黑河金盆水利枢纽工程关键技术

孙剑峰

（中国水电建设集团十五工程局有限公司 西安 710065）

1 工程概况

金盆水利枢纽工程是西安市黑河引水的主水源工程，是陕西省基础设施建设的重中之重。其功能以向西安市城市供水为主，兼顾农田灌溉，结合发电和防洪。枢纽工程东距西安市80余km，相对高差110m，利用重力自流引水。黑河水量充沛、水流清澈、水质甘纯、地形优越，是西安得天独厚的理想水源。

枢纽工程由粘土心墙砂砾石坝、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、坝后电站、副坝、下游护岸等建筑物组成。水库总库容2亿m3，年调节水量4.28亿m3，向西安市供水3.05亿m3；农业用水1.23亿m3，灌溉农田2.47万hm2。水电站装机容量2万kW，年发电量7308万kW·h。工程共完成土石方1350万m3，浇筑混凝土46万m3，钢筋制安2万t，灌浆16万m，金属结构安装2.31万t。枢纽工程完成总投资16.32亿元。西安市黑河引水工程总投资34亿元。枢纽工程于1996年1月开工，2007年1月16日竣工，2007年12月20日验收，工程质量等级核定为优良，工程质量达到了国内领先水平。

2 工程难点及技术措施

黑河金盆水利枢纽工程拦河坝高130m，是目前全国已建成的高粘土心墙砂砾石坝之一，大坝为一级建筑物，填筑质量要求高。施工中综合应用了“先砂后土法”、“平起填筑法”等施工工艺，采用国际一流施工设备，保证大坝填筑质量。

粘土心墙上下游反滤砂标准要求高，所用渭河砂需水洗制备后才能填筑。购置了专用设备，在砂石料筛分场建立反滤砂水洗加工系统，按质量要求制备。

大坝7个土料场的土料含水量均超过17%～19%的最优含水率，需要翻晒制备。施工中开创应用了“土料逐层翻晒”、“堆土牛”等土料制备新工艺，使制备的土料符合填筑质量要求，保证了大坝填筑质量。

放水塔高114.4m，高度为当时全国同类工程之最，混凝土浇筑难度较大。放水塔混凝土入仓采用塔吊和混凝土泵相结合，采用先进的大块翻转模板，使混凝土浇筑质好工效高。

泄洪洞、溢洪洞均为高速水流隧洞，最大流速42.49m/s，抗冲耐磨标准要求高。衬砌混凝土采用抗冲耐磨C50FH混凝土和钢纤维混凝土，增大了隧洞抗冲耐磨强度。

3 施工新技术研发与推广

3.1 大坝快速填筑技术

大坝土石方填筑820万m3，其中土料填筑153万m3。大坝施工采用国际先进设备，开发新技术，创造了心墙土料月最高填筑15.2万m3、坝壳砂卵石月最高填筑54万m3、坝体月升高12m的高速施工纪录。

3.2 土料制备技术

根据各土场土料含水量的高低、土性的差异、土场位置的不同，先后创造并成功应用了“土料逐层翻晒”、“堆土牛”法，深层土和表层土“机械掺拌法”，不同土性和不同含水量土料“料台混和”法，土场“防雨抗渗”，心墙坝面雨天“防雨布苫盖”技术，均取得显著成效，提高了大坝心墙填筑质量，加快了施工进度。

3.3 大坝防渗心墙先砂后土施工技术

心墙是大坝填筑的关键项目。大坝防渗心墙施工先铺反滤砂后铺粘土，同层压实，提高了心墙的防渗效果。经运行观测，近3年大坝平均年沉降6.8mm，坝体变形基本趋于稳定，浸润线与设计吻合，工况正常。坝体渗流382L/min，绕坝渗流523L/min，坝基帷幕灌浆阻水作用明显。

3.4 柔性土工格栅挡土墙技术

在溢洪道进口采用柔性土工格栅挡土墙，解决了30m高的挡土墙稳定问题。在泄洪洞进口，采用柔性土工格栅挡土墙，避免了不均匀地基挡土墙结构稳定，以及工程布置中采用高架桥、大开挖方案引起的相关建筑物无法布置的问题，节约了工程投资。土工格栅挡土墙主要特点是施工简便、适宜于各种地基、能有效解决高挡土墙的稳定问题。

3.5 国际先进施工设备运行管理技术

大坝施工采用了一批日本原装大型国际先进的施工设备，如45t自卸汽车、6.3m3液压正铲、4.3m3液压反铲、520HP推土机、6m3装载机、18t自行式振动碾等。

3.6 大坝上游坡面护坡技术

粘土心墙砂砾石坝上游护坡采用混凝土护坡、预埋排水管技术。水库运行至今，护坡工作状况良好，为石料缺乏地区水利工程建设提供了有益借鉴。

3.7 特大型断面隧洞新奥法施工技术

泄洪洞和溢洪洞均为高速水流隧洞，隧洞开挖断面宽14m、高17m，采用新奥法掘进。采用了先进的凿岩台车，混凝土衬砌采用钢模台车，钢筋台车。衬砌采用抗冲耐磨混凝土和钢纤维混凝土。引水隧洞混凝土衬砌采用针梁钢模台车，3天衬砌10m，施工速度快，衬砌质量好。为提前向西安市供水创造了条件。

4 工程关键技术

该工程自主创新应用了异形鼻坎消能、压浪顶板与孔口板技术、分层取水、先灌浆后开挖、倒L型防浪墙、密度桶法、道路穿越心墙布置技术、信息化数字化管理等9项新技术。

a.超高速水流防空蚀采用新材料。在泄洪洞和溢洪洞运行中存在着超高速（流速达42m/s）水流的空蚀问题。为此，设计在超高速水流区采用抗空蚀新材料HF混凝土，其特点是和易性优异，适于泵送，无高强混凝土的龟裂问题，抗空蚀性能优良。至今黑河金盆枢纽泄水量达15亿m3，未发现破坏。

b.泄洪洞和溢洪洞采用特殊消能技术。泄洪洞采用扩散式直纹扭面异形鼻坎，泄放各级洪水时，水舌扩散充分，消能良好，下游流速及河床冲淤分布理想。溢洪洞为舌形扩散鼻坎，宣泄各级洪水时，水舌扩散充分，水力特性优良。

c.引水洞出口地下消力池采用压浪顶板技术。由于引水洞出口消力池后水位波动，达不到向西安市供水时测流精度的要求，经与科研单位协作，通过模型试验，在引水洞出口消力池采用压浪顶板、测流渠前端设孔口板技术，满足了向西安市供水时测流任务的要求。

d.放水塔采用分层取水的技术方案。考虑黑河水库取水是以城市供水为主，兼顾农业用水，城市用水主要考虑水温、浊度、浮游生物、溶解氧的分布情况，希望引用易处理、浊度低、浮游生物等杂质含量小的中层水。因此设计采用了三层分层取水方案，以适应库水位变化对城市供水的要求。

e.特大弧门采用精轧螺纹钢锚固新技术。对于泄洪洞特大弧门推力（62000kN）支绞大梁，采用精轧螺纹钢锚固新技术，工艺简单，施工方便，解决了传统锚固技术复杂、造价高、工期长的问题。

f.大坝基础处理采用先灌浆后开挖施工技术。大坝基础处理采用先灌浆后开挖施工技术，保证了质量，工期相当，效益显著。

g.道路穿越心墙布置技术。道路通过心墙布设既要保证上下游施工交通畅通，还要有利于大坝作业区划分，更重要的是道路下面的已填筑土料不能发生剪切破坏。施工中采用路基底层铺垫低含水量土料、面层为砂砾石料的结构型式，保证了心墙无剪切破坏。该技术简单，施工费用低，保证了粘土心墙填筑质量。

h.大型闸门安装精细“滴水不漏”。泄洪洞、溢洪洞采用特大弧门，弧门制造安装精细，反复使用，无漏水现象。

i.坝顶防浪墙“倒L”型设计，防浪效果好。花岗岩饰面，既牢固又美观。

j.现场“密度桶法”确定大粒径砂砾料压实标准，填补了该领域技术空白。该技术成果达到了国际领先水平，获得中国电力建设科技成果一等奖，通过了国家级工法。

k.边施工边供水，解决了西安市人民生活生产用水的燃眉之急。在大坝施工期间，先完成临时引水洞工程，采用低坝取水方式，提前向西安市供水。工程运行状况良好，从根本上解决了西安市人民生活生产用水的燃眉之急。

l.工程运行管理实现信息化数字化。枢纽工程实行花园式管理和信息化运行管理。水文气象实行卫星云图遥感监测，枢纽工程关键部位实行视屏监控，设备运行实行远程自动控制。大坝采用引张线自动监测技术，保证了黑河引水金盆水利枢纽工程运行安全可靠。

m.库区实现封闭式管理。库区绿化美化面积22.67hm2，取土场、弃渣场土地整治116.2hm2，天然林封育保护70680hm2，退耕还林1555.1hm2，荒山荒坡造林2666.7hm2，修建小型拦沙坝16座，沟头防护50km。《西安市黑河引水系统保护条例》已全面实施，西安市公安局黑河分局正常执勤。

5 工程效益

西安黑河引水工程的建成，从根本上改变了西安市用水短缺状况，补充了生态环境用水，改善了西安市生态环境，减少了地下水的开采量，减缓了西安城区地面沉降，有效遏制了地裂缝的发展。在保障西安人民生活安定、促进西安社会经济快速发展方面产生了巨大的社会效益和经济效益。该工程已获得陕西省建设工程长安杯奖（省优质工程）和中国建筑工程鲁班奖（国家优质工程）。