糯扎渡水电站工程建设技术要点评述

2012-04-14艾永平

水力发电 2012年9期

艾永平

（华能澜沧江水电有限公司，云南昆明 650214）

1 工程概况

糯扎渡水电站是我国水电能源基地——澜沧江流域规模最大的水电工程，具有发电、防洪、供水、养殖、旅游等综合利用功能。电站总装机5 850 MW，多年平均年发电量239亿kW·h，调节库容和死库容分别为 113亿m3和104亿m3，库容系数0.21，具多年调节特性，是 “西电东送”、 “云电外送”的重要骨干工程。该电站勘测规划始于1986年；2003年10月可研报告通过审查；2011年3月通过国家核准。2004年开始筹建；2006年1月导流隧洞工程开工；2007年11月实现大江截流；2011年11月初顺利下闸，开始初期蓄水。计划于2012年8月首台机组投产发电。

2 工程建设技术要点

2.1 枢纽布置

电站枢纽区右岸构造蚀变软弱岩带岩体质量差、规模大、分布广，左岸关键区域地形、地质条件优越，土料场品质较稳定，储量丰富，开采运输条件好。充分合理地利用枢纽区的地形、地质及环境条件，是该工程最关键的技术要点。通过多方案的技术经济比较，选择了掺砾土直心墙堆石坝、泄水及引水发电建筑物主要集中在左岸的枢纽布置方案。枢纽布置的优选是实现 “安全可靠、经济合理、生态环保”建设目标的重要基础。枢纽布置的另一技术要点是 “永临结合”，主要包括上游围堰与大坝、下游围堰与量水堰、导流隧洞与泄洪隧洞、尾水隧洞及尾调室的结合。在满足施工及运行期工程安全和功能要求的前提下，减少了工程量，降低了工程投资。

2.2 主要建筑物

糯扎渡水电站建筑物规模巨大。其中，土心墙堆石坝坝高261.5 m，地震设防烈度为9度；开敞式溢洪道前溢流堰宽120 m、长1 445 m，最大流速52 m/s，泄洪能力31 318 m3/s；2条泄洪洞泄洪能力分别为3 395 m3/s和3 257 m3/s，最大流速分别为37.5 m/s和42 m/s，可防御最大可能洪水（PMF时）39 500 m3/s；地下厂房长418 m、宽29 m、高81.6 m；3个尾调室高92 m，直径27.8～29.8 m；布置了3层共5条导流洞，最大洞身宽16 m，高21 m；上游围堰的碾压填筑高度达82 m。

该工程工程量大，施工强度高。土石方开挖约5 300万m3，土石方填筑约3 400万m3，混凝土约430万m3。准备工程工期22个月，主体工程工期57个月。

2.2.1 挡水建筑物

糯扎渡水电站的挡水建筑物——土心墙堆石坝是最重要的建筑物，如何保障其安全可靠、经济合理，是该工程建设的核心问题，其技术要点包括：

（1）人工掺砾提高土心墙的抗变形能力和强度；心墙底部设置钢筋混凝土垫层；上、下游均设置满足反滤准则的多道反滤层及过渡层；扩大基础部位反滤层的布设范围，设置变形适应能力较强的接触粘土层，以保障土心墙的抗渗稳定性。

（2）基于坝料特性试验和坝体结构分区研究，优化坝体结构，选择了较陡的坝坡，在满足坝坡稳定要求的前提下，减少了坝体填筑量。在上游坝壳区利用部分软岩料，使各枢纽建筑物的开挖石料得以充分利用。

（3）采用了较高的压实度标准。掺砾土料按全料2 690 kJ/m3功能压实度95%控制，研制了φ600击实筒，定期复核全料压实度。现场采用小于20 mm细粒595 kJ/m3功能的3点快速击实法控制细料压实度大于98%，现场含水率按细料595 kJ/m3功能小型击实最优含水率的－3%～1%控制，实现了高效准确的现场质量检测控制，满足了快速施工的要求。

（4）加强固结和帷幕灌浆，保障右岸坝基软弱构造蚀变岩带的抗渗稳定性。

（5）在地震反应强烈的坝体高高程部位布设锚筋—扁钢网，增强堆石体的整体性，以提高抵御9度设防地震及超标地震的能力。

以上技术采用 “合理利用开挖料”和 “心墙强、坝壳软、坝坡陡、加筋、薄层、重碾”的方法，增强了大坝（坝体和坝基）的抗渗稳定性和抗震能力。坝坡虽然较陡了，但大坝整体的系统安全性得到了提高，且降低了工程造价，实现了安全与经济的最佳统一。

2.2.2 泄水建筑物

糯扎渡水电站的泄水建筑物具备宣泄最大可能洪水（PMF时）的能力。为围绕解决抗冲蚀破坏问题，采用了优选体型、合理分块、掺气减蚀、底板锚固和排水、优选原材料和配合比、严控过流面平整度等技术措施。为方便运行检修，泄槽段设2道中隔墙。预挖消力塘形成有效的消能水垫和体形，开挖料用于大坝填筑，并采用护岸不护底的衬护方式。

溢洪道泄槽底板分块采用了大分块方式，由于约束强、温差大，产生了较多的裂缝。采取化灌处理后，可满足安全泄洪的要求。但是，如何在大分块方式下避免或减少裂缝，尚需进一步研究。

2.2.3 引水发电建筑物

为消减低温水对下游生态环境的负面影响，通过试验研究，解决了引水发电系统进水塔结构和水力的技术问题，实现分层取水。地下厂房开挖尺寸大，在计算分析和工程类比的基础上，采用监测反馈的技术手段，优化调整了支护参数。

地下引水发电系统洞室多、规模大、错综复杂，选择合理的施工方法、施工分序和施工工艺是保证施工安全、质量、进度、投资的关键技术。 “平面多工序、立体多层次”的施工方法，有效地解决了大型洞室的快速施工问题； “预探预测、预锚预灌、弱爆破早封闭、强支护勤反馈”是解决不良地质洞段安全施工的有效方法。

2.2.4 导流建筑物及下闸蓄水

为满足施工期和下闸蓄水期的防洪与供水要求，糯扎渡水电站布置了3层共5条导流洞。其技术要点：①在较短的准备期内完成了用于截流的断面大、洞身长的导流洞开挖与衬护，解决了大跨度渐变段的开挖支护难题；②在一个枯水期内完成碾压填筑高度达82 m的上游围堰的施工；③在一个枯水期内完成3层共5条导流洞的下闸和封堵。

如何降低导流和下闸蓄水期的工程建设风险也是关键的技术问题。风险包括事故发生的机率和事故导致的损失。下闸蓄水阶段，工程建设已接近尾声，工程投入已很大且投产在即，此时段的风险控制应特殊对待。采用了尽可能降低风险的原则，调整了下闸封堵方案，5条导流洞全部增设了临时堵头，大大地降低了该时段的建设风险，提高了按期投产的保证性。

2.3 大坝质量控制

大坝质量涉及社会和公众安全，必须完全可控在控。糯扎渡水电站大坝的质量控制以 “体系健全、运行有效、质量优良”为目标。针对土心墙堆石坝的难点和要点，设计、科研和业主单位在可研阶段即开始策划、研发大坝质量监控技术，建立了先进、科学、实用的在线监控系统，即 “数字大坝”监控系统，对大坝填筑进行了 “全过程、全天候”的实时监测和反馈控制。监控内容主要包括坝料运输、碾压轨迹、行走速度、激振力、碾压遍数以及压实厚度等。

2.4 环境保护

糯扎渡水电站建立了动物拯救站、鱼类增殖站和珍稀植物园，并建设了分层取水口，最大限度地减免了工程对环境的不利影响，有效地保护、修复、改善了环境。主要技术措施包括：

（1）委托专业的渔业科学研究单位对特有鱼种进行人工增殖放流。采取 “网捕过坝”的方式，保证上、下游鱼类种群间遗传基因的交流。

（2）委托专业的林业科学研究单位对工程施工区和水库淹没区的部分植物采取迁地移栽、采集种子等方法进行保护。

（3）委托专业的野生动植物繁育保护机构对库区及施工区动物收救、暂养及放生。结合库底清理及蓄水计划，协调水库淹没涉及区的相关政府部门和单位共同救护受伤的野生动物。

（4）采用 “分层取水”措施，减轻水库水温分层导致的下泄低温水对鱼类繁殖的不利影响。

（5）制定水、大气及声环境保护措施及废弃物处理措施，制定珍稀鱼类保护区建设和自然保护区的管理措施。

2.5 安全监测

在常规监测的基础上，糯扎渡水电站加强了对大坝的变形和渗流监测，并及早建立了反馈分析系统。主要包括：

（1）采用弦式沉降仪监测上游堆石体位移。

（2）采用剪变形计监测心墙与反滤间的错动。

（3）心墙沉降监测的沉降环采用不锈钢，将磁性被动探测改为主动发射，以提高仪器的耐久性。

（4）下游堆石体沉降监测改进为4管式水管沉降仪，比常规水管式沉降仪增加1根进水管，以提高仪器的可靠性及观测精度。

（5）在科研试验的基础上，探索性地实施了光纤光栅测温测流技术。

（6）为全面实时地掌控大坝的工作性态，确保大坝安全稳定运行，研发了 “大坝安全评价和预警系统”，为全面、快速的反馈分析提供了技术保障。

3 初期蓄水阶段监控重点

初期蓄水阶段是工程接受全面检验的关键时期，需要高度关注坝体后期沉降、心墙拱效应、心墙裂缝、渗透变形、下游坝坡稳定以及上游堆石湿化等问题。

土石坝安全监测的重点项目之一是坝体变形，这也是目前工程界普遍关注的监测项目，并作为控制大坝的填筑压实标准和评价大坝工作性态的主要指标之一，把沉降量与坝高的比值作为控制指标。作为迄今为止仍属 “经验性”坝型的土心墙坝，国内外的工程经验和教训表明，失事和损坏多起因于渗透稳定问题。因此，渗流（包括渗压、渗量和水质）监测应作为初期蓄水阶段的监控重点，必须实时掌握其变化情况（包括小的变化），并及时分析评价。另一监控要点是多因素相关性分析，需要综合渗压、变形、应力等监测成果，对填筑、水位、温度、降雨等因素进行相关性分析，以细致分析大坝状态的变化规律。同时，还要考虑工程固有的相对薄弱部位，强化巡视检查工作，高度关注渗流及变形的变化情况。以上这些监控要点，对于掌控 “超经验、超规范”的高土心墙堆石坝的运行安全是至关重要的，特别是在初期蓄水阶段更应当给予高度关注。