至與沖沙底孔平行布置，后接明流泄槽及窄縫式挑流出口。支管與主管均為正方形管，管徑3.2 m，鋼板內(nèi)襯。排沙時采取單孔拉沙，依次進(jìn)行的方式，通過水工模型試驗(yàn)，拉沙漏斗可覆蓋進(jìn)水口及生態(tài)流量泄放孔范圍。

3.3 引水發(fā)電建筑物

壩式進(jìn)水口及壓力管道采用單管單機(jī)布置。進(jìn)水口由攔污柵段、進(jìn)口段、檢修閘門段和工作閘門段組成。攔污柵布置在懸出上游壩面9 m的牛腿上，采用通倉式布置。檢修閘門和工作閘門的孔口尺寸分別為6.8 m×9.2 m(寬×高)和6.8 m×8.5 m(寬×高)。壓力管道采用壩后淺埋管，鋼管直徑為8.5 m，外包鋼筋混凝土厚度1.5 m，混凝土外表面與下游壩面齊平。鋼管在廠壩分界縫部位不設(shè)伸縮節(jié)，在廠壩分縫上、下游側(cè)各5.5 m范圍內(nèi)設(shè)置11 m長的全包彈性墊層，以適應(yīng)廠壩之間不均勻變形，墊層厚度5 cm，變形模量4.0 MPa。

廠區(qū)建筑物主要由主廠房(包括主機(jī)間及安裝間)、副廠房(包括上游副廠房、下游副廠房、中控樓)、升壓站、屋頂出線場、尾水渠及進(jìn)廠交通洞等組成。廠房主機(jī)間長106 m，高63 m，上部寬29 m，安裝4臺單機(jī)容量為165 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。半窯洞式安裝間布置在主廠房的右端，總長45.00 m，其中窯洞內(nèi)安裝間長22.0 m。下游副廠房利用尾水管擴(kuò)散段上部空間布置，尾水平臺與廠區(qū)地面同高。中控樓布置在安裝間及1號主機(jī)間下游廠區(qū)地面以上，中控室布置在中控樓第2層。上游副廠房布置在廠壩之間，緊靠主廠房，GIS室布置在上游副廠房頂層，其上屋頂布置550 kV出線場。主變壓器布置在廠壩間平臺上，主變壓器可通過軌道進(jìn)入安裝間進(jìn)行檢修。進(jìn)廠交通洞布置在右岸山體內(nèi)部，從安裝間右端窯洞進(jìn)廠。

3.4 魚道

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對于壩后式廠房，大多數(shù)魚類將回游上溯至廠房尾水渠內(nèi)，DG廠房布置在右岸，因此魚道進(jìn)口也布置在右岸。魚道進(jìn)口設(shè)置在尾水渠和廠壩中導(dǎo)墻上，共4個進(jìn)口，然后沿右岸山坡上升，再從16號壩段穿過大壩，直至庫區(qū)出口。魚道長約3 300 m，魚道最大高差約80 m，魚道結(jié)構(gòu)型式采用豎縫式，斷面為矩形。

4 結(jié) 語

DG水電站位于高山峽谷河段，上下游分布有崩坡積體和泥石流溝，樞紐布置受地形地質(zhì)條件限制較大。設(shè)計(jì)通過壩軸線、樞紐布置格局、筑壩材料等各方面比選，最終確定了碾壓混凝土重力壩、左岸溢流壩段、右岸壩后式廠房的樞紐方案。該方案充分利用了壩址現(xiàn)有地形地質(zhì)條件，總體布置合理、緊湊、開挖量適中、邊坡支護(hù)工程量省，主要建筑物設(shè)計(jì)合理。