蒙古国都日根水电站设计方案的优化

侯国恩

（邯郸市水利水电勘测设计研究院，河北 邯郸 056001）

1 工程概况

蒙古国都日根水电站建在蒙古西部霍夫德盟都日根境内的泰诺哈拉依赫河上，是一座河床式水电站。枢纽工程包括电站主、副厂房、泄洪洞、鱼闸和土坝。设计水头13.5m，设计发电流量107.4m3/s，装机容量1.2万KW，安装三台ZD560－LH－250水轮发电机组。建筑物等别Ⅱ等，按8度地震烈度设防。

该工程初步设计由俄罗斯能源部国立水电勘测设计研究院于1993年完成。

该工程是中蒙双方政府的第一个经济技术合作项目，是在中国政府特殊政策安排下启动，得到了中国财政部的特批后才得以实施。总投资3000万美元。

2 地质勘察资料

坝址建在河道两山夹一谷的出口处。该坝址的长度较小，河道纵坡大，上游库区小，淹没损失小，渗漏损失小。

电站建筑物地基地质勘察工作由俄罗斯于1993年3～6月完成，共布置钻孔19个，总进尺254.7m；探坑17个，深度共21.5m；直流电法勘探13条剖面以及大量的室内试验工作等。

地质勘察成果表明，坝址所在地两岸为粗粒、中粒花岗岩，被数层辉绿岩岩脉侵入，属古生代火成岩，较坚硬，表层风化破碎。左岸30m高，右岸约20m高。河滩宽200余米，其表层为新第三纪和第四纪冲积洪积物，漂石、卵石等，往下为砂壤土、壤土、碎石土、粘土、辉绿岩、花岗岩。

左岸地基内有冲沟，宽约20m，深16m，底高程约1131.50m。

3 混凝土坝段原设计方案

电站枢纽建筑物包括混凝土坝段和土坝段，混凝土坝段由电站主、副厂房、泄洪洞和鱼闸组成。由于右岸花岗岩岩体较左岸低约10m，而且表面有较厚的松散的新第三纪和第四纪沉积物覆盖，因此决定将电站混凝土坝段建在左岸花岗岩上。

本电站总装机容量1.2万KW，安装三台ZD560－LH－250水轮发电机组。根据运行需要，还需建有泄洪洞和鱼闸，这些工程组成了混凝土坝段。根据各部分建筑物的水力计算和建筑、结构的设计，混凝土坝段垂直水流方向总长度为80.19m，由三个坝段组成，从左至右分别为：副厂房段长30.69m，主厂房段27m，鱼闸和泄洪洞22.5m。为适应地基变化，主、副厂房在冲沟处分一条变形缝，并在冲沟处布置了副厂房集水井。详见附图1。

4 开挖出的实际地质情况：

该工程于2004年9月底正式开工，2005年8月在混凝土坝段基础开挖过程中发现，实际地质情况与原地质报告出现了很大差异。主、副厂房座在基岩上，但鱼道和泄洪洞段的地基却是灰褐色的粉砂。挖到建筑物的基础底高程1137.00m仍是粉砂，再挖探坑4m深即1133.00高程仍是粉砂，不见基岩。为什么现实情况与地质资料出现如此大的差异？经过与原俄罗斯该项目的设计项目负责人进行研究核实，原来是由于地质情况复杂多变，钻孔2＃恰好布置在断层的基岩侧，略偏点即是粉砂，误认为此处是基岩，故出现了这样大的差异。

5 设计方岸变更

混凝土重力坝基础建在软基上是设计规范不允许的。为解决这一问题，我们提出三个方案进行优化比选：

（1）方案一：原设计方案不变，进行地基处理。将坝基以下粉砂挖除，用砌石混凝土回填。但是砂层深度不详，用挖掘机挖探坑至坝基以下4m仍不见基岩，再继续深挖很困难。由于受工地环境、交通运输及工地施工机械的限制，地基开挖量和砌石混凝土回填量均难以预测，施工进度必然受到很大影响，很显然此方案是不可行的。

（2）方案二：将整个混凝土坝段向左移动，避开砂层，使坝基全部座在基岩上。这样混凝土坝段需要左移40m，还必须将部分引水渠和尾水渠作相应的移动，以保证引水和泄水的平顺连接。由于左岸是高达30m的陡峭山脊，因此需要增加约5万m3的石方开挖量，增加投资约240万元。因施工场地和施工机械的制约，施工进度将拖延两个多月。因此该方案也是不可行的。

（3）方案三：设法调整结构布置，缩短混凝土坝段长度，由原来的80.19m减少为57.80m，并向左移动11m，这样可以避开砂层，将整个坝基座在基岩上。具体做法是：

① 把泄洪洞移到副厂房下边，其泄水孔尺寸和高程不变，保持其原有的功能和作用。

② 将鱼闸改建成鱼梯，位置移至土坝右坝头外，利用右坝头上、下游两个山凹开挖成阶梯式水槽，做成隔板式混凝土结构槽式鱼梯，鱼梯全长约500m。鱼闸结构形式的改变不仅扩大了施工作业面方便了管理，并且节省了投资。虽然增加土石方开挖量1.5万m3，但节省混凝土2500m3，计入节省启闭设备和钢闸门的费用，总共节省投资约200万元。

③副厂房结构布置：尽量减少岩石开挖量和混凝土工程量，将其垂直水流长度由原来的30.69m减少为24.77m。重新进行中控室和油、气、水设备的布置，将结构布置更加合理和紧凑。

④ 主厂房：为满足运行管理的需要，右端增加安全通道和楼梯间，其垂直水流方向长度由27m增加至33m。在增加的长度内布置了集水池、水泵房和办公室等。由于主厂房长度已达33m，考虑当地昼夜温差很大的气候条件，为了适应混凝土干缩和结构受温度变化的影响，按照规范要求，在2＃和3＃机组之间增设一道变形缝。（详见附图2）

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⑤ 引水渠和尾水渠：由于鱼闸的改建，使引水渠和尾水渠的宽度均减少10m左右，混凝土和浆砌石量减少1070m3，投资减少约64万元。

设计方案优化后混凝土坝段纵剖面图详见附图2。

设计方案变更比较详见下表：

通过以上三个方案进行优化比选，可以看出第三个方案是最优方案。该方案巧妙的调整了混凝土坝段的结构，减少了混凝土坝段的长度并适当的向左移动，避开了砂层地基，使坝基全部座在完整的基岩上。虽然土石方开挖量增加13400m3,但混凝土量减少5170m3,再计入鱼闸启闭设备和闸门的减少，总投资节省390万元。

结语

设计方案的变更得到了业主（上海外经集团有限公司）、监理方（杭州亚太电力技术有限公司）和施工方（新疆北新建设工程集团有限责任公司）的认同，一致同意第三方案为最优方案。该方案顺利通过了业主聘请的专家组的评审，也得到了蒙古国能源部的批准。目前，工程已经完工，运行良好。

[1]俄罗斯能源部国立水电勘测设计研究院编制“蒙古国都日根水电站初步设计说明书”[Z].1993.

[2]MP建设工程局地质勘察科学研究中心(НИЦИИС)“关于在ХовуЧонохарайх河建立水利发电站的现场地质勘察简要说明书”[Z].1993.乌兰巴托.研究所博士М.Мягмаржав.