浩口水電站工程樞紐總布置設(shè)計(jì)

，，

(重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 北部新區(qū)，401120)

1 工程概況

浩口水電站工程位于烏江南岸芙蓉江下游重慶市武隆縣南部，重慶市彭水縣和貴州省道真縣交界處浩口村附近的河段上，距重慶市區(qū)233km，距武隆縣城32km?，F(xiàn)有務(wù)武、彭武兩條公路臨近壩址，對(duì)外交通便利。

浩口水電站是芙蓉江干流梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃的第11級(jí)，工程的主要任務(wù)是發(fā)電。電站水庫(kù)為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，正常蓄水位352m，最大壩高84.5m，總庫(kù)容8962萬(wàn)m3，總裝機(jī)容量135MW，多年平均發(fā)電量45896萬(wàn)kW·h。

樞紐布置格局由碾壓混凝土重力壩、左岸引水系統(tǒng)和左岸地面廠房組成。工程規(guī)模為Ⅲ等中型，大壩為3級(jí)建筑物，泄水建筑物、引水發(fā)電及廠房均為3級(jí)建筑物。

大壩、泄水、發(fā)電引水建筑物按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核，其洪峰流量分別為11200m3/s、16200m3/s；廠房按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核；消能防沖按30年一遇設(shè)計(jì)。

浩口水電站施工采用枯期圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流、基坑枯期施工的導(dǎo)流方式，施工總工期48個(gè)月。

2 自然條件

浩口水電站壩址距下游江口電站約23km，距上游角木塘電站約19km，壩址控制集水面積7400km2。

浩口水電站無(wú)實(shí)測(cè)氣象資料。根據(jù)武隆縣氣象站資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫為17.3℃，多年平均降水量為1002mm，多年平均日照數(shù)為1121h。

工程區(qū)及近場(chǎng)區(qū)無(wú)區(qū)域性活動(dòng)斷裂通過(guò)，歷史地震活動(dòng)水平較低，屬區(qū)域構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306-2015)，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)地震設(shè)防基本烈度為Ⅵ度。

壩址河谷形態(tài)為不對(duì)稱“U”形，兩岸陡峭；無(wú)斷層分布，裂隙較發(fā)育；壩址巖石風(fēng)化較弱，以弱風(fēng)化為主。岸坡巖體具有卸荷現(xiàn)象，卸荷帶深度小于14.5m；壩址區(qū)工程地質(zhì)條件良好，適宜修建混凝土壩。

3 樞紐總布置

3.1 樞紐總布置方案的選擇

由于受上游巖溶發(fā)育的花溪溝和下游武隆喀斯特世界地質(zhì)遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)制約，壩址可選范圍限制在約1km的河段范圍。在該河段范圍左岸部分有順河長(zhǎng)約423m崩坍堆積體，是影響樞紐總布置的重大因素，樞紐布置可選范圍更加狹小。因此，在樞紐布置上分別考慮了堆積體上游和下游四個(gè)方案進(jìn)行比較。

方案一：下壩址壩后式廠房方案。

方案二：上壩址左岸地面廠房方案。

方案三：上壩址左岸地下廠房方案。

方案四：上壩址右岸地面廠房方案。

下壩址河床較寬有布置壩后式廠房的條件，而上壩址河谷狹窄，不具備布置壩后式廠房的條件，適合短引水的地下廠房或地面廠房。方案一壩址地質(zhì)條件相對(duì)上壩址差，同時(shí)壩前庫(kù)內(nèi)崩坍堆積體長(zhǎng)期浸水后存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，方案投資也大。上壩址河谷狹窄，泄洪規(guī)模大，因此，樞紐布置需要綜合考慮泄洪建筑物、導(dǎo)流建筑物、引水發(fā)電建筑物的布置。左岸下游分布有崩坍堆積體，導(dǎo)流洞不適于布置在左岸。方案四引水發(fā)電系統(tǒng)布置和導(dǎo)流洞同時(shí)布置在右岸，帶來(lái)施工干擾大、投資也大的問(wèn)題。方案二和方案三投資相當(dāng)，地面廠房施工和運(yùn)行條件好，但邊坡高，對(duì)堆積體擾動(dòng)相對(duì)較大；地下廠房尾水邊坡低，對(duì)堆積體擾動(dòng)相對(duì)較小，但洞室施工難度較地面廠房大，運(yùn)行條件相對(duì)也差。經(jīng)過(guò)綜合比較，最終選定方案二作為樞紐總布置方案，即攔河壩為碾壓混凝土重力壩，引水發(fā)電系統(tǒng)布置在左岸，地面廠房布置在緊靠崩坍堆積體上游側(cè)。

3.2 樞紐布置

工程樞紐布置由碾壓混凝土重力壩、左岸獨(dú)立式進(jìn)水口、左岸引水系統(tǒng)和左岸地面廠房組成(見圖1)。

圖1 浩口水電站樞紐總平面布置

3.2.1 碾壓混凝土重力壩

壩軸線坐標(biāo)方位角為NW35°31′，壩軸線長(zhǎng)210.60m，壩頂高程356.5m，最大壩高84.5m，最大壩寬72.10m，建基面高程272.00m。整個(gè)大壩分為左、右擋水壩段和溢流壩段。左擋水壩段長(zhǎng)64.6m，壩頂寬9.0m，壩體上游面295.0m以上鉛直，以下為斜坡，坡比1∶0.2；下游面341.50m以下坡比1∶0.675。右擋水壩段長(zhǎng)59.0m，壩頂寬9.0m，壩體上游面295.0m以上鉛直，以下為斜坡，坡比1∶0.2；下游面341.50m以下坡比1∶0.725。溢流壩段長(zhǎng)87.0m。壩體上游面295.0m以上鉛直，以下為斜坡，坡比1∶0.2；堰面曲線接坡比為1∶0.7下游面壩坡。壩體上游采用二級(jí)配C20碾壓混凝土防滲，二級(jí)配碾壓混凝土下游壩體均采用三級(jí)配C15碾壓混凝土。其中擋水壩段331m高程以上全部采用三級(jí)配C15碾壓混凝土。

溢流壩段總長(zhǎng)87.0m，溢流凈寬65.0m，堰頂高程331.0m。在堰頂設(shè)置5孔13m×21m的溢流表孔。表孔設(shè)5扇弧形工作門和1扇平面檢修門，5孔共用一扇檢修門?；￠T采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作，檢修門采用單向門機(jī)操作。

消能方式為寬尾墩+溢流面臺(tái)階+消力池的綜合消能方式。消力池長(zhǎng)70m，寬81m，尾部設(shè)6m高尾坎。

3.2.2 引水發(fā)電系統(tǒng)

引水系統(tǒng)布置兩條隧洞，一條為“單洞單機(jī)”，一條為“一洞兩機(jī)”。進(jìn)水口布置在左岸壩前，由厚8.5m的巖石中隔墩分為兩個(gè)獨(dú)立塔式取水口，并分別與1#、2#壓力隧洞連接。取水口順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)26.87m，由攔污柵段、進(jìn)水喇叭口和閘門井段組成。攔污柵段底板高程330.60m，長(zhǎng)7.33m，垂直于水流方向共設(shè)置4孔攔污柵，攔污柵孔口尺寸為7m×15.2m(寬×高)。進(jìn)水喇叭口長(zhǎng)9.5m，底板為反坡段，坡比1∶5，起點(diǎn)高程330.60m，終點(diǎn)高程332.50m。兩側(cè)邊墻采用圓弧曲線連接，半徑分別為7.0m、3.46m。頂板輪廓采用1/4橢圓曲線(x2/9.02+y2/6.02=1)。閘門井段長(zhǎng)10.04m，設(shè)檢修閘門和事故閘門各一道，兩道閘門門槽中心線間距4.34m，閘孔口尺寸均為7.50m×7.50m(寬×高)。攔污柵采用單向門機(jī)操作；檢修閘門采用雙向門機(jī)操作；事故門采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。

引水隧洞內(nèi)徑為7.5m圓形斷面。引水隧洞經(jīng)壓力管道10m長(zhǎng)的漸變段與廠房?jī)?nèi)管道連接，漸變由內(nèi)徑7.5m圓形斷面變至6.0m圓形斷面。1#引水隧洞長(zhǎng)298.85m，2#引水隧洞長(zhǎng)328.37m。

1#壓力鋼管長(zhǎng)83.66m，內(nèi)徑為7.5m～6.0m。2#壓力鋼管長(zhǎng)45.11m，內(nèi)徑為7.5m～6.0m。3#生態(tài)機(jī)壓力鋼管長(zhǎng)26.35m，內(nèi)徑2.5m，采用“卜”型叉管和2#壓力鋼管連接。

電站廠房布置在大壩下游消力池尾部，為短引水式地面廠房。主廠房總長(zhǎng)86.49m、總寬24.0m，其中主機(jī)間長(zhǎng)62.77m，安裝間長(zhǎng)23.4m。廠房?jī)?nèi)布置二臺(tái)裝機(jī)62.5MW和一臺(tái)10MW水輪發(fā)電機(jī)組。

主廠房分發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、蝶閥層。大機(jī)組發(fā)電機(jī)層高程為308.45m，小機(jī)組發(fā)電機(jī)層高程為299.20m。廠房上部結(jié)構(gòu)由排架柱、吊車梁、輕質(zhì)隔墻及磚墻組成，內(nèi)安裝1臺(tái)跨度22m的橋式起重機(jī)。廠房屋頂為球形網(wǎng)架彩鋼板。電氣副廠房分地面、地下兩部分，地下部分共五層，分別為0.4kV配電屏室、電纜夾層、10.5kV高壓開關(guān)室層、電纜夾層、存儲(chǔ)室，高程分別為303.20m、308.85m、313.35m、318.55m、322.35m；地面副廠房高26.60m，總長(zhǎng)80.49m，由GIS樓、中控制樓兩部分組成，GIS樓分三層，長(zhǎng)65.17m，寬14.3m，高程為328.70m、339.70m、344.10m；中控制樓為三層，高程為328.70m、334.70m、349.70m，長(zhǎng)23.4m，寬14m。水機(jī)副廠房總長(zhǎng)62.77m，總寬9.80m，總高27.65m，共四層，分別為水處理室、空壓機(jī)室、油罐及油處理室，高程分別為318.55m、308.85m、301.05m(小機(jī)組為299.20m)。

開關(guān)站采用戶內(nèi)式，布置在電氣副廠房?jī)?nèi)，其中變壓器布置于高程328.70m，220kV GIG開關(guān)室布置于變壓器層上部，高程344.10m，220kV GIG出線層布置于高程355.30m以上。

尾水平臺(tái)高程328.5m，寬9.5m，布置1臺(tái)尾水臺(tái)車。尾水渠反坡坡度1∶0.75，長(zhǎng)21.31m，寬47.85m，底板厚1.5m、3m，兩側(cè)為重力式混凝土擋墻和貼坡式混凝土擋墻。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)浩口水電站工程樞紐布置充分結(jié)合了地形、地質(zhì)條件和各種制約因素，因地制宜地將電站樞紐布置在巖溶發(fā)育的花溪溝和堆積體之間的狹小范圍，樞紐布置緊湊；

(2)碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)充分利用地形、地質(zhì)條件，發(fā)揮重力壩易布置壩身泄洪的特點(diǎn)，解決了狹窄河谷大流量泄洪消能問(wèn)題；

(3)引水發(fā)電系統(tǒng)為短引水式，廠房緊靠消力池尾部，與河道斜交，既縮短了隧洞長(zhǎng)度，又減少對(duì)下游崩坍堆積體擾動(dòng)，較好地解決了廠房布置問(wèn)題。