大藤峡水电站厂房总体设计布置

张 逍 ，尹绍清

(1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021；2.广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，广西 桂平 537200)

大藤峡水利枢纽工程位于珠江流域西江水系黔江河段的下游，坝址距桂平市彩虹桥约6.6 km，是红水河水电梯级规划中最末一个梯级[1]。大藤峡水利枢纽电站安装8台200 MW轴流转浆式水轮发电机组(型号为ZZ-LH-1040)，总装机容量1 600 MW，多年平均发电量60.55亿kW·h，保证出力366.9 MW。电站厂房为河床式布置，分左、右岸布置在泄水闸两侧，其中右岸厂房安装5台机组，左岸厂房安装3台机组，采用两岸分设布置方案，总工期最短，首台机发电最早[2]。右岸厂房总长280.06 m，左岸厂房总长198.86 m，总宽度98.85 m，最大高度88.23 m。机组运行水头变幅较大，转轮直径10.42 m，蜗壳进口最大净宽度30.2 m，最大高度16.18 m。

在结构设计上采取了多项优化措施，如大尺度蜗壳采用预应力钢筋混凝土蜗壳；右岸厂房进水口拦污栅门槽、检修门槽、工作门槽采用云车浇筑施工技术，一、二期混凝土一起浇筑；优化分层分块浇筑设计；尾水管顶板、渗漏集水井顶板、楼梯等采用预制件等，加快了施工进度，实现了厂房提前挡水、尽早发电目标，可为低水头大流量河床式电站以及其他同类工程设计提供参考和借鉴。

1 厂房建筑物总体布置

大藤峡水利枢纽电站厂房为河床式布置，根据地形地质条件、枢纽布置、施工导流、通航条件和先期发电的要求，电站厂房分左、右两岸布置在泄水闸坝段两侧。出线场布置在左岸船闸下游引航道挡墙内侧，左、右岸厂房共用一个开关站， GIS布置在左岸厂房主变上方副厂房。

图1 厂房建筑物布置示意

2 厂房布置设计

2.1 设计条件

大藤峡水利枢纽工程为Ⅰ等，工程规模为大(1)型。电站厂房为1级建筑物，按0.1%洪水设计，0.02%洪水校核；电站副厂房及开关站防洪标准按0.5%洪水设计，0.1%洪水校核。水库校核洪水位61.10 m，设计洪水位(正常蓄水位)61.00 m，汛期限制水位47.60 m，下游校核洪水尾水位46.41 m，设计洪水尾水位44.17 m，8台机发电尾水位29.98 m，最低发电尾水位22.71 m。设计最大水头37.79 m，最小水头12.91 m，额定水头25 m，单机额定引用流量890.34 m3/s。

右岸厂房坝段位于河床右侧，主机间建基高程-16.01 m，位于弱风化岩体下部，安装间建基高程20.00 m，基础以泥质岩石为主。左岸厂房坝段位于左岸Ⅰ级阶段和Ⅱ级阶地残丘，主机间建基高程-16.01 m，位于微风化岩体下部，安装间建基高程20.00 m，位于弱风化岩体下部，基础以泥质岩石为主。

2.2 厂房总体布置方案

就总体布置而言，厂房单侧集中布置紧凑合理便于管理，但受导流限制只能布置在二期，由于施工期长，厂房集中布置施工期不具备提前发电条件，电能损失较大。结合分期导流拟定左、右岸厂房集中布置及两岸分设3个方案进行厂房位置比选。

a)左岸布置方案。8台机组布置在主河床靠左侧，安装间布置在厂房两侧，右侧安装间下布置3个底孔，21孔泄水闸(3个高孔，18个低孔)布置在纵向围堰右侧，单级船闸布置在左岸。施工导流分两期，一期工程先围右岸，在左岸滩地处开挖明渠过流。进行右岸挡水坝段、泄水闸坝段施工，左岸船闸位于左岸自然高地，不需要围堰保护施工。二期利用已建泄水闸泄流，进行右岸厂房的施工。工程总工期117个月，一期工程59个月，首台机组发电工期96个月。

b)右岸布置方案。8台机组布置在右岸主河床，安装间布置在厂房两侧，左侧安装间下布置3个底孔，21孔泄水闸(3个高孔，18个低孔)布置在纵向围堰左侧河漫滩上。单级船闸布置在左岸。该方案施工导流分两期，一期工程围左岸，施工左岸船闸、泄水闸坝段，二期利用已建泄水闸泄流，进行右岸厂房坝段、挡水坝段的施工。工程总工期 117 个月， 一期工程 59 个月，首台机组发电工期 96 个月。

c)两岸分设布置方案。22孔泄水闸布置在河床中部，纵向围堰右侧为6个低孔，左侧为3个高孔和13个低孔，单级船闸布置在左岸。厂房分设两岸，左岸布置3台机组，右岸布置5台机组。施工导流分两期，一期工程先围左岸，利用右岸主河床过流，进行泄水闸、船闸、左岸厂房的施工；二期工程围右岸，利用一期建成的泄水闸及二期围堰挡水发电及泄流，进行右岸厂房、右岸泄水闸的施工。总工期108个月，一期工程59个月，首台机组发电工期 62 个月。

经综合比选最终选定两岸厂房布置方案。该种布置方案施工总工期最短，首台机组发电最早。

2.3 厂房主要尺寸

标准机组段长40.60 m，边机组段长44.54 m。机组段顺水流向总宽度98.85 m，其中进水口段31.20 m，主机室段33.90 m，尾水段33.75 m。

机组安装高程为19.40 m，建基面高程-17.51 m。水轮机层高程29.00 m，发电机层高程38.00 m，桥机轨顶高程63.08 m，屋顶高程70.72 m，厂房进水口顶部高程64.00 m，与坝顶同高。尾水平台高程49.50 m。厂房最大高度为88.23 m。

安装间段顺水流向总宽度78.35 m其中上游挡水坝体段31.2 m，安装间段33.90 m，下游副厂房段13.25 m。安装间长度按满足一台机组发电机转子、定子、推力轴承支架和水轮机转轮、顶盖等的安装检修要求，确定安装间长度为73.04 m。

每台机进水口内布置2个中墩，将进水口分为3孔，分别设有3扇拦污栅、3孔检修闸门和3孔事故闸门。发电进水口底板前端高程11.24 m，底板坡比1∶4，底板末端高程5.84 m，与蜗壳进口底板顶高程相同。发电进水口顶板采用逐渐收缩的喇叭型布置方式，与混凝土蜗壳进口顶板平顺连接。拦污栅孔口尺寸为8.07 m×35.99 m(宽×高)，最大栅前流速为1.0 m/s，检修闸门孔口尺寸8.07 m×22.48 m(宽×高)，事故闸门孔口尺寸8.07 m×17.55 m(宽×高)，闸门采用后止水方式，在事故门下游侧的挡水胸墙内设置补气孔。

2.4 厂房布置

2.4.1机组段布置

进水口段宽31.20 m，布置有拦污栅、检修闸门和事故闸门。顶部上游侧为交通桥，下游侧布置1台2×3 200 kN双向门机，门机上游侧设置回转吊，用于电站进口拦污栅的启闭、清污抓斗的操作以及坝面上零星物品的转运。

主机室段净宽33.90 m，屋顶为钢结构。左、右岸厂内各布置2台300/50 t桥机，用于机组的安装和检修。

尾水段宽33.75 m，尾水平台上游侧布置有主变压器，下游侧布置1台2×630 kN单向尾水门机，中间为交通道路。

左岸厂房尾水副厂房共有九层布置：20.00 m层布置有技术供水泵室；24.50 m层布置有技术供水泵和消防供水泵，以及机坑进人洞；29.00 m层与水轮机层同层，布置极端设备室和电缆桥架夹层；33.55 m层布置极端设备室和高压常用变压器室；38.00 m层与发电机层同层，布置有GCB设备室和高压厂用电装置室；44.00 m层为电缆夹层；49.50 m层与尾水平台同高程，布置有主变压器；60.80 m层布置有220 kV配电装置室和电缆夹层；67.70 m层布置GIS设备室。

右岸厂房尾水副厂房49.50 m高程以上分二层布置，49.50 m层布置有主变压器； 60.80 m层布置有220 kV配电装置室和电缆夹层。

图2 右岸厂房横剖面(m)

图3 左岸厂房横剖面(m)

2.4.2安装间段布置

安装间上游侧挡水坝坝顶高程为64.00 m，考虑坝顶交通与相邻坝段的相接以及门机运行轨道的连续性，挡水坝宽度与发电进水口相同为31.2 m，坝体内布置有备用拦污栅门槽、闸门库和设备房间。

安装间下部布置两层，22.00 m层布置有检修及渗漏排水泵室、风机室等；29.00 m层与水轮机层同层，布置有中压空压机室、低压空压机室、油罐室及风机室等。渗漏集水井布置在安装间下部靠近主机间侧。

卸货平台下部布置两层，38.00 m层布置有风机房和工具间等；43.40 m层布置有排风机房和设备房间。

左岸厂房副厂房共有7层，38.00 m层与安装间同层，布置高压厂用电配电装置室； 44.00 m层布置自动化仪表实验室、蓄电池室、继电保护实验室等；49.50 m层布置继电保护室、火警及安防值班室、计算机室等；55.30 m层布置中控室、通信机房和卫生间等；60.80 m层为电缆夹层； 67.80 m层布置继电保护室和通讯机房等；73.20 m层布置蓄电池室、水箱间等。

右岸厂房副厂房49.50 m高程以上分2层布置，54.90 m层布置办公室、通信机房和卫生间等；60.80 m层为电缆夹层。

图4 右岸2号安装间横剖面(m)

图5 左岸3号安装间横剖面(m)

2.4.3分缝与止水布置

为适应温度变化和基础约束，在主机间各机组段之间、主机间与安装间之间、安装间坝段中间设置永久变形缝，同时在基础底高程相差较大的安装间与下游副厂房之间设置有沉降缝。结构缝缝宽20 mm，缝间填充轻质聚合材料。

河床式厂房为满足挡水要求在机组段进水口及安装间挡水坝体结构缝中设置两道竖向止水埋入基岩50 cm。为防止外水通过永久变形缝进入厂房，在副厂房外围及水轮机层下方设置两道止水并与上游竖向止水相连形成封闭系统。下游侧止水采用开放式布置，即下游止水不深入岩基。

3 厂房拦沙、拦漂排设计

右岸厂房布置在主河床深槽处，水流条件较为顺畅。为防止河道中推移质进入流道磨损水轮机转轮，在厂房上游侧设有拦沙坎，拦沙坎与坝轴线夹角为20°。拦沙坎顶高程28.00 m，顶宽2 m，迎水侧铅直，背水侧上部坡比为1.0∶0.4、下部坡比为1.0∶0.6，与上游导墙平顺相接。为满足充水拦沙坎挡墙内外平压，在挡墙上设置充水孔。

右岸厂房进水口前沿设置拦漂排。拦漂排上游锚墩布置在坝轴线上游约320 m处的右岸岸边坡上，下游锚墩布置于右岸厂坝导墙上，拦漂排长390 m，与主河床主流方向夹角70°。

左岸厂房进水口前也设置拦漂排，拦漂排上游锚墩位于进水前池上游，距坝轴线296 m，下游锚墩布置于左岸厂坝导墙上，拦漂排长270 m，与河床主流方向夹角9.6°。

4 GIS设备和出线场布置

GIS室与出线场分体布置，GIS室布置在左岸尾水平台主变压器上方67.70 m高程副厂房内，GIS室长度与左岸厂房主机间长度相同，宽度与尾水副厂房宽度相同，占地面积126 m×15.8 m；出线场布置在船闸下游引航道右侧挡墙内侧，出线场距坝轴线482.0m，地面高程49.50 m，占地面积88 m×54.7 m，电缆自左岸安装间下部引出，沿厂区电缆廊道引向出线场。

GIS室靠近主厂房，工作人员巡视便利，出线场面积相对减小，布置相对灵活； GIS配电装置室布置有GIS断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器及汇控柜等，室内设有1台5 t吊车，可满足GIS配电装置安装和断路器检修需要。

5 主要结构设计及优化

5.1 大尺度预应力混凝土蜗壳设计

大藤峡水电站为低水头大流量河床式电站，运行水头变幅较大，转轮直径10.42 m，蜗壳型式为混凝土蜗壳。蜗壳断面为倒直角梯形，由进水口流道顺时针方向绕导叶断面尺寸依次减小，进口最大净宽度30.2 m，最大高度16.18 m，蜗壳侧墙厚度为5.2 m。蜗壳进口底高程5.84 m，顶高程22.02 m，导叶中心线(安装高程)为19.40 m。

经研究综合分析比较，厂房采用预应力钢筋混凝土蜗壳，采用蜗壳左侧墙外侧布设竖向预应力锚索的设计方案，锚索采用扩大内锚固段结构形式。该方案有效解决了常规大尺寸混凝土蜗壳设计难题，降低了因大量配置钢筋所导致的混凝土施工难度，保证了蜗壳混凝土的浇筑质量，实现了增加配筋量无法实现的良好效果；预应力锚索的布置使蜗壳混凝土应力显著下降，有效抑制极端工况下蜗壳侧墙外侧混凝土开裂，对大尺寸蜗壳结构设计中涉及的关键技术问题有重大意义，为工程施工的保质保量进行做出了贡献。

5.2 厂房设计优化

右岸厂房进水口拦污栅门槽、检修门槽、工作门槽混凝土浇筑引进云车等新工艺，一、二期混凝土一起浇筑，大幅提高施工效率、降低安全风险，节约直线工期超两个月。

厂房坝段顺水流向依次为进水口段、主机室段、尾水段3部分，对应厂房结构混凝土浇筑分层分块设计中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区；由于主机室段结构复杂，机电埋件多，施工干扰大，进水口段、主机室段、尾水段3部分同步上升难度较大。厂房结构混凝土浇筑分层分块设计中，为保证厂房结构的整体性，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区之间、每个区左右块之间采用错缝搭接。为加快Ⅰ、Ⅲ区浇筑进度，使厂房能够早日具备挡水条件，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区在以错缝方式浇筑到一定高程后，采用直缝、宽槽结构将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区分开，使Ⅰ、Ⅲ区浇筑不受Ⅱ区浇筑的制约。

为加快施工进度，尽早实现厂房发电，厂房渗漏集水井顶板采用预制板作模板、楼梯采用预制吊装、尾水管采用倒T型梁等结构优化设计。

5.3 厂房三维设计

对大藤峡右岸厂房进行BIM建模设计，模型建立完成后，进行多项应用，包括：巡游浏览，直观展现大藤峡右岸厂房结构布置；工程量统计，按部位、材料等快速准确计算工程量，有效节省复杂结构工程量计算时间；三维CAE集成技术应用，实现了三维建模软件与CAE分析软件之间模型共享，可将三维模型轻松导入CAE分析软件，进行静、动力计算，为配筋提供依据；施工图绘制，配筋软件能有效减少设计人员施工图绘制的重复性、机械性，提高效率；碰撞检查，避免各专业之间管路出现交叉、碰撞等问题，提高设计质量。

图6 右岸厂房三维轴测视

6 结语

大藤峡水利枢纽主体工程于2015 年9开工建设，首台机组已于2020年4月发电投入商业运行。发电厂房为河床式，采用两岸分设布置方案，总工期最短，首台机发电最早。厂房设备布置简洁、紧凑，结构布置合理。在结构设计上采取了多项优化措施，如进水口拦污栅门槽、检修门槽、工作门槽采用云车浇筑施工技术、优化分层分块浇筑设计、采用预应力钢筋混凝土蜗壳等，解决了多项技术难题，取得了显著的经济效益和社会效益，可为低水头大流量河床式电站以及其他同类工程设计提供参考和借鉴。