大藤峽水利樞紐工程勘測規(guī)劃設(shè)計綜述

馬 軍，王 誼，鄧 森

（1.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，130021，長春；2.廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司，530200，南寧）

大藤峽水利樞紐是國務(wù)院批準(zhǔn)的《珠江流域綜合利用規(guī)劃》《珠江流域防洪規(guī)劃》確定的流域防洪控制性樞紐工程，是廣西內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展規(guī)劃航運(yùn)主通道上的關(guān)鍵節(jié)點，是紅水河水電基地的重要組成部分，也是《保障澳門、珠海供水安全專項規(guī)劃》提出的流域重要水資源配置工程和廣西水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃中的流域骨干樞紐工程。

自20 世紀(jì)50 年代大藤峽水利樞紐輪廓性規(guī)劃提出起，不同時期根據(jù)相關(guān)要求開展了大量勘測設(shè)計科研工作。結(jié)合流域規(guī)劃對工程防洪任務(wù)的總體要求，對樞紐總體布局進(jìn)行了多方案比較研究，提出了可研和初設(shè)階段的勘察設(shè)計報告。但是，圍繞工程防洪規(guī)模與淹沒問題，上下游相關(guān)部門存在分歧，工作未能順利推進(jìn)。21 世紀(jì)初，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大藤峽項目建設(shè)的必要性進(jìn)一步顯現(xiàn)。通過對項目建設(shè)任務(wù)和工程規(guī)模歷時10 年的持續(xù)調(diào)整完善，相關(guān)部門基本達(dá)成共識，項目建議書編審?fù)瓿桑S后工程開發(fā)建設(shè)進(jìn)入快車道。

項目建設(shè)期間，結(jié)合工程特點開展了超高水頭船閘輸水系統(tǒng)運(yùn)行模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、船閘超大金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備可靠性、綜合調(diào)度及珠江流域水庫群聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用、大型軸流發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)化、泄水弧門超大推力閘墩結(jié)構(gòu)及安全、工程施工關(guān)鍵技術(shù)等六個方面專題研究，取得系列創(chuàng)新研究成果并用于工程設(shè)計。

一、前期勘察規(guī)劃論證過程

1.1996年以前

大藤峽水利樞紐前期勘測設(shè)計工作始于20 世紀(jì)50年代末期。20世紀(jì)70年代，廣東省在研究珠江三角洲防洪規(guī)劃時，提出在西江上游興建大藤峽水利樞紐調(diào)蓄洪水的要求。

1980年，廣西壯族自治區(qū)水利電力規(guī)劃小組辦公室編制完成《紅水河綜合利用規(guī)劃報告》，規(guī)劃大藤峽防洪庫容10億m3。

1986 年，水利部珠江水利委員會（以下簡稱珠江委）編制完成《珠江流域綜合利用規(guī)劃報告》，規(guī)劃大藤峽防洪庫容20億m3。

1979年至1995年，根據(jù)原水利電力部安排，原水利部東北勘測設(shè)計研究院開展大藤峽工程設(shè)計，結(jié)合珠江流域規(guī)劃防洪要求，開展防洪、庫區(qū)淹沒實物調(diào)查、航運(yùn)分期建設(shè)等專題論證，1995年編制完成可行性研究報告，水庫正常蓄水位57.6 m，死水位53.6 m；電站裝機(jī)容量1200 MW；通航規(guī)模為1000 t級船隊；防洪庫容20億m3；灌溉規(guī)模175萬畝（1畝=1/15 hm2，下同）。

1996年工程未能列入國家建設(shè)計劃，設(shè)計工作暫停。

2.21世紀(jì)前期

（1）歷時十年完成項目建議書

2001 年5 月，根據(jù)國家西部大開發(fā)的總體戰(zhàn)略要求和水利部統(tǒng)一部署，珠江委組織重新啟動了新一輪大藤峽工程項目建議書的編制工作。

2003年11月，中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司（以下簡稱“東北院”）提出項目建議書，工程開發(fā)任務(wù)為“以防洪為主，結(jié)合發(fā)電、航運(yùn)、灌溉與水資源配置等綜合利用”。水庫正常蓄水位61 m，死水位53.6 m，防洪高水位64.2 m，防洪庫容17.16億m3；電站裝機(jī)容量1200 MW；通航規(guī)模為1000 t級船隊；設(shè)計灌溉面積152.7萬畝。水庫正常淹沒征用耕地13.35萬畝，需遷移人口4.93萬人；防洪超蓄淹沒耕地40萬畝，影響人口14.89萬人。因水庫移民安置難度較大，制約著大藤峽工程的立項決策。

2005年春季，澳門及珠江三角洲飲水安全受到咸潮影響；同年6 月，西江發(fā)生特大洪水。這使得廣東、廣西及澳門對興建大藤峽水利樞紐工程的需求日益迫切。按照“通過降低運(yùn)行水位、減少庫容規(guī)模、動態(tài)控制汛限水位、增加裝機(jī)容量等措施，在確保防洪安全和減少水庫征地移民的前提下，提高樞紐綜合利用效益”的新思路，編制完成了2006年版項目建議書，開發(fā)任務(wù)修改為“以防洪為主，發(fā)電與水資源配置并重，兼顧航運(yùn)、灌溉等綜合利用”。水庫正常蓄水位61 m，死水位47.6 m，防洪高水位61 m，防洪庫容15億m3。

在此過程中，廣西西江黃金水道建設(shè)規(guī)劃要求大藤峽按Ⅱ級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)船閘。東北院提出2009年版項目建議書，工程任務(wù)為“防洪、發(fā)電、水資源配置為主，結(jié)合航運(yùn)，兼顧灌溉等綜合利用”。水庫正常蓄水位61 m，死水位47.6 m，防洪高水位61 m，防洪庫容15億m3；電站裝機(jī)容量1600 MW；規(guī)劃灌溉面積136.66萬畝；船閘最大船舶噸位2000 t；船閘尺寸250 m×23 m×5.0 m。在大藤峽峽谷出口選擇三個壩址進(jìn)行比較，推薦下壩址方案。

2011 年2 月，國家發(fā)展改革委批復(fù)大藤峽水利樞紐工程項目建議書。

（2）可研和初步設(shè)計

2011年1月，廣西方面提出船閘建設(shè)規(guī)模按3000 t 級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和建設(shè)。東北院開展船閘3000 t 級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計及船閘布置方案比較，2012年12月完成可研報告，工程任務(wù)調(diào)整為“防洪、航運(yùn)、發(fā)電和水資源配置為主，結(jié)合灌溉等綜合利用”。船閘有效尺度為280 m×34 m×5.8 m，采用左岸單級集中布置方案。

2014年10月，可研報告獲國務(wù)院批準(zhǔn)批復(fù)。2015年5月，水利部批復(fù)大藤峽水利樞紐工程初步設(shè)計。

二、樞紐布置及工程特點、難點

大藤峽水利樞紐工程由黔江主壩、黔江副壩和南木江副壩組成。黔江主壩布置有電站廠房、泄水閘、船閘、魚道及重力壩段，單級船閘布置在左岸，河床式廠房分設(shè)兩岸，左岸布置3臺機(jī)組，右岸布置5臺機(jī)組，26孔泄水閘（2個高孔和24個底孔）布置在河床中部縱向圍堰壩段兩側(cè)，魚道靠右岸布置。黔江副壩和南木江副壩均采用黏土心墻石渣壩。施工導(dǎo)流分兩期，一期圍左岸，二期圍右岸，利用二期圍堰擋水發(fā)電。

樞紐位于大藤峽峽谷與桂平盆地之間的低山丘陵地帶，出露的地層主要為第四系和泥盆系下統(tǒng)那高嶺組及郁江階，泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和可溶巖均有分布。基巖構(gòu)造發(fā)育，主要為弩灘褶曲，受其影響，斷層、軟弱夾層、裂隙、層理等構(gòu)造也相對發(fā)育。巖層走向與壩軸線交角不大，傾向下游偏左岸，傾角20°～22°。軟弱夾層密度大、厚度薄、延伸范圍廣、強(qiáng)度低，引起的壩基深層抗滑穩(wěn)定問題及順層邊坡穩(wěn)定問題突出。左岸船閘上閘首和閘室基礎(chǔ)為灰?guī)r和白云巖，巖溶沿巖層面溶蝕強(qiáng)烈，有較多巖溶孔洞，存在與江水連接的巖溶管道，基坑開挖可能產(chǎn)生大量涌水。

工程壩址洪水峰高量大，黔江主壩按1000年一遇洪水設(shè)計、5000年一遇洪水校核，5000年一遇校核洪水峰值達(dá)66 200 m3/s，泄洪底孔單寬流量176 m3/(s·m)，受閘上游淹沒限制，宣泄5 年一遇至20 年一遇洪水時，所有閘門敞開泄洪，但泄水閘宣泄5000 年一遇洪水（校核洪水）時，閘門仍需要控制泄流，而不是敞泄。下游消力池最小水深6 m，最大水深35 m，非汛期小洪水上下游最大水頭差34 m，收縮斷面水流佛氏數(shù)（Fr）為2.7和3.1，泄洪消能參數(shù)均屬于典型的單寬流量大、佛氏數(shù)低的弱水躍消能，且都在消能率較低的弱水躍（Fr=1.7～2.5）和顫動水躍（Fr=2.5～4.5）范疇內(nèi)。加之河床巖石抗沖能力較弱，使得消能形式的選擇受到較多限制因素影響，泄水閘布置及消能問題非常復(fù)雜。

大藤峽水輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量200 MW，為國內(nèi)單機(jī)容量最大的軸流式機(jī)組。大藤峽水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑達(dá)10.4 m，水輪機(jī)制造難度系數(shù)高達(dá)4100，在同類同水頭段的機(jī)組中為國內(nèi)外之最。發(fā)電機(jī)定子機(jī)座外徑20.2 m，外形尺寸巨大，推力負(fù)荷3800 t，與大型混流式機(jī)組處于同一水平，為軸流機(jī)組中最大。機(jī)組發(fā)電水頭變化范圍為10.07～12.91～37.79 m，水頭變幅大。該級別機(jī)組的國內(nèi)設(shè)計、制造和運(yùn)行實踐經(jīng)驗相對較少。

為滿足西江“黃金水道”運(yùn)輸要求，推薦的單級船閘方案，設(shè)計水頭40.25 m，為國內(nèi)外已建單級水頭最大的Ⅰ級船閘。單次充泄水量達(dá)42萬m3，為滿足通過能力要求，閘室充泄水輸水時間不長于15 min，輸水系統(tǒng)最大充泄水流量達(dá)900 m3/s，閘室水位最大上升速度達(dá)4.5 m/min。閘室停泊條件與進(jìn)入閘室的水流能量及消能方式關(guān)系密切，獨特的水力學(xué)指標(biāo)對輸水系統(tǒng)布置提出更高的要求。下閘首人字閘門高47.5 m，寬20.2 m，最大擋水高度46.05 m，單扇門葉重達(dá)1295 t，人字門結(jié)構(gòu)采用單吊點設(shè)計，靜水啟閉，最大淹沒水深26.29 m，人字門的設(shè)計、制造及安裝面臨巨大挑戰(zhàn)。

大藤峽水利樞紐分二期導(dǎo)流施工。二期土石圍堰保護(hù)基坑的同時還承擔(dān)防洪、通航、發(fā)電及補(bǔ)水壓咸等任務(wù)，最大擋水高度48.8 m，攔蓄庫容達(dá)16.94億m3。由于堰體大部分為水下拋填施工，圍堰安全至關(guān)重要。大江截流安排在2019年11月下旬，截流處最大水深約26 m，截流設(shè)計流量達(dá)2430 m3/s，截流難度大。

三、關(guān)鍵技術(shù)研究成果

1.復(fù)雜地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)處理

針對壩基軟弱夾層問題，通過鉆探、物探、平洞、豎井、原位剪切和變形試驗等勘探手段，查明了軟弱夾層的空間分布和工程特性。對巖溶基礎(chǔ)進(jìn)行了專題研究，在常規(guī)勘察手段的基礎(chǔ)上增加了孔間CT探測、聲納探測、瞬變電磁、高密度電法等勘探手段，基本查明巖溶發(fā)育特征和分布范圍。

（1）擋水建筑物深層滑動問題

壩基巖層主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，巖層傾向下游，沿水推力方向視傾角8°～13°，單層厚度以30～50 cm為主。受構(gòu)造影響，硬巖與軟巖發(fā)生相對錯動，致使層間軟弱夾層發(fā)育，產(chǎn)狀與巖層一致，厚度一般小于10 mm，組成物多為泥夾碎屑型，結(jié)合現(xiàn)場原位試驗確定其力學(xué)指標(biāo)為f’=0.26，c’=0.015 MPa；軟弱夾層與斷層、節(jié)理裂隙等結(jié)構(gòu)面組合后，形成以軟弱夾層為底滑面的壩基抗滑不利組合。

深層滑動模式為剪切滑移，即沿軟弱夾層滑動時受到下游巖體的抵抗，剪斷下游巖體或沿下游巖體中傾向上游的陡傾角節(jié)理面滑出。泄水閘閘門推力較大，下游抵抗巖體較薄，發(fā)生深層滑動的可能性較大。為準(zhǔn)確模擬泄水閘壩段穩(wěn)定條件，通過三維裂隙網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計以獲取壩基巖體內(nèi)裂隙的連通率和等效力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而運(yùn)用數(shù)值模擬（離散單元法）和物理模型相結(jié)合的方法對泄水閘典型壩段基礎(chǔ)的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析，推薦在泄水閘壩段上下游設(shè)置深齒槽，同時采用封閉式帷幕和抽排系統(tǒng)，降低壩基揚(yáng)壓力，有效解決了壩基深層抗滑穩(wěn)定問題。

（2）船閘閘室地基巖溶處理

船閘閘室地基位于泥盆系下統(tǒng)那高嶺組碎屑沉積巖和郁江階下段的碳酸鹽巖接觸帶上部碳酸鹽巖區(qū)域內(nèi)，區(qū)域地下水通過碳酸鹽巖側(cè)排泄到黔江，加上斷裂、節(jié)理等構(gòu)造破壞，碳酸鹽巖體巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶成因復(fù)雜。按巖溶發(fā)育形態(tài)，共發(fā)育有4條較大的溶槽，沿線分布大小不一的溶洞、溶溝及溶隙等，多數(shù)充填黏土和塊石。由于巖溶發(fā)育位置低于黔江最低排泄基準(zhǔn)面，部分巖溶出現(xiàn)持續(xù)涌水現(xiàn)象。

對建基范圍內(nèi)的巖溶充填物采取置換混凝土后進(jìn)行固結(jié)灌漿的處理方式。對于強(qiáng)烈溶蝕區(qū)以及溶槽溶洞發(fā)育且連通性好、巖溶涌水量大的部位，采用“分區(qū)分塊澆筑，井點水泵抽排，管道減壓引排，混凝土覆蓋，反灌回填”方案進(jìn)行處理。

2.大泄量泄洪消能及“鋼梁+預(yù)應(yīng)力閘墩”結(jié)構(gòu)

大藤峽泄水閘規(guī)模主要受20年一遇洪水下的泄洪能力控制。為減少對廠房和船閘布置的影響，在滿足泄洪、排沙和排漂需求的同時，應(yīng)盡量減小溢流前緣寬度，泄水建筑物采用高孔、底孔組合的布置方案，設(shè)2個高孔和24個底孔。高孔采用開敞式實用堰，滿足泄洪和排漂要求；底孔采用帶胸墻寬頂堰，堰頂高程與河床高程相同，滿足泄洪要求并兼顧排沙。針對水庫水位變幅較大時底孔從堰流過渡到孔流時存在氣蝕的可能，對比了單胸墻、雙胸墻方案，由于雙胸墻對進(jìn)閘水流有較長距離的導(dǎo)流作用，水流和胸墻底緣貼合較好，可有效緩解底緣脫空和負(fù)壓問題，且結(jié)構(gòu)整體性好，成為首選。

大藤峽水利樞紐工程為日調(diào)節(jié)水庫，泄洪概率較高，為解決大流量泄洪消能問題，前期結(jié)合大藤峽水力學(xué)整體模型試驗對平底消力池、逆坡消力池、寬尾墩+消力池、逆坡消力池+“T”形墩和“工”字形差動尾坎等多種消能型式進(jìn)行比選，“工”字形差動尾坎方案消能效果較好。在初設(shè)審查階段，考慮到閘門調(diào)度運(yùn)行較復(fù)雜，將泄水底孔閘門型式全部由平板閘門改為弧形閘門?；⌒伍l門支鉸采用支撐鋼梁結(jié)構(gòu)，但下游水位劇烈變動可能拍打鋼梁，且左側(cè)部分底孔泄水閘堰頂高程低于灘地高程，汛期低水位運(yùn)行期間推移質(zhì)和施工圍堰拆除的殘留石渣過閘時可能沖擊和磨蝕消能工。高水位泄洪時，消能工附近流速較高，存在空蝕的風(fēng)險。因此，進(jìn)一步研究了二級消力池布置形式，通過對比試驗，推薦“一級消力池設(shè)尾坎+二級逆坡消力池”的方案，同時將閘室水平段向下游適當(dāng)延伸，詳見圖1。推薦方案將水躍完全限制在一級池內(nèi)，在有效解決消能問題的同時，避免了水躍進(jìn)入閘室拍打弧門底緣及支撐鋼梁的問題。

圖1 推薦方案泄水底孔（右區(qū)）剖面

泄水閘底孔為兩孔一聯(lián)帶胸墻的壩身泄水孔，孔口尺寸9 m×18 m（寬×高），邊墩厚4.00 m，中墩厚5.30 m。泄水閘底孔弧門尺寸較大，正常蓄水位時閘墩所承受的弧門推力標(biāo)準(zhǔn)值為68 200 kN，弧門總推力設(shè)計值為72 576 kN?；￠T支承體采用簡支鋼梁型式替代常規(guī)混凝土錨塊方案，支承鋼梁為箱型結(jié)構(gòu)，兩端通過預(yù)應(yīng)力錨索將閘墩與鋼梁連接成一體，有效減小了閘墩寬度?；￠T支臂推力全部由預(yù)應(yīng)力錨索承擔(dān)，主錨索設(shè)計采用后張法施工，單根錨索永存噸位為4600 kN。

3.大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)及結(jié)構(gòu)研究

初步設(shè)計階段，按照裝機(jī)容量1600 MW，共進(jìn)行了六個方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，包括6、7、8、9臺機(jī)組，左岸布置3臺或4臺機(jī)組對應(yīng)的不同機(jī)組臺數(shù)組合等。8臺機(jī)組（左岸3臺機(jī)組、右岸5臺機(jī)組）方案充分利用了地形地質(zhì)條件，機(jī)組制造難度適中，發(fā)電效益合理，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)。

水輪機(jī)參數(shù)既標(biāo)志著機(jī)組技術(shù)水平，也決定著機(jī)組造價，關(guān)系到電站的投資效益和安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)工程運(yùn)行條件，結(jié)合國內(nèi)外制造廠家的征詢意見，對水輪機(jī)參數(shù)選擇進(jìn)行了系統(tǒng)研究。初選大藤峽機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速為68.2 r/min，此時額定比轉(zhuǎn)速為551.2 m·kW，高于國內(nèi)外類似工程的統(tǒng)計曲線；比速系數(shù)為2756，此值與銀盤、桐子林、樂灘等電站機(jī)組相當(dāng)。轉(zhuǎn)輪直徑10.4 m對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速范圍為115.4～223.5 r/min，額定水頭對應(yīng)的單位流量1.679 m3/s，空化安全系數(shù)符合要求，各方面參數(shù)匹配較為合理。

針對低水頭大容量、推力負(fù)荷大、水頭變幅高的特點，綜合考慮制造安裝等因素，對機(jī)組總體結(jié)構(gòu)、水輪機(jī)發(fā)電機(jī)主要部件結(jié)構(gòu)及推力軸承進(jìn)行了系統(tǒng)研究，水輪機(jī)全通道幾何模型見圖2。推薦采用半傘式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子的上方設(shè)有上導(dǎo)軸承，下方設(shè)有下導(dǎo)軸承和推力軸承，推力軸承設(shè)置在下機(jī)架，下機(jī)架的基礎(chǔ)為機(jī)墩混凝土結(jié)構(gòu)，有利于控制和減少機(jī)組振動，減小頂蓋水力振動對整個機(jī)組運(yùn)行的影響。水輪機(jī)座環(huán)是機(jī)組最基礎(chǔ)和最重要的受力傳力部件，采用上下環(huán)板加固定導(dǎo)葉的雙平板結(jié)構(gòu)，從制造工藝以及工地安裝方式考慮，此種制造工藝好，剛強(qiáng)度好，能有效改善低水頭大尺寸流道的受力條件，且安裝調(diào)整簡單，對保障機(jī)組整體安裝進(jìn)度和質(zhì)量控制極為有利。

圖2 水輪機(jī)全通道幾何模型

對比初設(shè)階段推薦的水輪機(jī)參數(shù)和機(jī)組招標(biāo)定廠并通過水輪機(jī)模型驗收試驗后核定的真機(jī)參數(shù)，二者基本一致，表明大藤峽的大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)參數(shù)及結(jié)構(gòu)選擇是合適可行的，同時具備技術(shù)先進(jìn)性。

截止到2023 年9 月，左右岸8 臺機(jī)組已相繼投產(chǎn)發(fā)電，機(jī)組運(yùn)行安全、穩(wěn)定、高效，各項指標(biāo)均能較好地滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

4.高水頭船閘輸水系統(tǒng)及金屬結(jié)構(gòu)研究

（1）自分流輸水系統(tǒng)

船閘通過閘室充泄水系統(tǒng)實現(xiàn)船舶過閘。高水頭船閘的輸水系統(tǒng)既要滿足船舶快速過閘需求，又要保證閘室內(nèi)船舶在各種水流作用下的系泊安全，因此在輸水廊道流量大、流速高的前提下，輸水閥門段廊道、第一分流口、第二分流口等輸水系統(tǒng)關(guān)鍵部位的水力學(xué)問題非常突出，同時還要力求進(jìn)入閘室的水流均衡、平穩(wěn)，出水口的消能布置至關(guān)重要。國內(nèi)外已建較高水頭船閘均采用4區(qū)段等慣性輸水系統(tǒng)，第一、第二分流口多采用立體分流，消能方式有蓋板消能和明溝消能兩種方式。鑒于大藤峽船閘進(jìn)入閘室的水流能量更大，簡單照搬已有輸水系統(tǒng)布置不能解決問題。經(jīng)多次試驗研究，創(chuàng)新提出了自分流全閘室出水輸水系統(tǒng)，該方案將第二分流口由復(fù)雜的立體分流體型修改為大空腔自分流體型，增加了出水支廊道長度，將出水孔區(qū)域的閘室占比由60%左右提高至90%，閘室出水更均衡，出水孔消能也得到明顯改善。閘室輸水時間及充泄水過程3000 t船舶最大系纜力均有較大富余。

（2）金屬結(jié)構(gòu)研究

船閘下閘首人字閘門及輸水系統(tǒng)反弧門體型巨大、運(yùn)行頻繁。圍繞船閘金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備開展了十余項專題研究，其中人字閘門漂移特性及對策、底樞及潤滑結(jié)構(gòu)、底樞結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測及人字閘門抗疲勞技術(shù)等4項技術(shù)研究為行業(yè)內(nèi)首次開展。

人字閘門以其受力簡潔、運(yùn)行靈活成為船閘最廣泛采用的閘門型式，船閘正常工作情況下，每年開關(guān)近10 000次。為了最大程度改善大藤峽下閘首人字閘門低周高應(yīng)力疲勞問題，經(jīng)優(yōu)選，閘門主體結(jié)構(gòu)采用Q390GJD 鋼材，可有效降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中水平，提高閘門的抗疲勞使用壽命。人字閘門底樞是閘門旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的唯一支撐，采用球瓦承結(jié)構(gòu)，由“蘑菇頭”和軸承組成滑動摩擦副。國內(nèi)已建大型人字閘門底樞基本采用固體潤滑劑類自潤滑軸承，“蘑菇頭”多采用鍛鋼表面堆焊不銹鋼或34CrNi3Mo合金鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。人字閘門的使用頻率很高，底樞承受的荷載巨大，檢查底樞磨損情況或更換底樞軸承時，需要船閘斷航并頂升整個人字閘門，維修費(fèi)用高且影響巨大。針對大藤峽船閘人字閘門特點，推薦底樞摩擦副“蘑菇頭”材料采用高碳高鉻不銹軸承鋼G102Cr18Mo，軸承材料為銅合金鑲嵌無鉛PTFE類固體潤滑劑，通過研磨試驗，其正常使用50年后磨損值仍小于2.0 mm，極大降低了人字閘門運(yùn)行期的故障率，確保通航安全及通航效率。

針對傳統(tǒng)人字閘門在更換門軸柱與閘門底部銜接處異形橡膠止水時極為不便、耗時耗力的情況，研究開發(fā)一種新型止水結(jié)構(gòu)，通過增加一道活動底檻，不僅繼承了傳統(tǒng)設(shè)計在止水嚴(yán)密性方面的優(yōu)點，同時從結(jié)構(gòu)上為人字閘門檢修更換密封止水提供條件，大大節(jié)省了船閘檢修時間，減少了人機(jī)消耗。

5.二期截流及圍堰結(jié)構(gòu)研究

大藤峽水利樞紐施工分二期導(dǎo)流。一期導(dǎo)流先圍左岸，江水由束窄后的右岸河床過流，在一期圍堰的保護(hù)下，施工左岸21孔泄水閘、左岸廠房等建筑物。二期導(dǎo)流圍右岸，江水由一期建成的21 孔泄水閘過流，在二期圍堰的保護(hù)下，施工右岸5 孔泄水閘、右岸廠房及擋水壩等建筑物。二期圍堰保護(hù)基坑的同時還承擔(dān)防洪、通航、發(fā)電及補(bǔ)水壓咸等任務(wù)，圍堰持續(xù)高水位擋水運(yùn)行。經(jīng)比選，二期上下游均采用土石圍堰，上游圍堰長約350 m，最大高度50.30 m，最大擋水高度48.8 m，土石方總填筑量115 萬m3，混凝土防滲墻6000 m2，攔蓄庫容達(dá)16.94 億m3。為保證在一個枯水期內(nèi)完成圍堰填筑，2019 年10 月初開始圍堰進(jìn)占，圍堰水下拋填深度約26 m，水下填料無法碾壓密實。實施過程中為降低工程投資，圍堰填筑料源采用壩基開挖石渣料，其中泥質(zhì)粉砂巖和泥巖等軟巖料占比達(dá)50%，對圍堰安全運(yùn)行造成不利影響。

針對圍堰填筑料源差、深水拋填、高水頭運(yùn)行等特殊情況，創(chuàng)新提出了圍堰施工新技術(shù)。結(jié)合模型試驗及數(shù)模分析，準(zhǔn)確預(yù)測陡變河床深水拋填圍堰料與不同防滲體間的變形規(guī)律，對水下拋填料進(jìn)行合理分區(qū)控制，減少拋填料變形不均勻性；根據(jù)塑性混凝土防滲墻深度的變化，調(diào)整防滲墻兩側(cè)填筑料振沖加密范圍，改善了防滲墻的受力條件，降低高水頭作用下防滲墻開裂風(fēng)險；創(chuàng)新提出了土工膜與防滲墻、混凝土縱向圍堰及岸坡結(jié)構(gòu)連接型式，確保土工膜與周邊建筑物緊密連接。圍堰剖面詳見圖3。

圖3 二期上游圍堰剖面圖

大江截流安排在2019 年11 月下旬，相應(yīng)設(shè)計流量2430 m3/s。截流戧堤拋填量18.64 萬m3，受施工條件限制只能從右岸一側(cè)單戧堤進(jìn)占。由于右岸主河槽深切，河床底高程4.00 m，用于分流的泄水閘底板高程22.00 m，分流落差高，截流難度大。

針對截流流量大、龍口段河床主河槽深切、分流條件差、拋投料流失嚴(yán)重等問題，提出了截流戧堤軸線與水流呈最佳交角的方案，改善了堤頭水流條件，減少了戧堤進(jìn)占拋投料流失量。在龍口區(qū)設(shè)置兩道鋼筋石籠攔石坎，對河床進(jìn)行加糙，龍口段采用堤頭偏上游呈45°的上挑角法拋投進(jìn)占，并采用鋼筋石籠（1.5 m×1.5 m×1.5 m）與混凝土四面體（單重20 t）相結(jié)合的人工拋投料，大大減少龍口拋投料流失。

四、結(jié) 語

大藤峽水利樞紐工程前期工作歷時近60年。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，不同發(fā)展時期對工程的任務(wù)和規(guī)模有不同的要求，回顧前期工作調(diào)整過程，可進(jìn)一步了解大藤峽水利樞紐在西江流域的重要作用。設(shè)計團(tuán)隊在不同時期分別開展了大量的分析、研究和論證工作，解決了復(fù)雜地質(zhì)條件基礎(chǔ)處理、大流量泄洪消能、大容量軸流轉(zhuǎn)槳機(jī)組選型及結(jié)構(gòu)型式、高水頭單級船閘輸水系統(tǒng)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備制造安裝和大流量截流及圍堰填筑等諸多技術(shù)難題，為工程順利實施提供了技術(shù)保障。2022年9月工程通過了水利部主持的二期蓄水（61 m高程）階段驗收，2023年9月2日最后一臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，運(yùn)行初期工程攔蓄洪水、通航、發(fā)電及補(bǔ)水壓咸等功能已得到充分發(fā)揮，監(jiān)測資料表明工程各項指標(biāo)良好。