格里橋水電站工程關鍵技術研究

肖志愿，徐　林，姚元成，羅洪波，曾樹元

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550081)

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格里橋水電站工程關鍵技術研究

肖志愿，徐林，姚元成，羅洪波，曾樹元

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司,貴州 貴陽 550081)

摘要：格里橋水電站地處貴州高原中部高山峽谷巖溶地區(qū)，樞紐區(qū)水文地質和工程地質條件十分復雜，工程建設過程中克服了諸多難題。工程布置充分利用了工程區(qū)特點，建筑物布置緊湊，方便施工期和運行期管理?？朔霜M窄場地施工布置的困難，對峽谷地區(qū)大流量泄洪問題，大壩右岸Dr2危巖體與壩體協(xié)調處理問題，大壩防滲帷幕強巖溶問題，邊坡穩(wěn)定及治理問題，峽谷地區(qū)碾壓混凝土筑壩問題等關鍵技術進行了專門的研究，取得了很好的效果，確保了工程如期蓄水發(fā)電投產。

關鍵詞：工程布置；樞紐建筑物設計；Dr2危巖體；邊坡；峽谷筑壩；溶蝕處理

格里橋水電站勘測設計于2004年7月正式開始，于2010年3月兩臺機組全部發(fā)電投產，歷時共5年8個月，其中主體工程建設歷時約4年。

工程設計和施工過程中，克服了復雜的地形地質條件對工程設計和施工帶來的諸多難題，順利實現(xiàn)了預期目標。同時，通過對各技術難題的深入研究、探討、論證，也取得了頗為豐富的成果，為類似的工程技術問題的解決提供了具有實踐經驗的參考例證。

1　工程概述

格里橋水電站位于貴州省貴陽市開陽縣與黔南州甕安縣交界的清水河干流上，工程屬三等中型工程，工程任務是以發(fā)電為主。水庫正常蓄水位719.00 m，對應庫容6 953萬m3，為日調節(jié)水庫，電站總裝機容量150 MW(2×75 MW)，保證出力25.5 MW，多年平均發(fā)電量5.08億kW·h，年利用小時為3 387 h。

2　自然條件

清水河干流全長217.3 km，天然落差800 m，河道平均比降3.7‰。流域屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，氣溫和降水四季變化明顯，多年平均氣溫12.8℃。

壩址河谷為狹窄的“U”型谷，巖層產狀N10°～20°W，NE∠30°～35°，巖層總體傾上游偏右岸。壩址出露地層為二疊系吳家坪組第三段(P2w3)、長興組(P2c)、大隆組(P2d)，三疊系大冶組第一段(T1d1)、大冶組第二段(T1d2)、大冶組第三段(T1d3)及安順組(T1a)，持力層巖體質量總體為中硬巖，局部軟弱帶經適當?shù)墓こ檀胧┨幚砗鬂M足基礎承載力要求。其中T1d3和T1a巖溶較為發(fā)育。第四系覆蓋層主要為河流沖積層及崩塌堆積層，厚度8 m～72 m。壩址區(qū)卸荷裂隙發(fā)育，且主要以順河向或小角度相交及垂直河向為主。左岸發(fā)育有Dr1危巖體，右岸發(fā)育有Dr2危巖體，是建筑物布置和工程處理措施重點考慮的地質問題。

發(fā)電廠房基礎地層巖性為大冶組(T1d)、長興-大隆組(P2c+d)、吳家坪組(P2w3)，基礎巖性屬中硬巖，滿足承載力要求，且屬單斜地層，傾向上游偏右岸，巖層產狀N10°W，NE∠35°；廠區(qū)覆蓋層廣布，厚度可達70 m，是廠區(qū)布置的重要影響因素。

3　樞紐布置

結合本工程的地質地形條件，經多方案論證，最終的樞紐布置由混凝土重力壩、壩身溢流表孔、左岸發(fā)電引水系統(tǒng)和地面廠房組成。擋水大壩、泄洪建筑物為2級建筑物。按100 a一遇洪水設計，1 000 a一遇洪水校核；引水系統(tǒng)與發(fā)電廠房按50 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核。見圖1。

① 碾壓混凝土壩；② 大壩上游圍堰；③ 大壩下游圍堰；④ 導流洞；⑤ 帷幕灌漿軸線；⑥ 進水口；⑦ 引水隧洞；⑧ 上壩交通洞(2#交通洞)；⑨ 地面發(fā)電廠房；⑩ 2#公路；混凝土拌和系統(tǒng)；混凝土拌和系統(tǒng)后邊坡；廠房上游覆蓋層邊坡；廠房巖質邊坡；排水洞；進廠公路

圖1樞紐布置圖

大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高124.00 m，壩頂高程724.00 m，壩底高程600.00 m，壩頂寬8.00 m，壩底最大寬度為97.10 m，大壩壩軸線長度為107.42 m。壩身泄洪建筑物布置在主河床上，由3個表孔組成，孔口尺寸為12 m×17 m(寬×高)，堰頂高程為702.00 m，最大下泄流量為7 043 m3/s，采用差動式挑坎挑流消能方式。

引水系統(tǒng)布置于樞紐的左岸，由進水口、引水隧洞和壓力鋼管等部分組成。線路總長682.87 m(2#機)。引水隧洞斷面為圓形，上平段、斜井段內徑9.6 m，壓力鋼管主管段內徑為6.9 m，支管段內徑為4.5 m。

現(xiàn)有文獻中，Sarkar曾提出企業(yè)環(huán)境行為是企業(yè)為了平衡環(huán)境和經濟效益而推行的一系列戰(zhàn)略措施,其目的可能是響應來自外界的壓力,或是主動減輕企業(yè)經營生產對社會環(huán)境造成的危害。[2]在此之后,學者們又將企業(yè)環(huán)境行為的內涵逐漸細化至具體方向及措施。學者王宇露指出企業(yè)為響應環(huán)境問題而采取的綠色行為包括處置廢棄物、降低能源消耗、采購生態(tài)友好型產品等。[3]結合國內外學者的觀點，企業(yè)環(huán)境行為就是企業(yè)在其生產經營中對環(huán)境造成影響的行為，同時為挽救這些負面影響所采取的一系列措施以及為平衡企業(yè)經濟利益與社會環(huán)境效益而施行的決策。

發(fā)電廠房位于清水河的左岸大壩下游約500 m處，廠區(qū)樞紐主要由主廠房、上游副廠房(GIS開關站)、尾水建筑物等組成。電站裝機2臺75 MW混流式水輪發(fā)電機組。

防滲帷幕分二期，其中左岸第一期穿過F6斷層，第二期接大治組隔水層T1d1；右岸第一期接地下水，第二期接大治組隔水層T1d1；河床壩基防滲底界按0.5倍壩高考慮?？偡罎B面積一期約15.1萬m2，二期3.9萬m2。共分603 m、650 m、724 m三層實施。

受右岸對外交通制約，主要臨時建筑物和施工輔企均布置在清水河左岸，包括導流洞、1#施工支洞、2#施工支洞(上壩交通洞)、混凝土系統(tǒng)，渣場位于馬路河匯合口段。

4　工程難點及關鍵技術運用

(1)工程區(qū)山高谷深，場地狹窄，施工布置及大壩施工條件差[1-3]

工程區(qū)為典型的高山峽谷地形，兩岸均為陡峻山體，左岸下游為馬路河匯入口，地形相對寬緩，結合地形地質特點，將大壩布置在峽谷出口上游，廠房及施工輔企布置在左岸下游，導流洞及主要施工輔助設施、交通布置在左岸，由于場地局限，施工布置較為分散。

大壩兩岸為近乎垂直的陡峻邊坡，卸荷裂隙發(fā)育，為典型的窄深峽谷，開挖邊坡高度兩岸均達到200 m，施工期邊坡處理難度大，且兩岸均無直接到達壩肩開挖面的交通道路，開挖工作面狹窄，出渣困難，施工條件極其艱苦。通過采取壩頂纜機連接左、右岸施工交通、開挖設備轉運、至上而下分層施工以及加強施工組織管理等措施，解決了左右岸的開挖、預應力錨索等施工難題。利用上、下游斷水圍堰形成的基坑作為兩岸壩肩開挖出渣轉運場地，由下基坑公路將開挖棄渣運至馬路河渣場。

壩址河段為“U”型峽谷河段，枯水期河谷寬度僅約60 m，正常蓄水位時水面僅寬82 m。根據大壩布置情況，碾壓混凝土大壩最大壩高124 m，壩軸線長度107.42 m，大壩混凝土碾壓施工倉面狹窄，且受導流中孔制約，倉面設備中轉、混凝土入倉、碾壓施工、基礎處理等均較困難。主要采取的措施為在壩頂施工平臺設受料倉，通過豎直溜管入倉，采用壩頂纜機進行倉面設備轉運等措施確保了碾壓混凝土施工質量和施工進度。

為方便大壩碾壓混凝土施工和基礎處理施工，在615 m高程增設了灌漿廊道，以進行603 m～615 m高程之間的固結灌漿施工，615 m以上固結灌漿采取無蓋重灌漿的方式，方便了碾壓混凝土施工，避免了岸坡固結灌漿對大壩施工的干擾，取得了顯著的成效。

(2)深窄峽谷條件下大壩及泄洪消能建筑物的布置

本工程具有洪水峰高量大、河谷深窄，河床覆蓋層深厚的特點，泄洪建筑物布置及下游消能難度大。泄洪建筑物需滿足宣泄1 000 a一遇7 650 m3/s洪水的要求。經水工模型試驗驗證，泄洪系統(tǒng)采用3表孔布置方式，表孔尺寸為12 m×17 m(寬×高)，前緣凈寬為50 m。消能工采用挑流消能，挑坎尾部設小差動坎，適當拉長水舌入水長度減小沖坑深度，并將兩側導墻適當束窄使水流歸槽，避免了泄洪出流對兩岸邊坡的直接沖刷，特別是對右岸Dr2危巖體的影響降低到最小，見圖2。實際運行情況表明，下游沖坑深度較淺，不會危及大壩安全，不會使沖積物堆至廠房尾水渠，不會對下游邊坡造成影響，經受了工程蓄水以來多次泄洪考驗。格里橋水電站泄洪消能建筑物結構設計簡單、經濟、可靠，是適用于本工程條件的消能方式，對其他類似深窄峽谷地區(qū)工程的消能工設計具有較強的參考價值。

(3)Dr2危巖體處理與壩體結構協(xié)調布置[4-5]

Dr2危巖體位于大壩右岸下游約40 m處，總方量約3.2萬m3，分布高程620 m～750 m，寬60 m，厚3 m～8 m，平均厚約5 m，危巖體亦沿近河向卸荷裂隙發(fā)育，上游方向沿卸荷裂隙張開成縫，危巖體具有厚度薄，分布高程高，裂隙發(fā)育，巖體破碎等特點。若采取挖除處理，將形成約350 m高的永久邊坡，施工工期較長，投資較大，難度和安全風險較大；經大量的分析論證，采用將右岸非溢流壩段壩基長度由72 m縮短為40 m，同時將右岸非溢流壩段壩軸線向上游旋轉30°，壩體和Dr2危巖體之間設置永久彈性縫，確保壩體不向危巖體傳遞荷載，增大壩基側向法向力和側向抗滑作用，滿足了壩體穩(wěn)定應力要求，見圖3，因此僅針對Dr2危巖體的自身穩(wěn)定進行了表面支護處理，降低施工難度和工程投資；主要措施是布置83根1 000 kN級預應力錨索錨固的方式進行危巖體處理，其中662 m高程以下間排距6 m×6 m，以上間排距9 m×9 m，此外還輔以φ32 mm，L=9 m和φ25 mm，L=4.5 m錨桿以及φ50 mm排水孔(穿過危巖體邊界)等綜合措施分淺表層和整體進行處理，以確保危巖體的穩(wěn)定。監(jiān)測數(shù)據顯示，Dr2危巖體和壩體處于正常運行狀態(tài)。

(4)右岸帷幕溶蝕處理[6-7]

右岸出露大冶組及安順組地層，巖性為薄層至厚層白云巖、灰質白云巖、白云質灰?guī)r、角礫狀白云巖、角礫狀灰?guī)r及灰?guī)r，為可溶巖地層，根據隧洞開挖、物探檢測、帷幕鉆灌情況，防滲地質條件極其復雜，巖溶強發(fā)育，且發(fā)育有S101大型巖溶管道。根據施工灌情況和物探檢測成果，對巖體破碎、巖溶發(fā)育部位防滲帷幕按雙排孔布置，孔距2.5 m。

圖2溢流壩典型剖面圖

圖34#壩段簡圖(平切圖)

S101大型巖溶管道穿過帷幕線，通過連通試驗、物探測試、開挖追蹤等方法，探明溶洞從高到低兩次穿過帷幕，溶洞在頂層灌漿隧洞下部由下游向上游第一次穿過帷幕，后折返向下游，在650 m高程灌漿隧洞下部5 m深處再次穿過帷幕，并在Dr2危巖體下部河床邊出露。最終選定采取“上引中堵下排”的綜合處理措施：① 在724 m高程揭露溶洞處埋置一根Φ400 mm鋼管引溶洞水至上游庫區(qū)，通過引排的方式防止水頭過高擊穿帷幕。② 在650 m高層灌漿隧洞采用級配料、模袋灌漿、水泥穩(wěn)定漿液灌漿、膏漿灌漿、孔內內置鋼筋等措施，在溶洞內形成長15 m的堵頭。③ 在Dr2危巖體下部溶洞出露部位，在護坡混凝土內預埋一根Φ300鋼管進行排水。蓄水后的監(jiān)測表明，右岸幕后滲壓處于正常狀態(tài)，溶洞處理效果可靠，見圖4。

圖4溶洞處理示意圖

在對右岸溶蝕處理時，針對各部位不同情況采取了不同的措施。對于吸漿量大的部位有選擇的采取灌注砂漿或膏漿，并根據不同的部位不同的巖溶發(fā)育情況調整灌漿壓力或采取逐步加壓的方式，必要時采取控制單段注漿量，輔以待凝、閉漿等措施，直至滿足1 Lu～3 Lu的透水率要求。對于650 m高程下部溶洞，首先引排上游溶洞來水，之后再進行溶洞封堵施工，封堵體施工采取按先兩端后中間，逐步加密的原則，灌漿材料采取先膏漿堵漏后采用純水泥漿加密加強的方式。

(5)廠房邊坡處理[8]

廠房區(qū)上游側陡壁一帶為基巖斜向、逆向陡壁，下游側馬路小河右岸一帶為基巖逆向坡，基巖主要出露在廠區(qū)上、下游地帶，廠房區(qū)坡面大部分為覆蓋層所覆蓋，其中崩塌堆積體覆蓋了斜坡大部分坡面，坡積、殘坡積層主要在邊坡區(qū)靠馬路小河一側T1d1、P2c、P2w3地層所在的平緩邊坡區(qū)覆蓋層底部，早期河流沖積層(相當于III級階地高程)主要分布于中部凹槽一帶，不連續(xù)。

廠房上游側分布有覆蓋層邊坡，分布區(qū)域為廠房上游側陡壁至下游馬路河邊。其中廠房上游側邊坡高度約100 m，最深處達到70 m以上。在廠房基坑開挖過程中上游覆蓋層邊坡出現(xiàn)了深厚覆蓋層局部塌滑和整體沿基巖面變形、下游側廠房安裝間巖質順向邊坡變形等情況。由于受邊坡上部700 m高程以上上壩公路和拌合系統(tǒng)及地表雨水和施工用水的影響，加劇了邊坡的變形。根據分析，首先對上游側覆蓋層邊坡進行削坡減載，再根據不同的情況不同的部位分別采取針對性的措施進行處理。下游部位是由于切腳引起變形，采取在693 m，678 m，663 m三級馬道分別布置2排鋼管樁共137根進行處理，鋼管樁直徑為φ219 mm，壁厚8 mm，內插I16工字鋼(如圖5)。對于沿深槽整體變形部位分2級處理。分別在663 m高程布20根灌注樁、在河邊626 m高程布置11根灌注樁，灌注樁斷面為1.5 m，內插I800 mm×300 mm工字鋼(如圖6)。663 m高程灌注樁間距2.5 m，樁頂設連接梁，并布設10根1 500 kN預應力錨索，錨索張拉500 kN。626 m高程灌注樁分2排布置，樁間距6 m，排距2 m。樁頂設平臺，作為上部護坡承臺。邊坡坡面648 m高程以下采取擋墻+貼坡防護，648 m高程以上采取擋墻+混凝土框架+植被護面對邊坡坡面進行加固處理，同時在邊坡表面及邊坡外圍設置地表截、防、排水系統(tǒng)，邊坡下設置排水洞，對覆蓋層內部滲水進行引排。

廠房后坡和下游邊坡在廠房基坑開挖后形成P2c、P2w3地層巖質順向坡，根據研究，為確保巖質邊坡的施工期和運行期永久穩(wěn)定采取的措施為：以錨筋樁為主處理廠房邊坡的臨時穩(wěn)定，對于安裝間下部邊坡切腳部位采取先進行廠房左端墻的施工，并兼做臨時擋墻，布設預應力錨索，其他部位直接在坡面上布置錨索，確保了邊坡的施工期穩(wěn)定。共布置3φ32，L=27 m、30 m錨筋樁432根，1 500 kN錨索17根，2 000 kN錨索40根。

近5 a的監(jiān)測數(shù)據顯示，廠房上游覆蓋層邊坡和廠房后邊坡、下游邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5鋼管樁斷面圖

圖6灌注樁斷面圖

5　結　論

(1)格里橋水電站雖然工程規(guī)模不大，但工程區(qū)場地狹窄、地質條件極其復雜，通過大量的調研、精心策劃、科學研究克服了地形地質條件為工程布置帶來的諸多困難，確保了工程順利實施，取得了良好的社會和經濟效益。

(2)大壩布置克服了窄深峽谷大流量消能問題和右岸Dr2危巖體影響問題，走出了一條解決類似峽谷地區(qū)大壩消能問題和近壩不良地質體與建筑物布置協(xié)調處理的新技術，同時采取了錨索+長錨桿+排水孔綜合處理危巖體的表層、整體穩(wěn)定問題，取得了良好的效果。

(3)防滲帷幕巖溶發(fā)育、針對各部位不同的地質情況，采取不同的處理措施，溶洞的處理采取“堵、截、排”的綜合措施，卓有成效，豐富了巖溶地區(qū)防滲帷幕處理技術。

(4)對覆蓋層邊坡通過采取“開挖削坡、混凝土灌注樁、錨索、鋼管樁、混凝土框架梁、排水洞及排水孔”的綜合措施采取分級、分區(qū)、分階段進行處理；對巖質邊坡采取“錨筋樁、錨索、永臨結合”以及按邊坡穩(wěn)定有利原則進行結構布置的綜合措施。廠區(qū)邊坡處理取得了良好的效果，邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

通過一系列的措施方案，解決了峽谷地區(qū)大流量的泄洪消能設計、不良危巖體穩(wěn)定處理及其與建筑物的協(xié)調處理、右岸巖溶防滲處理、廠房邊坡綜合治理等技術問題，為巖溶峽谷地區(qū)水電站建筑物設計和施工積累豐富的實踐經驗，可供類似工程借鑒。

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ResearchonKeyTechniquesofGeliqiaoHydropowerStationConstruction

XIAO Zhi-yuan,XU Lin,YAO Yuan-cheng,LUO Hong-bo,ZENG Shu-yuan

(PowerchinaGuiyangEngineeringCorporationLimited,Guiyang,Guizhou550081,China)

Abstract：Geliqiao hydropower station,located in karst and canyon region of Guizhou plateau,has a rather complicated hydrogeological and geological condition in the project site.Plenty of difficulties were overcame in the construction period.Considering the characteristics of the project area,the buildings were arranged closely for the convenience of the management during construction period and operation period,which contributed to the reasonable construction site layout in narrow field of the canyon.Meanwhile,special studies were conducted for the following key techniques,such as large flow discharging problem in canyon region,coordination between Dr2 dangerous rocks and the dam body,developed karst problem of the impervious curtain,slope stability and treatment,as well as damming with RCC in the canyon region.These studies achieved excellent results which would ensure that the hydropower station will operate on schedule.

Keywords：project layout;main structure design;Dr2 dangerous rock;slope;damming in canyon region;karst treatment

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.018

中圖分類號：TV7

文獻標識碼：A

文章編號：1672—1144(2014)06—0093—05

作者簡介：肖志愿(1980—)，男，河南駐馬店人，工程師，從事水電水利工程水工設計工作。

收稿日期：2014-08-21修稿日期：2014-10-17