金汉拉扎水电站首部枢纽设计

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金汉拉扎水电站位于云南省迪庆州香格里拉县东部的洛吉乡境内，是尼汝河梯级开发的第2级，以发电为主，为高水头引水式电站，最大水头420 m，主要建筑物由首部枢纽、引水系统及发电厂房三大部分组成。坝址位于尼汝河金汉拉扎附近，下距尼汝河第一大支流洛吉河河口约12 km。引水系统及发电厂房均位于尼汝河右岸，引水隧洞长8.93 km。坝址控制流域面积457.1 km2，多年平均流量为11.6 m3/s，正常蓄水位2 325 m，最大坝高22 m，装机容量为2×29 MW，多年平均发电量为2.65亿kW·h。

1 工程概况

根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180—2003)，该工程为三等中型工程，挡水建筑物、引水系统及电站厂房等主要建筑物为3级。混凝土闸坝50 a一遇设计洪水流量255 m3/s，500 a一遇校核洪水流量448 m3/s。

1.1 水文气象及泥沙条件

尼汝河位于低纬度高原横断山脉中部，流域内地势高低悬殊，立体气候极为明显，四周分水岭终年积雪不化。流域上游属高寒山区气候，下游属中暖和低热气候。受大气环流形势及地形的影响，具有干湿季节分明，低纬度高原季风气候特点。多年平均气温为5.9℃，极端最高气温25.6℃，极端最低气温-27.4℃；多年平均降水量为636.5 mm，降水量年内分配亦不均匀，6～9月约占年降水总量的73.6%；多年平均风速为2.3 m/s，最大风速为22.0 m/s，多年平均日照为2 155.9 h，多年平均蒸发量为1 670.6 mm，多年平均湿度为70%。

坝址处多年平均输沙量为2.32万t，其中多年平均悬移质输沙量为2.02万t，多年平均含沙量0.055 kg/m3。

1.2 工程地质条件

(1) 区域地质与地震。尼汝河流域属滇西山地峡谷区中的丽江山原湖盆亚区地貌单元，地处横断山脉高山峡谷与云南高原接壤地带。工程区位于松潘-甘孜褶皱系中甸褶皱带和扬子准地台丽江台缘褶皱带接壤部位，属基本稳定区。主要区域性活动断裂位于工程区西南侧，距工程区较远，因此整个工程区属基本稳定区。工程区根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)，坝址区50 a超越10%地震动峰值加速度为0.1 g，对应的地震基本烈度为Ⅶ度。

(2) 首部枢纽地质条件。 坝址区属深切割高山峡谷地形，河道较狭窄，水流湍急，两岸无冲沟发育。坝址区出露的基岩为华力西期侵入辉绿岩体，第四系覆盖层主要为冲积、崩冲积、崩坡积和冰川堆积。首部枢纽大部分地基上部11～14.5 m为砂砾卵石夹漂石、碎块石，下部20～22 m为漂石含砂砾卵石夹一层厚约5 m的碎石混合土；下伏基岩为辉绿岩，微新状态，构造裂隙较发育或不发育。

2 首部枢纽设计

首部枢纽挡水建筑物从左到右依次为混凝土溢流坝、冲沙闸和右岸连接段等，上游布置铺盖、取水槽和进水塔，下游布置消力池和海漫，溢流坝右岸墩墙内设生态供水管。拦河坝坝顶总长91.15 m，最大坝高22 m。该工程采取开敞式和闸控相结合的方式，满足泄洪及冲沙要求。泄洪、冲沙建筑物由宽46 m的开敞式溢流堰及孔口5 m×4 m(宽×高)的冲沙闸组成。下游消能建筑物采用底流消能型式。

(1) 混凝土溢流坝的设计。混凝土溢流坝段长62.5 m，分为4个坝段，溢流前缘长46 m，堰顶高程2 325 m。堰顶采用WES堰面曲线，上游坝坡1∶1，下游与1∶0.8的直线段相切，直线段下部与半径7.5 m的反弧段相切，后与下游护坦相接。为更好地适应地形，减少开挖，并与下游护坦很好地衔接，将溢流坝底部设计为折坡型式。溢流坝底部上游设宽6.3 m齿墙，墙底高程2 305 m，齿墙底部接防渗墙；下游齿墙宽11.5 m，墙底高程2 303.5 m；中间水平段坝底高程2 306 m，中间水平段和上下游齿墙段分别通过1∶2坡相接。

对坝体混凝土进行分区设计，溢流坝底部和上游迎水面采用C25混凝土，内部采用C15混凝土，溢流面采用厚1 m的C35混凝土。

(2) 冲沙闸的设计。冲沙闸为胸墙式平底闸，左接混凝土溢流坝段，右接右岸连接坝段。冲沙闸总宽13.3 m，顺流向长25 m，左侧闸墩厚2 m。为减小冲沙闸尺寸，充分利用右侧回填土重来增加抗滑稳定性，右侧闸墩设计为变截面型式，顶宽2 m，以1∶0.3坡接高程2 315 m处的承台。冲沙孔进水口底高程1 896 m，设工作门和事故门，均采用平板钢闸门控制。工作门和事故门共用一道胸墙，事故门采用后止水与胸墙连接，工作门与胸墙间采用前止水。胸墙在高程2 317.51 m以上厚1 m，门顶附近厚3 m。孔顶采用椭圆曲线，后接1∶6的直线段。闸顶高程2 328 m，底板顶部高程2 310 m，底板厚2.5 m。上下游均设齿墙，齿墙深1 m。上游齿墙宽2.8 m，底部接防渗墙，下游齿墙宽1.5 m。

(3) 引水、防沙和冲沙设计。金汉拉扎水电站为高水头引水式电站，水轮机对泥沙含量及粒径要求较高。为有效解决悬移质过机泥沙和节省工程投资，电站可不设沉沙池，设计中采用以库代池方案，采取导、拦、沉、冲相结合的工程措施。为保持原河道走势和泄流冲沙顺畅，溢流坝及冲沙闸等主要建筑物布置在主河床上，电站进水口布置在冲沙闸右岸上游，进水口和冲沙闸之间用圆弧段挡墙连接，进水口和溢流堰之间设置隔墙，进水口底板顶部高程2 312 m，冲沙闸底板顶部高程2 310 m，形成2 m高拦沙坎，将沉积在进水口的泥沙通过冲沙闸排向下游，形成正面泄洪、排沙，侧面引水的枢纽布置格局。

(4) 右岸连接段的设计 。冲沙闸与右岸山体之间连接段长约15 m，若采用混凝土非溢流坝段，则会增加山体开挖及混凝土工程量。通过分析比较，在该连接段浇筑厚1 m的混凝土板，混凝土板上下游侧利用开挖料回填，分层浇筑、及时回填，形成类似于土石坝心墙的混凝土刺墙。对混凝土板底部与下部混凝土防渗墙，通过扩大断面的踵板连接。为使混凝土板更好地适应上下游侧回填土沉降的压缩变形，对混凝土板进行分缝分块处理，设置水平缝和竖直缝，缝间设厚为2 cm的泡沫板。

(5) 基础处理及防渗设计。溢流坝及冲沙闸基础位于第四系覆盖层上，若将该覆盖层全部挖除，工程量太大。由于首部枢纽建筑物不高，覆盖层承载力可以满足建筑物要求，只需清除表层的根系土或地表杂物，平整碾压密实后即可以充分利用，对局部实施固结灌浆或置换处理。

防渗设计以“上堵下排”为原则，由铺盖、垂直防渗体、齿墙和止水等组成。溢流坝上游设长6 m、厚1 m的钢筋混凝土防渗铺盖，其顶部高程2 307.5 m。垂直防渗体采用混凝土防渗墙+帷幕灌浆型式，防渗墙厚0.6 m，深入弱风化基岩1 m，顶部嵌入上部建筑物齿墙内40 cm，顶部现浇厚20 cm的混凝土，设置紫铜止水片并填以麻丝沥青。帷幕灌浆深入5 Lu以下。

刺墙分缝设紫铜止水片，刺墙与右岸山坡间设置混凝土止水梗。止水梗呈梯形断面，顶部宽1 m，底部宽1.4 m，厚50 cm，与岩体通过锚杆锚固，与刺墙间设紫铜止水片。

3 结 语

金汉拉扎水电站首部枢纽采用开敞式溢流堰和闸控相结合的泄洪方式，形成正面泄洪、排沙，侧面引水的枢纽布置格局；采取导、拦、沉、冲相结合的工程措施，较好地解决了引水冲沙问题。该首部枢纽布置能充分适应地形地质条件，建筑物结构型式简单、布置合理、技术可靠且安全经济，可为山区河流引水式电站首部枢纽布置提供参考。