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    巴基斯坦蘇基克納里水電站綜述

    2015-12-17 07:12:18劉戰(zhàn)生劉伯春
    水利水電工程設(shè)計(jì) 2015年2期
    關(guān)鍵詞:攔河壩調(diào)壓井底孔

    劉戰(zhàn)生 劉伯春

    巴基斯坦蘇基克納里水電站綜述

    劉戰(zhàn)生 劉伯春

    巴基斯坦蘇基克納里水電站為徑流式電站,是采用長(zhǎng)隧洞引水的高水頭電站。電站最大凈水頭910.85 m。電站裝設(shè)4臺(tái)立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組,單機(jī)額定出力221.725 MW,多年平均年發(fā)電量30.81億kW·h。

    巴基斯坦 高水頭 引水隧洞 沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組

    1 工程概況

    蘇基克納里(SukiKinari)水電站位于巴基斯坦西北邊境省Mansehra地區(qū)的Kunhar河上,大壩距巴基斯坦首都伊斯蘭堡256 km。電站為徑流式電站,采用引水方式開發(fā)。攔河壩最大壩高(河床以上部分)為54.5 m,引水隧洞長(zhǎng)度19.5 km,地下廠房裝機(jī)4臺(tái),總裝機(jī)容量為873.508 MW,多年平均年發(fā)電量30.81億kW·h。目前,本項(xiàng)目已經(jīng)完成EPC招標(biāo),預(yù)計(jì)工期72個(gè)月。

    2 工程水文氣象條件

    2.1 水文參數(shù)

    2.1.1 水文參數(shù)

    壩址以上控制流域面積為1 311 km2。壩址多年平均徑流量19.2億m3,多年平均流量為60.9 m3/s。

    2.1.2 洪峰流量

    壩址洪水成果見表1,壩址施工洪水成果見表2。

    表1 壩址洪水成果表m3/s

    表2 施工洪水成果表m3/s

    2.2 氣象

    壩址附近多年平均降雨量為1 616 mm,年內(nèi)分配不均,3月降雨最大為269 mm,9月降雨最小為60 mm;多年平均蒸發(fā)量為989 mm;月平均最高溫度極值為24℃,月平均最低溫度極值為-12℃,極值高溫發(fā)生在6月,為38℃,極值低溫發(fā)生在2月,為-17℃。

    2.3 泥沙

    壩址處多年平均輸沙量為42.75萬t,其中懸移質(zhì)沙量為34.2萬t,推移質(zhì)沙量為8.55萬t。懸移質(zhì)泥沙粒徑在0.01~5 mm,D50為0.02 mm;推移質(zhì)泥沙粒徑在0.1~100 mm,D50為1 mm左右。

    3 工程地質(zhì)條件

    3.1 區(qū)域地質(zhì)

    工程區(qū)地面高程2 200~3 500 m,地形起伏變化大于1 000 m。附近自南向北發(fā)育有多條主要逆沖帶和斷層,分別為主邊界逆沖斷裂帶(MBT,也稱Murree斷層)Panjal斷層、主中央逆沖斷裂帶(MCT)以及主地幔逆沖斷裂帶(MMT)。工程區(qū)主要位于Panjal斷層以北、MCT以南的變質(zhì)巖地區(qū),主要巖性為前寒武紀(jì)至寒武紀(jì)Kaghan群的石英云母片巖,夾有石英巖、大理巖、鈣質(zhì)片巖和石墨片巖等。第四系堆積物分布廣泛,按成因可分為沖積、崩積和冰積等類型。

    3.2 基本工程地質(zhì)條件

    電站主要建筑物有攔河壩、引水系統(tǒng)、地下廠房及尾水洞。

    3.2.1 庫區(qū)

    庫岸邊坡高而陡,部分被近代堆積物(如崩積物、坡腳碎石堆)等覆蓋。沿河發(fā)育有河流階地堆積物,多為耕地。這些堆積物中的大部分是由冰川和雪崩造成的,下伏基巖主要為石英巖、石英云母片巖及石墨片巖等,節(jié)理裂隙較為發(fā)育,但巖體滲透性微弱。庫岸多處存在巖體蠕變帶和崩塌帶。

    3.2.2 壩址

    壩址大部分被第四系覆蓋層所覆蓋,主要為崩積物、階地沉積物和沖積物。河床存在深厚的漂卵礫石層,厚度大于92 m。覆蓋層以中等透水為主,局部為強(qiáng)透水?;鶐r地層為寒武紀(jì)—前寒武紀(jì)的Rajwal組地層,主要巖性為石英云母片巖、石英巖、輝綠巖和石英片麻巖,密集—中等間距節(jié)理?;鶐r屬于弱—微透水,局部為中等透水。

    水的腐蝕性類型為結(jié)晶類硫酸鹽型,對(duì)普通水泥具弱—中等腐蝕性,對(duì)抗硫酸鹽水泥無腐蝕性。局部地下水的腐蝕性類型為分解類一般酸性型,具弱—中等腐蝕性。

    3.2.3 引水隧洞

    引水隧洞沿線穿過高中山區(qū),主要巖性為Kaghan群的石英片麻巖、含云母的石英巖、泥質(zhì)巖、鈣質(zhì)片巖、大理巖和石膏夾層以及大理巖和變質(zhì)礫巖等。上游段的埋深多小于300 m,最大埋深約750 m,其中進(jìn)口段、過溝段隧洞埋深一般小于70 m;下游段隧洞最大埋深達(dá)1 300 m,其中埋深大于600 m的洞段長(zhǎng)約6 km。一般洞段巖石多為中硬—硬巖,片理與軸線的夾角一般超過30°。隧洞穿過2條大型逆沖斷裂帶。預(yù)計(jì)引水隧洞及調(diào)壓井圍巖分類見表3。

    表3 預(yù)計(jì)引水隧洞和調(diào)壓井圍巖分類表

    3.2.4 地下廠房及尾水洞

    地下廠房埋深約850 m,地層巖性為Mahandri組石英巖夾大理巖,為中硬—硬巖。尾水隧洞長(zhǎng)約4.4 km,穿過2條逆沖斷層帶。巖體透水性多為屬弱透水。預(yù)計(jì)地下廠房及尾水洞圍巖分類見表4、5。

    表4 預(yù)計(jì)廠房圍巖分類表

    4 工程布置

    4.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

    攔河壩、溢洪道及取水口采用設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇,洪峰流量2 030 m3/s,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為最大洪水,洪峰流量3 777 m3/s。泄水建筑物消能防沖設(shè)施按100年一遇洪水設(shè)計(jì)。

    表5 預(yù)計(jì)尾水洞圍巖分類表

    地震參數(shù):運(yùn)行基本地震(OBE)的峰值地面水平加速度為0.25g,最大設(shè)計(jì)地震(MDE)的峰值地面水平加速度為0.53g,最大可信地震(MCE)的峰值地面水平加速度為0.55g。

    4.2 樞紐布置

    樞紐布置充分利用了工程區(qū)起伏大的良好地形和地質(zhì)條件,通過右岸19.5 km長(zhǎng)的引水隧洞連接水庫與發(fā)電廠房。

    攔河壩的布置基本利用了天然的地形,形成了高度較小、工程量相對(duì)節(jié)省的攔河壩。攔河壩采用瀝青混凝土面板堆石壩與混凝土重力壩結(jié)合的混合壩。河床中部布置瀝青混凝土面板堆石壩,兩側(cè)布置混凝土重力壩。溢洪道布置在混凝土重力壩段,左岸布置表孔溢洪道,右岸布置底孔溢洪道,溢洪道均采用挑流消能。

    電站進(jìn)水口布置在攔河壩右岸上游側(cè),并盡可能提高了進(jìn)水口的底坎高程,以有效地防止進(jìn)水口門前泥沙的淤積。

    進(jìn)水口后設(shè)置沉沙池,其后接19.5 km的引水隧洞。引水隧洞末端設(shè)置調(diào)壓井,并通過770 m高的壓力豎井與地下廠房連接。

    本地下廠房埋深約850 m,廠房尺寸為(長(zhǎng)×寬×高)118 m×27 m×40 m。電站尾水通過2條相互平行、總長(zhǎng)約4 200 m的尾水隧洞流入下游河道。

    5 主要建筑物

    5.1 攔河壩及泄洪建筑物

    5.1.1 攔河壩

    攔河壩為瀝青混凝土面板堆石壩,壩頂高程為2 281.5 m,壩頂寬度10 m,最大壩高(河床以上部分)為54.5 m,壩頂長(zhǎng)度為215.3 m。壩頂上游側(cè)設(shè)置高出壩頂1.2 m的鋼筋混凝土防浪墻。壩體上、下游邊坡均為1∶1.8,下游坡采用塊石砌護(hù)。大壩上游面采用300 mm厚的瀝青混凝土作為防滲層,其下部與垂直的柔性混凝土防滲墻連接,形成防滲屏障

    5.1.2 泄洪建筑物

    左岸溢洪道為表孔溢洪道,共6孔,溢洪道堰頂高程為2 269.50 m,孔口寬度為4.5 m,設(shè)有疊梁檢修門和弧形工作門。表孔溢洪道壩段壩頂總長(zhǎng)度為41.4 m。表孔頂部設(shè)置交通橋。表孔溢洪道后接1條長(zhǎng)度約74 m的泄槽,泄槽末端設(shè)有挑流鼻坎,采用挑流方式消能。

    右岸設(shè)置底孔溢洪道5孔,底坎高程為2 244 m,孔口尺寸為4.5 m×5.6 m(寬×高),設(shè)有疊梁檢修門和弧形工作門。底孔溢洪道壩段壩頂總長(zhǎng)度為38 m。底孔溢洪道后接1條長(zhǎng)度約32 m的泄槽,泄槽末端設(shè)有挑留鼻坎,采用挑流方式消能。

    5.2 引水系統(tǒng)

    引水系統(tǒng)由電站進(jìn)水口、沉沙池、引水隧洞、調(diào)壓井以及壓力管道等建筑物組成。

    電站進(jìn)水口為開敞式,位于昆哈河的右岸,緊靠底孔溢洪道布置。進(jìn)水口共4孔,單孔凈寬6 m,每孔均設(shè)置攔污柵。

    地下有壓沉沙池在靠近底孔溢洪道的小山包內(nèi)開挖形成。沉沙池設(shè)計(jì)為城門洞形,下部設(shè)置沖沙廊道,采用鋼筋混凝土襯砌,其頂高程為2 263.35 m,底高程從2 241.85 m漸變到2 238.85 m。襯砌后沉沙池凈寬為14 m,不包括下部沖沙廊道其高度為18.25 m,長(zhǎng)度為185 m。下部沖沙廊道為1 m×5 m的矩形斷面,用于儲(chǔ)存沉降下來的泥沙。

    引水隧洞內(nèi)徑為6 m,長(zhǎng)約19.50 km,額定流量為114.6 m3/s,最大引用流量為126.06 m3/s,采用全斷面混凝土襯砌。

    調(diào)壓井設(shè)在引水隧洞末端,調(diào)壓井位于低壓引水隧洞后部,為上下室式調(diào)壓井。調(diào)壓井頂高程2 343.0 m,底高程2 138 m,調(diào)壓井高度205 m。

    壓力管道包括2條壓力豎井和下平段壓力鋼管。壓力豎井內(nèi)徑為3 m,頂部高程為2 135.00 m,底部高程為1 364.15 m,高差為770.85 m。下平段壓力鋼管分為兩部分,第1部分為2條直徑3 m的壓力鋼管;第2部分為4條直徑為2.12 m的壓力鋼管支管。支管末端最終漸變成管徑為1.7 m的分支管,進(jìn)入地下發(fā)電廠房。

    5.3 發(fā)電廠房

    主廠房為地下式,裝有4臺(tái)沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組,總?cè)萘繛?73.508 MW的。電站引用流量

    114.6 m3/s,,最大凈水頭910.85 m。

    5.4 尾水洞

    2臺(tái)機(jī)共用1條尾水洞,共2條尾水洞,隧洞斷面尺寸為5.15 m×6 m,總長(zhǎng)度約4 200 m。

    5.5 導(dǎo)流工程

    壩址區(qū)20年一遇洪峰流量為600 m3/s,100年一遇洪峰流量為980 m3/s。導(dǎo)流設(shè)計(jì)采用100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),相應(yīng)導(dǎo)流流量為980 m3/s。導(dǎo)流底孔按能通過100年一遇洪峰流量設(shè)計(jì),以滿足施工期壩體臨時(shí)度汛需要。

    根據(jù)壩址處的地形條件以及樞紐的布置型式,工程采用分期導(dǎo)流,共分2期。一期導(dǎo)流利用原河床過流,施工位于河床左、右岸較高部位的溢洪道及消力池,并在右岸底孔溢洪道相鄰的河床壩段預(yù)留導(dǎo)流底孔。二期導(dǎo)流利用主河床上、下游圍堰擋水,導(dǎo)流底孔和底孔溢洪道聯(lián)合泄流,施工位于原河床位置的面板堆石壩段。上、下游圍堰在一期導(dǎo)流末期填筑,最大高度分別為17 m和7.2 m。

    6 結(jié)語

    (1)蘇基克納里水電站所依據(jù)的水文資料相對(duì)齊全,依據(jù)上述水文系列計(jì)算的電站發(fā)電量是有保障的。

    (2)蘇基克納里水電站總輸沙量為42.75萬t,合32萬m3。正常蓄水位以下總庫容為907萬m3,庫沙比為28,屬泥沙問題嚴(yán)重型水庫,應(yīng)著重研究水庫水沙調(diào)度運(yùn)用方式。

    (3)從蘇基克納里水電站研究成果可知,本工程建筑物規(guī)模較大,開發(fā)條件優(yōu)越,不存在制約工程建設(shè)的技術(shù)因素,技術(shù)上可行。

    (4)蘇基克納里水電站首部樞紐為矮壩小庫,引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房均為地下工程,對(duì)環(huán)境影響有限,庫區(qū)土地淹沒和移民安置數(shù)量很小,不存在制約工程建設(shè)的敏感性環(huán)境因素。從環(huán)境保護(hù)角度分析,工程建設(shè)可行。

    TV747

    B

    1007-6980(2015)02-0007-03

    2015-03-17)

    劉戰(zhàn)生 男 高級(jí)工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津 300222

    劉伯春 男 工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津 300222

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