吉沙水电站勘测设计及体会

2012-04-14吴义航邓毅国掌于昶张红梅

水力发电 2012年3期

吴义航，邓毅国，掌于昶，张红梅

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024）

吉沙水电站位于云南省迪庆州香格里拉县境内的硕多岗河主河道上，是硕多岗河流域规划一库八级中的第2个梯级电站。由首部枢纽、引水隧洞、调压井、高压管道和地面发电厂房等组成。电站首部枢纽位于小中甸镇上吉沙村东侧1.5 km处，厂房位于首部枢纽下游约20.7 km的花椒坡村。水库正常蓄水位3132.00 m，死水位3123.00 m，设计洪水位3134.20 m，校核洪水位3136.10 m，水库总库容251.92万m3，调节库容109.09万m3（天然），为日调节水库。电站总装机容量120 MW，多年平均发电量5.628亿kW·h，年利用小时数4690 h，电站额定水头485.00 m，单机发电流量14.37 m3/s，采用引水式开发，引水系统总长约15.58 km，为长引水工程。

工程于2004年4月正式开工，2005年1月完成导流洞施工，当年河床截流；2004年10月开始大坝左右岸边坡开挖和支护，2005年6月开始坝体混凝土浇筑，至2007年12月坝基固结灌浆和帷幕灌浆结束，首部枢纽施工完成。引水隧洞工程于2004年5月正式开工，2007年5月全线贯通并开始衬砌和灌浆施工，至2008年7月完成；引水隧洞5条施工支洞于2008年1月完成封堵。调压井开挖于2005年3月开始，2006年6月结束，2007年11月衬砌完成。厂房开挖于2005年2月开始，2005年6月开始浇筑混凝土，2007年12月完成。机电和金属结构安装工程于2007年5月开始，2007年12月完成。吉沙水电站于2007年12月完成下闸蓄水验收，2008年1月开始下闸蓄水，2008年11月两台机组正式并网发电。2009年11月，吉沙水电站完成了工程竣工安全鉴定。

1 工程设计简要历程

在规划设计阶段，吉沙为单独开发，初拟装机容量为60 MW。2002年12月，云南硕多岗河发电有限责任公司就吉沙水电站的预可行性研究、可行性研究、招标设计和施工详图设计进行招标，中国水电顾问集团北京勘测设计研究院（以下简称 “北京院”）通过投标，中标承担吉沙水电站的勘测设计任务。北京院在进行了多次现场查勘和充分的技术研究以后，提出了将吉沙水电站和下一个梯级一家人电站 (规划装机40 MW)合并开发的建议方案，并于2003年1月完成了《云南省迪庆州硕多岗河吉沙～一家人河段开发方式研究（补充规划）报告》。报告认为，从地形地质、水工布置、机组机型、电站出线、施工布置和工程投资等方面综合评价，吉沙与一家人合并开发优于分级开发。从规划补充阶段的成果看，合并后的电站工程总投资、单位电能投资、单位kW投资和电站的年利用小时数等均为国内中型电站中经济指标较优越的电站，具有良好的开发条件。

2003年3月，补充规划报告在昆明通过专家咨询及审查。根据审查意见，合并开发方案有利于水能资源的充分利用，工程投资较少，同意两级合并成一级开发，合并后的电站仍称为吉沙水电站。

2003年1月，北京院组织地质、勘探、测量以及设计各专业人员进行现场踏勘，在现场初步拟定了首部枢纽、引水洞轴线和厂址。同时，对野外地勘和测绘工作进行了部署，预可行性研究工作全面展开。2003年2月，测量、地质、勘探等专业相继进点并开展工作；2003年5月，完成正常蓄水位初选和装机容量的比选工作，推荐本阶段正常蓄水位为3130 m，电站装机容量为120 MW。2003年6月，基本完成了预可行研究阶段的野外测量、地勘、水库淹没调查、施工外部环境调查、施工道路、施工供电、施工主要用材调查等外业工作；完成了压力引水隧洞洞径的比选和高压管道条数的比选工作。初拟引水压力隧洞洞径3.3 m。2003年6月，完成首部枢纽位置选择论证工作，经综合比较，推荐首部枢纽位置在红旗桥下游约3 km处。2003年6月，完成《云南硕多岗河吉沙水电站预可行性研究报告》，同年8月通过云南省发展计划委员会组织的审查。由于预可研工作细致，基础比较扎实，在预可研之后只用了半年的时间，于2003年12月编制完成了《云南硕多岗河吉沙水电站可行性研究报告》，并于2004年1月通过云南省发展计划委员会组织的审查。2004年初，吉沙水电站工程正式开工建设。北京院在安排做好招标和施工详图设计工作的同时，积极配合现场施工，保证现场技术供应和设代配合。 2008年11月工程建成发电。

2 工程设计

2.1 设计标准与开发任务

吉沙水电站是一座以发电为主的Ⅲ等中型工程。大坝、引水系统和发电厂房按3级建筑物设计。按中国地震烈度区划图，吉沙电站场地基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.2 g，地震动反应特征周期为0.4 s。主要建筑物采用洪水标准如下:大坝设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇；厂房设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇；消能防冲建筑物设计洪水标准为30年一遇。

吉沙水电站位于硕多岗河落差比较集中的河道，无航运、过木要求。电站下游无防洪对象，也无灌溉供水要求。由于电站库容较小，调节径流能力有限，无力承担防洪、灌溉、供水等综合利用的能力，因此，电站的开发任务以发电为主。

硕多岗河吉沙村至一家人河段全长20余km，落差500多m，平均比降达26‰，非常适合采用引水式开发。电站最大水头达540 m，水库水位变化对水头影响很小，但水库形成日调节库容对电站的电能质量十分重要。水库为一河道型水库，河道两边多为悬崖峭壁，形成库容较小。通过综合分析比较，考虑进水口的布置、满足电站发电所需日调节库容的需要，以及水库回水不淹没峡谷出口处的农田等因素，选择水库正常蓄水位为3132.00 m，死水位3123.00 m，设计洪水位3134.20 m。

2.2 首部枢纽

首部枢纽位置根据日调节库容、水工建筑物布置条件、不淹没小中甸平原等因素确定。通过选择比较，选定坝址位于红旗桥下游约3 km的河段上，此段河道狭窄，宽度约20 m左右，两岸山势陡峻，原始森林茂密，经枢纽布置满足引水首部进水口布置要求，河道宽度能满足布置泄水建筑物的要求，采用导流洞方式导流。坝型为混凝土重力坝，坝顶高程3137 m，最大坝高36.2 m。

首部枢纽包括拦河坝、下游消力池、引水系统进水口等。坝顶总长74.75 m，共分5个坝段。自右至左依次为右岸非溢流坝段（长22.3 m）、表孔溢流坝段（长20.5 m）、排沙泄洪底孔坝段（长11.5 m）、左岸非溢流坝段（长14.5 m）和左岸连接坝段（长9.75 m），坝顶宽8 m。大坝上游坝面铅直，下游坝坡坡比 1∶0.75。

岸塔式进水口布置在左岸坝前约18 m处，进水口底板高程3116.00 m。

2.3 引水系统

硕多岗河蜿蜒曲折，右岸有两个大的回头弯道，如果采用右岸引水方案，顺河道裁弯取直布置方式，引水隧洞共4次跨越硕多岗河，采用地下埋管与明管相间设计，跨河段设置管桥，设计复杂，施工难度较大，投资也将增加。右岸引水方案如果采用不跨河方案，引水线要增长约2 km，不仅工程量增加较多，电站水头损失也较大。因此，从工程布置，建筑物的安全性、工程造价、运行管理、施工进度及复杂程度等方面比较，左岸引水线路优于右岸引水线路，为此，采用左岸裁弯取直的引水线路。

引水系统由岸塔式进水口、长引水隧洞、阻抗式调压井、高压管道等建筑物组成。根据地形、地质条件，以及与大坝、厂房的相互关系，采用 “一洞两机”的引水布置方式。各建筑物均进行了水力计算，其水头损失、经济流速、调压井稳定面积、最高涌浪水位、动水压力等都满足规范要求。

引水线路采用全埋藏式布置，系统总长15.58 km。引水隧洞布置时，为尽量减小洞线长度，基本采用顺河道裁弯取直布置。同时，使引水隧洞顶部和侧向均满足覆盖层厚度要求，围岩不产生水力劈裂。隧洞上游部分走向为 N297°E，下游部分走向转N320.75°W，上覆厚度90～250 m。调压井为引水系统衬砌型式变化的分界点，进水口至调压井段为压力引水隧洞，全长14.47 km，设计水头16～105 m，采用钢筋混凝土和喷混凝土衬砌，调压井至厂房段为高压管道段，全长约1074 m，设计水头较高，约110～650 m，采用地下埋管钢板衬砌。高压管道轴线方向为N36.152°E，采用一条主管斜井方案，设2条中平段，厂房前约38 m处分岔，分为2条支管正向进厂。

由于引水隧洞较长，沿线地质条件变化大，大部分洞段地质条件差。设计全线采用圆形断面，内径3.3～4.3 m，永久衬砌采用钢筋混凝土衬砌或喷锚支护，布置了固结和回填灌浆。Ⅲ类围岩采取随机锚杆、喷混凝土支护；Ⅳ类围岩采取系统锚杆、挂网喷混凝土支护；Ⅴ类围岩采取全断面钢格栅拱架、超前管栅、全断面系统锚杆和挂网喷混凝土支护。采取上述支护措施后洞室围岩基本稳定。

调压井采用阻抗式，圆形断面，内径7.5 m，井高104.11 m。调压井后设事故闸门。调压室后为高压管道，钢板衬砌，主管内径前段为2.6 m、下平段为2.3 m，流速为5.41、6.92 m/s，支管内径1.4 m，流速9.33 m/s。

2.4 厂房布置与机组选型

电站地面厂房位于虎跳峡镇花椒坡村，厂区建筑物由主机间、安装间、上游副厂房和下游副厂房、尾水渠、开关站、机修间等组成，主厂房尺寸（长×宽×高）为58 m×21 m×36 m。主厂房净宽18 m，2台机组间距19m，安装场布置在厂房右端，长度18m。

吉沙水电站属于高水头中型水电站，机组安装海拔高程较高，适用于本电站水头范围的机型有冲击式和混流式水轮机。在厂房土建投资方面，冲击式机组尺寸长度和跨度都要大一些，但由于采用地面厂房布置方案，布置厂房的地形较为开阔、平缓，因厂房尺寸增加的土建工程量有限。由于国内500 m水头段采用混流式机组的电站很少且无运行经验。即使是在世界范围内，对水头500 m以上的混流式水轮机有成熟技术的公司也只有2～3家。500 m水头段冲击式机型技术较为成熟，生产厂家较多，有利于机组招标采购。因此，选用冲击式水轮机（进口转轮）。经招标选厂确定，机组由昆明电机厂制造提供，水轮机型号CJKA001-L-217.2/6×18.1，额定转速为428.6 r/min，额定出力为61.5 MW，额定流量为14.19 m3/s；发电机型号SF60-14/4650，额定容量为70.588 MV·A，额定电压10.5 kV，额定电流3881 A。