溪洛渡工程规划设计历程及关键技术研究与实践

王仁坤

溪洛渡水电站是金沙江下游攀枝花至宜宾河段四级开发的第3级，位于四川省雷波县和云南省永善县相接壤的金沙江溪洛渡峡谷，是一座以发电为主，兼有防洪，此外，尚有拦沙和改善库区及坝下河段航道条件等综合利用效益的巨型水电水利工程。水库正常蓄水位600m，汛期限制水位560m，死水位540m，水库总库容126.7亿m3，防洪库容46亿m3，调节库容64.6亿m3；电站装机容量13,860MW，国内仅次于长江三峡电站，位居世界第三大水电站。

溪洛渡坝址河道顺直，谷坡陡峻，基岩裸露，呈基本对称“U”字型峡谷，河谷宽高比约2.0；坝基岩体为多期喷溢的玄武岩，整体块状结构，强度高，风化卸荷浅，河床覆盖层仅15.0m～20.0m。坝址区无较大断层和软弱岩带分布，仅玄武岩岩流层中发育有层间层内错动带等，地震基本烈度8度，是修建高坝大库和大型地下洞室群较为优越的坝址。

工程枢纽主要由拦河大坝、泄洪消能设施、引水发电建筑物等组成（见溪洛渡电站枢纽布置图）。其中拦河大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高285.5m，位居世界特高坝之列。枢纽挡水、泄水建筑物按1,000年一遇洪水设计，10,000年一遇洪水校核，相应洪水流量分别为43,700m3/s和52,300m3/s，泄洪总功率达1亿kW，为世界特高拱坝枢纽泄洪功率之最。泄洪消能设施由拱坝坝身7表孔+8中孔和水垫塘消能以及左右岸各2条泄洪洞组成。引水发电建筑物分左、右岸布置，为首部式地下发电厂房，各安装9台单机770MW水轮发电机组，分别由取水口、引水洞、主厂房、主变室、尾水调压室及尾水洞等组成，其中右岸主厂房尺寸为443.3m×31.9m×75.6m(长×宽×高，下同)，主变室尺寸为352.9m×33m×19.8m；尾水调压室尺寸为316m×95.5m×26.5m；左岸三大洞室尺寸与右岸相近。洞室群规模为地下引水发电工程世界之最。

溪洛渡电站枢纽布置图。 制图/点金设计

工程枢纽具有“窄河谷，高拱坝，巨泄量，多机组，大洞群，高边坡，高抗震”等工程特点，多项技术指标居于世界最高水平，综合技术难度最大。工程从规划选点、预可行性研究、可行性研究到招标、技施设计，针对不同阶段深度要求，开展了一系列关键技术研究论证，尤其枢纽布置及水工建筑物的设计研究，开展了多方案比较，多方法分析，多手段论证，最终提出了安全可靠、技术可行、经济合理、环境优美的工程建设方案。

一、工程规划设计历程

溪洛渡水电站的勘测设计研究工作始于20世纪50年代初的规划选点，至80年代，先后有长江水利委员会、成都勘测设计院、昆明勘测设计院、武警水电支队等单位开展了部分现场勘探和规划研究工作。

1985年12月，原水利电力部水电总局以[1985]水建字第125号文下达水利电力部成都勘测设计院（目前为中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，以下简称成都院）开展溪洛渡水电站可行性研究阶段的勘测设计工作。

1994年4月，溪洛渡水电站坝址选择报告通过审查。在选定坝址后，按照电力部[1993]567号文关于调整水电站工程设计阶段的精神，开展溪洛渡水电站预可行性研究阶段的勘测设计科研工作。

1995年11月，在国务院三峡工程建设委员会五次会议上，李鹏总理指示：“金沙江向家坝、溪洛渡水电站的前期工作要抓紧进行。在‘九五’期间完成可行性研究报告，争取在‘十五’期间开工建设其中一个电站。中国长江三峡工程开发总公司是建设这两个工程的业主。”

1996年5月，电力工业部会同四川、云南两省人民政府和中国长江三峡工程开发总公司（以下简称三峡总公司）在北京共同主持审查通过了《金沙江溪洛渡水电站的预可行性研究报告》。随后三峡总公司根据国务院三建委五次会议纪要的精神，全面组织开展溪洛渡水电站可行性研究阶段的前期工作。

1997年2月，根据国家计委办公厅计办交能［1997］118号文对溪洛渡和向家坝水电站进行综合比选的精神，三峡总公司调整了溪洛渡和向家坝水电站的可行性研究工作安排，首先进行两电站的综合比选论证工作。

1998年11月，中国国际工程咨询公司对水规总院组织编制的《金沙江第一期工程向家坝和溪洛渡水电站综合比选报告》进行了评审。

1999年6月，三峡总公司与成都院正式签订勘测设计科研委托合同，委托成都院开展溪洛渡水电站可行性研究，要求2001年底提交可行性研究报告。成都院严格按照审定的勘测设计科研大纲要求开展可行性研究论证工作，如期提交了《溪洛渡水电站可行性研究报告》。

2001年3月，全国人民代表大会通过的《国民经济和社会发展第十个五年计划纲要》明确要求“抓紧开展长江上游溪洛渡和向家坝水电站的前期论证工作”。

2002年6月，由国家计委组织对溪洛渡和向家坝水电站进行立项评估，同年10月经国务院批准立项。

《溪洛渡水电站可行性研究报告》按照枢纽工程、建设征地和移民安置规划设计、环境保护设计以及其他重要专题分别组织了审查。

2003年8月，国家发展和改革委员会在北京主持召开了《金沙江溪洛渡水电站可行性研究报告》审查会议，会议基本同意该可行性研究报告。会后，成都院按照审查意见的要求，对有关设计内容进行了复核、调整和完善，修编了建设征地和移民安置规划设计、设计概算、经济评价和综合篇等四个篇章，形成了审定本。2005年5月，水电水利规划设计总院以水电规水工［2005］0028号文印发了《金沙江溪洛渡水电站可行性研究报告（枢纽工程）审查意见》。

2003年，成都院编报了《金沙江溪洛渡水电站环境影响报告书》和《金沙江溪洛渡水电站水土保持方案报告书》。在有关单位对报告书进行技术审查后，2004年4月，水利部以水函［2004］106号对《金沙江溪洛渡水电站水土保持方案》进行了批复；2005年4月，国家环境保护总局对《金沙江溪洛渡水电站环境影响报告书》进行了批复。2005年6月，水电水利规划设计总院主持召开了《金沙江溪洛渡水电站可行性研究报告·环境保护设计》审查会议并以水电规［2005］0070号印发了“关于印发《金沙江溪洛渡水电站环境保护设计审查意见》的函”。

2004年9月，水电水利规划设计总院在北京主持召开了《金沙江溪洛渡水电站工程劳动安全与工业卫生预评价报告》审查会，并以水电规机电［2004］0044号文印发了《金沙江溪洛渡水电站工程劳动安全与工业卫生预评价报告审查意见》。

2005年11月，水电水利规划设计总院在北京主持召开了《金沙江溪洛渡水电站可行性研究阶段建设征地和移民安置规划设计报告》审查会议。2005年11月，水电水利规划设计总院以水电规库［2005］0018号文印发了《金沙江溪洛渡水电站可行性研究阶段建设征地和移民安置规划设计报告审查意见》。

本工程于2003年8月开始筹建，2005年12月，经国务院批准，溪洛渡水电站主体工程开工建设。

二、工程坝址坝线选择

工程坝址位于金沙江溪洛渡峡谷，河段长约4km，河道顺直，谷坡陡峻，基岩裸露，自上游端谷坡高度约600m，左右逐渐变低至下游端谷坡高约300m。经过现场地表地质测绘和大量洞探、钻探、现场岩土力学试验等勘探工作表明，坝址河段基岩为玄武岩，总厚度约520m，共分14个岩流层，产状平缓，总体倾下游偏左岸；无较大断层和软弱岩带切割，主要构造痕迹为发育于玄武岩各岩流层中的层间层内错动带。针对坝址河段地形地质条件，结合大坝等建筑物的枢纽布置，研究比选了上坝址、中坝址、下坝址。鉴于中坝址地层产状相对平缓仅30-50，错动带的发育程度相对较弱，玄武岩下伏铝土质粘土岩和阳性灰岩深埋河床基岩玄武岩之下约80m，发育于玄武岩12、13、14层上部的凝灰岩基本不影响中坝址各枢纽建筑物，尤其中坝址各建筑物的布置灵活，大坝坝址选定为中坝址。在选定中坝址的基础上，进一步开展了坝线比选研究。经地质条件、枢纽布置、施工条件和工程投资等技术经济比较，最终选定X线作为溪洛渡水电站混凝土拱坝坝线。

溪洛渡坝址原始河谷。 图片提供/张冲

三、枢纽布置及主要建筑物

工程枢纽主要由挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电建筑物组成。工程规模巨大，结合地形地质条件，以及水电建设技术发展，研究选择安全可靠、经济合理、技术可行、施工方便、运行灵活、环境友好、资源节约的枢纽布置方案是溪洛渡水电站设计的基本任务。从规划选点、预可行性研究到可行性研究，从坝址坝线比选，到各建筑物的布置设计，包括堆石坝、重力坝、拱坝等比选坝型的多种枢纽布置方案，进行了广泛而深入的设计分析比较，逐步逼近并遴选出最优的中坝址混凝土双曲拱坝枢纽格局。

在选定中坝址混凝土双曲拱坝枢纽格局的基础上，针对泄洪消能设施、引水发电建筑物及施工导流设施的布置研究，拟定了如下原则:

（1）工程泄洪流量大、水头高，坝址区河谷狭窄，岸坡陡峻，枢纽泄洪应“分散泄洪、分区消能，按需防护”；由坝身溢流表孔和泄洪深孔以及两岸泄洪隧洞共同担负泄洪；各泄洪建筑物的泄量分配，首先研究坝身孔口合理可行的布置方式及泄量规模，然后确定泄洪隧洞的布置型式与条数。考虑机组不参加泄洪和50%的机组参与泄洪两种工况，通过调洪演算，合理分配泄量。同时为了增强枢纽超泄能力，适当增设表孔溢流宽度；以及利用水库调蓄作用，减少枢纽下泄流量，减少消能防冲压力的布置要求；

（2）电站装机规模大，发电厂房采用地下式，分左、右岸布置，各安装9台机组；

（3）施工导流采用断流围堰、隧洞导流、基坑全年施工方案。在满足大坝和水垫塘施工的前提下，优先考虑上下游围堰和左右岸导流洞的布置；

（4）尽量利用导流洞改建为永久水工建筑物，减少工程投资；

（5）研究工程分期蓄水提前发电的可行性与措施；

（6）结合坝址地形地质条件，合理选择进、出口建筑物位置与型式，尽可能减小高边坡；

（7）合理布置各枢纽建筑物位置，避免施工及运行期的相互干扰。

根据上述原则，枢纽泄洪设施具体研究比较了“坝身两层孔口（表、深孔）＋泄洪洞”和“坝身三层孔口（表、中、深孔）＋泄洪洞”的布置格局及多种布置方案；左右岸引水发电建筑物的布置，针对主厂房位置，研究比较了首厂、中厂和尾厂方案；以及导流洞工程的布置及其导流洞与永久水工建筑物的结合利用研究，通过技术经济综合比选分析，形成了最终枢纽布置实施方案。

档水建筑物为混凝土双曲拱坝，最大坝高285.5m。泄洪设施由拱坝坝身7表孔＋8深孔和左右岸各2条有压接无压洞内龙落尾泄洪洞组成，坝后设水垫塘。左右岸地下引水发电建筑物均采用首部式开发，布置基本对称；分别由厂房进水口（左岸为露天竖井式，右岸为岸塔式），单机单管引水，主厂房、主变室和尾水调压室及尾水洞组成。其中尾水系统为“311组合”，即3台机组共用1个调压室和1条尾水洞，尾调室为长条形，每岸3个调压室成一字并行，中设隔墙；左右岸各3条尾水洞。GIS开关站布置在主变洞室内即位于主变室上部，出线竖井与地表出线场相连。

初期导流标准采用50年一遇洪水，流量为32,000m3/s。上、下游土石围堰挡水，左右岸各布置3条导流洞，其中每岸靠山里的两条导流洞与厂房尾水洞结合。坝身设6个导流底孔和4个导流中孔，作为工程后期导流并满足水库蓄水期间的连续供水需要。

参见枢纽布置三维透视图。

枢纽布置三维透视图。 制图/张冲

四、工程关键技术研究与实践

1、拱坝合理建基面的研究

溪洛渡拱坝高285.5m，承受的总水推力高达1400万吨，对基础承载能力、抗滑稳定、变形协调、整体稳定要求极高。溪洛渡坝址河谷狭窄，玄武岩地基强度高，整体块状结构，适宜300m级高拱坝建设。但坝址谷坡及河床浅表层岩体受风化卸荷影响，不可利用岩体必须挖除，以满足大坝建基要求。

通常情况下，拱坝建基面嵌入深度越大，基岩完整性越好，其承载力越高，基础安全越有保障；但随之带来的负面效应是拱跨加大，承受的库水压力增大，坝体结构和坝肩抗滑稳定的负担加重，还有可能引发基础回弹变形和高边坡稳定等问题，此外开挖过深必然导致开挖和大坝混凝土工程量增加，经济性指标变差。反之，拱坝建基面嵌入深度浅一些，开挖和大坝混凝土工程量减少，节省投资，但因风化卸荷影响基岩完整性变差，承载能力降低，基础变形量加大，对大坝的稳定运行会造成安全隐患。因此，拱坝建基面的确定受到一些相互矛盾的因素制约。如何研究确定拱坝合理建基面成为特高拱坝设计最关键的技术问题之一。

溪洛渡拱坝合理建基面的研究确定，是在查清坝址岩体风化卸荷带划分、各级岩体质量空间分布以及玄武岩层间层内错动带和节理裂隙性状及其分布的基础上，结合拱坝结构受力属性及其对基础相互作用的影响，拟定几套可能建基面嵌深方案，通过大坝结构设计，受力分析、基础稳定及整体稳定的全面分析比较，以及可选方案的整体模型试验研究，最终提出了大坝安全可靠、经济合理的建基面嵌深方案。

通过溪洛渡拱坝建基面的研究，开创性地提出了“以岩级为基础，安全为准则，分坝高区段确定特高拱坝建基面岩体等级”的原则。溪洛渡拱坝实施方案的建基面岩体等级是：上部高程建基岩体以弱风化无卸荷Ⅲ1级岩体为主，部分利用弱风化弱卸荷Ⅲ2级岩体；中部高程建基岩体为弱风化无卸荷Ⅲ1级岩体；下部高程和河床部位建基岩体为Ⅲ1级偏里岩体和微新鲜Ⅱ级岩体。

坝顶高程为610m，河床建基面高程为324.5m，两岸拱端建基面平均嵌深约43m。如此确定的拱坝建基岩体，与拱坝受水压荷载作用下的基础传力分布相协调，即上部高程基础水推力相对较少，中部高程区推力加大，至河床底部推力最大；适应基础变形协调，并较好地满足了基础抗滑稳定与拱坝整体稳定及抗震安全的要求。

基础扩挖区平面布置图。 制图/张冲

基础扩挖区立面布置图。 制图/点金设计

2、混凝土双曲拱坝体型与结构强度设计

拱坝主要是以压力拱的形式，将水压荷载传到两岸山体，并以坝-基础的联合作用，承担正常的挡水任务。拱坝为空间壳体结构，属于高次超静定约束结构，随着拱坝高度的增加，坝体应力增大，结构设计的难度增高。因此，结合坝址地形地质条件，研究适宜的拱坝体型对工程安全与经济的统一尤为重要，这就要求设计、施工技术以及筑坝材料等具有较高水平。

溪洛渡拱坝体型设计立足二滩等国内外拱坝建设技术的发展，以及现代计算机技术和试验科学的发展，开展了多种体型方案的比选研究，包括水平拱圈为椭圆拱、多心圆弧拱、抛物线形拱等体型。采用拱梁分载法分析坝体应力，基本组合时的压应力按9.0MPa控制，上下游面最大拉应力分别按1.2MPa和1.5MPa控制；同时采用有限元法、结构模型试验和整体地质力学模型试验进一步验证体型结构的合理可行性。在设计院的牵头组织下，多家高校科研单位分别采用不同的方法分析论证，最终选定了抛物线形双曲拱坝，拱坝坝顶高程610m，顶拱弧长678.65m，拱冠顶厚14m，拱冠底厚61m，拱端最大厚度64m，厚高比0.216，弧高比2.44，基本坝体混凝土量565万m3。

拱坝体形及基础置换区示意图。 制图/张冲

抛物线拱坝体形图。 制图/点金设计

通过对各种工况包括施工期的坝体应力分析，以及基础特性等参数的敏感性分析，溪洛渡拱坝应力分布良好，不仅满足设计要求，而且对基础条件具有较好的适应能力。坝身表孔、中孔，对大坝整体应力分布及拱坝整体稳定无影响，仅导致孔口附近局部应力集中；通过配筋即可满足孔口结构需要与运行可靠性。

大坝混凝土强度以C18040控制，主要用作大坝基础周边高应力区和孔口区混凝土，其余坝体部位结合应力分区采用C18035和C18030混凝土。混凝土粗骨料采用玄武岩开挖料加工制作，坝址附近开采的灰岩加工制砂。

3、河床坝段基础处理

两岸拱肩槽开挖揭示的建基岩体质量与设计勘探预期较为吻合，完全满足特高拱坝建基要求。但河床底部即360m高程以下的大坝建基面，岩体较为新鲜但错动带发育，产状平缓，总体以Ⅲ1级岩体为主，但局部出露Ⅲ2级岩体和错动带风化夹层，不可利用岩体的分布范围超出设计预期，必须开展科学处理，确保大坝建基要求与大坝工程安全。

通过现场施工地质测绘与分析，结合地基承载与抗变形能力和大坝整体安全分析，研究提出了河床基础整体适当深挖和加强固结灌浆等综合处理措施。具体包括：（1）挖出较差岩体，拓展河床坝段建基深度与范围。其中拱冠坝段深挖7.5m至建基面324.5m高程，清除错动密集带对大坝的不利影响；左右两侧缓坡区受错动带影响的风化夹层岩体进行梯步刻槽处理，扩挖后的建基面在横河向整体呈梯形状；上游沿着原建基面坝踵侧槽直接深挖；下游适当扩挖增加坝趾区传力范围，即在河床中部324.5m高程向下游扩展宽度约17m，由此渐变至两岸380m高程与原建基面衔接。（2）加强河床坝段基础固结灌浆处理，提高建基岩体均匀性和整体抗变形能力。（3）扩展河床坝段基础梁端结构，均化基础受力，增强梁端固稳能力。参见河床基础扩展开挖后的断面结构图。

河床坝段基础开挖置换区。 制图/张冲

河床基础扩展开挖后的断面结构图。 制图/张冲

4、拱坝抗滑稳定与整体稳定

溪洛渡坝址岩体发育有多条缓倾角层间层内错动带及陡倾节理裂隙，是影响坝肩基础抗滑稳定和拱坝整体稳定的关键。坝肩抗滑稳定分析以三维刚体极限平衡法为主，同时辅以三维刚体弹簧元和三维非线性有限元法，综合评判坝肩抗滑稳定。针对坝肩岩体的层间层内错动带及结构面的分布与特征等，开展了大块体、阶梯状等各种可能滑块模式的三维刚体抗滑分析，包括渗压、岩体及结构面的力学指标和结构面产状的敏感分析。对应各层间层内错动带为底滑面的可能滑块，考虑帷幕排水作用，渗压按全渗压的50%折减，应用纯摩公式计算，其安全系数均大于1.3；应用剪摩公式计算，其安全系数均大于3.5；底部高程（左岸380m高程，右岸410m高程）为底滑面的滑块为控制滑块；中上部高程因拱推力减少，安全系数富裕较大。坝肩抗滑稳定具有足够的安全保障。采用三维刚体弹簧元和三维非线性有限元法分析拱坝基础稳定，同样得出了坝肩抗滑安全可靠的结论。

拱坝整体稳定分析立足三维非线性有限元法和拱坝整体地质力学模型试验，考虑坝基不利地质缺陷的影响，研究大坝工作性态和超载能力。计算成果表明：大坝在设计工况下整体处于弹性工作状态，其应力、变形规律符合一般高拱坝的分布特征；通过地质力学模型试验超载破坏试验分析，超载至2.0P0（P0为正常荷载）大坝结构起裂；超载至4.0P0结构出现非线性变形。由此可见，大坝的整体稳定性好，具有较强的超载能力。

5、拱坝抗震

右岸缆机平台后坡锚索加固处理。 图片提供/张冲

开挖后的溪洛渡基坑。 摄影/刘鑫

坝址地震基本烈度为8度，按100年基准期超越概率2%确定抗震设防水准，相应基岩水平峰值加速度为0.321g。溪洛渡拱坝高285.5m，已超出现行水工抗震设计规范的限定，需开展专题研究论证。溪洛渡拱坝抗震设计的基本思路是：静载设计，动载复核；若不满足抗震需要，重新调整体型或研究抗震措施。溪洛渡拱坝的抗震复核，首先按照现行水工抗震设计规范要求，开展了拱梁分载法和有限元法动力反应分析以及坝肩三维刚体极限平衡法动力稳定分析，计算结果表明：坝体应力与基础稳定均满足规范规定的容许应力和抗滑安全系数的要求；仅局部区域的拉应力超限，但范围不到坝面的5%。

针对此种情况，进一步开展了考虑各种影响因素的三维非线性有限元动力分析和三维整体动力模型试验，结合高坝抗震设计要求及工程类比分析，综合评价大坝抗震能力。有限元法动力分析分别研究了输入机制（包括相差、幅差的敏感分析）、地基辐射阻尼及横缝张开对大坝动力反应的影响以及同时计入地基辐射阻尼及横缝张开等的影响；还研究了计入材料非线性和横缝张开的三维非线性有限元动力分析。动力模型试验除模拟库水、横缝外，首次模拟了大坝基础及边界阻尼影响，能够反映坝基不均匀输入。无论计算分析，还是模型试验的成果，均表明溪洛渡拱坝具有较好的抗震能力，模型动力超载至3倍设计动荷载以上，拱坝仍具有较好的整体抗震能力，仅左右拱端高程部位出现一定范围的开裂区；表明拱坝的动力极限承载能力很高。

正常蓄水位或运行低水位工况下的静动应力叠加值，都在大坝混凝土动强度所容许的范围内，拱坝横缝最大开度不超过10mm，出现在运行低水位工况。按工程类比分析，溪洛渡拱坝的动力反应值及横缝开度均小于同等规模拱坝，主要是由于河谷相对较窄所致。结合动静应力分布，合理设置拱坝混凝土分区，如拱冠中上部区，动拉应力较大，对应的混凝土采用C180d30，拱坝周边高应力区的混凝土为C180d40即可满足抗震要求。

坝身三层孔口及泄洪消能措施示意图。 制图/张冲

溪洛渡拱坝同时开展了100年基准期1%超越概率的动力加载复核分析，计算结果表明，局部应力超限值加大，范围增加，但占坝面面积仍较小，大坝仍具有较强的抗震能力。大坝浇筑过程中，针对抗震高应力区，提高了混凝土强度等级范围，并增设了坝面抗震钢筋，进一步增强了大坝抗震能力。

6、拱坝温度防裂设计与实践

拱坝共设置29条横缝，即30个坝段；不设纵缝，通仓浇筑，最大浇筑仓面超过1600m2。大坝混凝土以C180d40为例，弹性模量达45GPa，极限拉伸值为1.01×10-4，自身体积变形为-38微应变，线膨胀系数为6.5×10-6，属于典型的高弹模、低极拉混凝土，且自身体积变形呈较大收缩性，虽线膨胀系数低，但混凝土总体抗裂性能不高。加上坝址气温昼夜温差大，气温骤降现象多。大坝混凝土温控防裂问题突出；尤其河床坝段基础混凝土浇筑块长，陡坡坝段坡度大，相应部位的温控防裂更是关键。

综合大坝混凝土抗裂能力以及水文气象环境和高坝库水温度分布特征，研究提出了适宜的拱坝封拱温度；本着连续浇筑、均匀上升，浇筑块早冷却、缓慢冷却、小温差降温原则，首次提出采用两套冷却水温度系统及通水降温方式，严格实施一期冷却、中期控温和适当降温，以及二期冷却方案，加上配套的表面养护与保温措施，保持浇筑块上下左右较小温度梯度，力争避免不利温度裂缝的发生。

在实施过程中通过温度计、光纤测温等手段全面了解混凝土温度变化情况，通过数字大坝体系研究实施了人工智能通水冷却降温控温，严格遵循设计要求的控制参数，确保大坝浇筑至今没有出现任何危害大坝结构安全的温度裂缝。

7、枢纽泄洪消能

枢纽泄洪消能设施由“坝身7表孔+8深孔及坝后水垫塘消能；左右岸各2条有压接无压洞内龙落尾泄洪洞”组成，具有水头高、泄量大、河谷狭窄，泄洪功率巨大等特点。就高拱坝而言，枢纽总泄量，泄洪总功率远超世界最高水平。研究落实并协调解决好各套泄洪消能建筑物适宜的流道体型、消能方式和安全可靠的结构措施，确保枢纽泄洪安全是本工程设计研究最突出的关键技术问题之一。

坝身泄洪设施考虑坝身泄洪水流归槽及顺应下游河道行洪，将坝身孔口布置在河道中央坝段，采用“分层出流、空中碰撞、水垫塘消能”的布置形式，经多种布置方案比较及物力模型试验研究，坝身泄洪孔口布置7个表孔和8个中孔，平面上相间布置。其中表孔尺寸为7～12.5m×13.5m（宽×高，下同），溢流堰顶高程586.50m，设弧形闸门，出口为大差动挑流齿坎；中孔尺寸为8～6m×6.7m，孔底高程499.5m～501.0m，进口设平板检修闸门，孔壁设钢衬，出口孔口设弧形工作闸门，挑流齿坎出流；坝身孔口泄洪挑流水舌均匀归槽至坝下水垫塘，水垫塘长360m，末端设二道坝。坝身孔口最大泄量30902m3/s，约占枢纽总泄量的60%。通过一系列模型试验和数值模拟研究，包括常规水力学模型试验和单孔减压箱模型试验，反复研究论证了各孔口流道体型及出流消能方式。实施方案的坝身孔口具备体型设计合理，进口水流条件良好，流态稳定，在各种水位工况下，坝身泄洪水流归槽良好，且由于水垫塘水深达60～80m，水垫塘底板最大动水冲击压力不大，仅在宣泄校核洪水时测值达到15.1×9.8kPa，与二滩水平相当。坝身孔口宣泄30,000m3/s流量是可行的。

主厂房开挖。 图片提供/张冲

有压接无压洞内龙落尾型泄洪洞左右岸各2条泄洪洞的进口置于大坝与厂房进水口之间，出口位于厂房尾水洞出口下游。泄洪洞在平面上呈内弯布置，为有压接无压洞，即进口至弯段末端为圆形有压洞，有压洞口设地下弧形工作闸门室，后接无压洞，无压洞后段为龙落尾型，出口设扭曲斜切挑坎，挑流水舌直接归槽至金沙江。每岸两条泄洪洞平行布置，左右岸基本对称。泄洪洞长1483.5m～1824.5m。进口底高程545m，设平板检修闸门；工作闸门孔口尺寸为14m×12m，底高程为540.00m，出口挑坎高程425m，左右岸泄洪洞出口对称挑流，水下碰撞消能。4条泄洪洞最大总泄量为19,252m3/s，约占枢纽最大总泄量的40%。通过多年水力学模型试验研究，实施方案的泄洪洞，洞内流态稳定，水流衔接顺畅，结合龙落尾段掺气底坎和侧坎的设置，动水压强沿程分布基本正常，未出现负压，左右岸对冲出流后，与下游河道衔接良好。

水垫塘两岸受泄洪雾化影响区均采取了合理的保护及排渗措施。

8、超大型地下洞室群

溪洛渡水电站左右岸地下引水发电建筑物由并行布置的主厂房、主变室和尾水调压室以及引水道、尾水管、母线道、尾水洞、电缆出现井等洞室组成，他们空间交汇，相互联系，构成庞大洞室群。其中，每岸主厂房尺寸为443.3m×31.9m×75.6m(长×宽×高，下同)，主变室尺寸为352.9m×33m×19.8m；尾水调压室尺寸为316m×95.5m×26.5m；主厂房与主变室中心间距76m，主变室与调压室中心间距为73m。洞室群规模堪称世界水电之最。

左右岸主厂房均布置在拱坝上游约200m的库岸山体内，水平埋深300m～350m，垂直埋深450m左右。洞周围岩为玄武岩，新鲜坚硬，完整性较好，多呈块状结构；地层产状总体平缓，主要结构面为层间、层内错动带和节理裂隙；地应力以近水平向构造应力为主，最大主应力15MPa～20MPa，方向与主厂房轴线相近。围岩成洞条件和自稳能力总体较好，但因洞室规模巨大，层内层间错动带及节理裂隙容易构成顶拱、洞壁及洞室交汇区等局部不稳定块体，进而威胁围岩稳定、施工安全与洞室运行安全。

超大洞室群的围岩稳定取决于围岩条件的掌握与支护设计、开挖步序、开挖与支护程序及支护时机的把握，以及施工过程的及时反馈，动态设计，严控施工程序与管理等。溪洛渡洞室群围岩稳定与支护设计，首先从既有利于洞室群的围岩稳定，又满足施工组织设计要求，避免施工干扰出发，开展了地下厂房洞室群施工的计算机摸拟和不同的开挖步序对围岩稳定的影响分析，结合已建工程经验，确定三大洞室的开挖顺序为“主厂房和尾调室同时开挖，主变室在主厂房和尾调室上部开挖完成后再开挖”的方案。

超大型地下洞室群三维透视图。 制图/点金设计

施工中的出线竖井。 图片提供/张冲

左岸谷肩堆积体治理。 图片提供/张冲

洞室群的围岩加固遵循“以锚喷支护为主，局部钢筋混凝土衬护为辅；以系统支护为主，局部加强支护为辅，系统与随机支护相结合”的设计原则。结合数值计算分析和工程类比，确定合理的支护参数。根据厂区地质条件、初始地应力场、洞室规模、空间交汇、开挖顺序和支护参数，通过运用多种数值方法分析和洞室地质力学模型试验验证，设计提出的顶拱以锚杆支护和喷护为主，边墙和隔墙以锚索、锚杆支护和喷护为主，洞室交汇区的超前扩挖与超前支护的方案以及严格的开挖支护程序，较好地指导了现场施工，确保了洞室围堰稳定。从洞室围岩变形监测成果分析表明，溪洛渡三大洞室的围岩变形一般在2～3cm，仅局部变形约5.0cm左右，洞室稳定状况十分良好。

9、巨厚复杂覆盖层大断面竖井的设计与施工

左右岸地下厂房各布置2条出线竖井，其中有3条竖井内径为10m，1条竖井内径为11m；竖井深度左岸为488.5m，右岸为493.50m。竖井至地表均需穿越厚达120m的巨厚覆盖层。覆盖层组成复杂，自底至表，由老到新，分别为古滑坡堆积体厚约30～40m、冰水冰川堆积体厚约40～50m和上部洪积层厚约40m左右；地下水发育，汛枯水位变幅大。电缆竖井需要穿越如此巨厚覆盖层且开挖断面直径约14m～15m，在水电工程及其他矿井工程中尚无先例。如何设计？如何施工？又如何确保覆盖层竖井大断面施工的井壁稳定安全和竖井长期运行安全？这些确是溪洛渡工程建设又一个棘手的问题。

设计院在大量工程调研并收集已有矿井工程施工经验的基础上，结合本工程特点和电缆竖井运行要求，针对深厚覆盖层竖井结构的设计与施工面临的关键技术问题，开展多种施工方案和井壁衬砌结构设计方案研究，通过数值计算、模型试验研究，打破现有传统经验，创新性地提出了“井壁双衬，分期实施；初衬固稳，再衬强壁并与井内支撑结构同步施工。井口锁固，自上而下，边挖边衬并结合中空锚杆注浆，确保初衬井壁与覆盖层结合紧密”的设计和施工方案。

该方案既确保了竖井施工过程中的井壁稳定和安全；又满足了机电预埋件和设备安装的定位和精度要求。解决了水电工程在巨厚覆盖层复杂地质条件下超深竖井结构的设计与施工关键技术问题。

目前左、右岸出线竖井均已建成，通过施工期和建成后的监测资料显示，竖井整体稳定、结构安全，满足设计和运行要求。

10、谷肩巨厚覆盖层开挖边坡的治理

坝址两岸谷肩上部为堆坡积体。堆积体谷坡范围大，物质组成特殊，其中左岸自下而上为古滑坡堆积体、冰水冰川堆积物、洪积物，总厚约110～150m；右岸自下而上为冰水冰川堆积物、洪积物，总厚约60m～80m。经勘探揭示，右岸稳定较好，易于治理；左岸堆积体底部基岩地层平缓，但浅表砂岩含铝土质粘土岩、粉砂岩夹页岩，属易滑地层，且地下水丰富。左岸堆积体前缘地形起伏，临谷物质零乱，潜在浅表坡体不同程度的滑动、蠕动，直接威胁下部枢纽工程的运行安全，必须实施削坡和坡面加固处理。

鉴于溪洛渡谷坡堆积体范围大，厚度超过100多米，而且临谷，不具备缓坡大开挖条件，否则工程量巨大。如何治理，面临诸多技术难题。

设计在全面查清坡体物质组成及水环境条件的基础上，针对坡体物质属性及各种可能破坏滑移方式，开展一系列模拟分析研究，提出了分区分梯段削坡，坡面网格结构及注浆锚杆保护与灌木绿化，坡脚混凝土衬护和预应力锚索锁固，坡顶坡面排水和基岩排水洞排水孔等综合治理方案。

堆积体边坡治理于2008年完成，运行至今，监测成果表明整体稳定良好。