烏東德水電站樞紐布置

烏東德水電站樞紐布置

1水庫(kù)能力、水質(zhì)烏東水庫(kù)是金沙江下游的四個(gè)水庫(kù)之一。烏東水庫(kù)、白鶴灘、西洛渡和向家水庫(kù)的最大上游水平。項(xiàng)目右岸屬于云南省魯章縣，左岸屬于四川省會(huì)東縣。大壩為混凝土雙曲拱壩、最大壩高270m,水庫(kù)正常蓄水位為975m,庫(kù)容系數(shù)2.50%,具有季調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量10200MW,多年平均發(fā)電量389.3億kW·h,保證出力3160MW。烏東德水電站樞紐區(qū)主要建筑物包括大壩、泄洪消能建筑物、兩岸引水發(fā)電系統(tǒng)及兩岸導(dǎo)流洞,樞紐布置方案在預(yù)可研階段即進(jìn)行了大量研究和方案比選,可研階段又根據(jù)地質(zhì)條件的變化,對(duì)樞紐布置方案作專題研究時(shí),繼續(xù)對(duì)樞紐布置格局進(jìn)行了較大調(diào)整,并隨勘察設(shè)計(jì)工作的不斷深入對(duì)樞紐布置方案進(jìn)行了優(yōu)化和完善。2水利工程建設(shè)樞紐布置是影響水電站安全運(yùn)行及工程投資的最重要因素,作好樞紐布置的核心是趨利避害、統(tǒng)籌兼顧,基礎(chǔ)是充分掌握工程建設(shè)的各項(xiàng)基礎(chǔ)資料,包括水文泥沙、地形地質(zhì)、工程規(guī)劃及運(yùn)行要求等,上述各項(xiàng)基礎(chǔ)資料中,地質(zhì)資料的不確定性最大,對(duì)樞紐布置的影響也最大。烏東德水電站樞紐布置的基本情況如下。(1)壩線選擇確定采用中壩線。(2)正常蓄水位975m,裝機(jī)容量10200MW,引水發(fā)電系統(tǒng)需兩岸布置。(3)壩址多年平均流量3850m3/s,多年平均年徑流量1210億m3,址壩1000a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量35800m3/s、5000a一遇校核洪峰流量分別為40500m3/s,導(dǎo)流工程50a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量26600m3/s,泄洪流量及導(dǎo)流流量巨大。(4)根據(jù)工程防洪要求,防洪限制水位為952m。(5)河道多年平均含沙量1.02kg/m3,50a水庫(kù)壩前泥沙淤積高程846.08m,100a水庫(kù)壩前泥沙淤積高程891.91m,泥沙問(wèn)題不突出,但工程有排沙要求;防洪限制水位下,泄水建筑物需宣泄2~5a一遇常遇洪水。(6)壩址區(qū)河谷狹窄,兩岸岸坡陡峻,山體雄厚,河谷呈狹窄的“V”形,寬高比0.9~1,但峽谷段長(zhǎng)度較短,壩址區(qū)沖溝及斷層發(fā)育,上游橫河向發(fā)育紅溝斷層及大紅溝、紅崖灣溝,白溝斷層及白溝,峽谷段左岸下游發(fā)育花山斷層及花山溝、硝溝、船房溝,右岸下游還發(fā)育有金坪子巨型滑坡。(7)壩址區(qū)地層條件上部為緩傾蓋層、下部陡傾褶皺基底,呈不整合接觸,樞紐建筑物主要位于褶皺基底內(nèi),河谷下部總體為橫向谷,巖層陡傾向下游,其巖性為淺變質(zhì)巖,主要建筑物所處地層為中元古界會(huì)理群因民組()、落雪組(),其中為薄層~極薄大理巖化白云巖,巖體質(zhì)量為Ⅳ1~Ⅳ2級(jí),主要為厚層~中厚層灰?guī)r、白云巖,巖體質(zhì)量為Ⅱ級(jí),其余地層巖體質(zhì)量基本為Ⅲ級(jí)。(8)河床覆蓋層深厚,一般為60~70m。3配置樞紐方案3.1大壩的壩線及壩型烏東德樞紐布置包括大壩、泄洪消能建筑物、兩岸引水發(fā)電系統(tǒng)及導(dǎo)流建筑物的布置,其中,大壩的壩線及壩型在樞紐布置之前已進(jìn)行專題研究,具體選擇中壩線和混凝土雙曲拱壩。樞紐布置需要解決的其他主要問(wèn)題為泄洪消能方案及建筑物布置、兩岸引水發(fā)電系統(tǒng)布置,以及施工導(dǎo)流方案及建筑物布置,各建筑物規(guī)模、布置要求及相互關(guān)系分述如下。3.1.1壩身與岸邊泄洪洞聯(lián)合洪水方案壩址泄洪流量巨大,需采用壩身孔口與岸邊泄洪洞聯(lián)合泄洪的方案,經(jīng)泄洪消能專題研究,壩身布置5個(gè)表孔、6個(gè)中孔,岸邊布置3條泄洪洞。3.1.2預(yù)可研階段地勘成果對(duì)地下洞室布置的控制電站裝機(jī)容量10200MW,采用較成熟的單機(jī)容量技術(shù),需布置12臺(tái)機(jī)組,考慮壩址跨四川、云南兩省,機(jī)組臺(tái)數(shù)宜兩岸對(duì)稱布置;壩址河谷狹窄,兩岸地質(zhì)條件總體優(yōu)良,宜布置地下式廠房。在預(yù)可研階段,兩岸地下廠房均靠山側(cè)布置,導(dǎo)流洞靠河側(cè)布置(見(jiàn)圖1),該布置既有利于縮短導(dǎo)流洞長(zhǎng)度,也利于地下廠房大型油室遠(yuǎn)離壩基抗力體。但是,在可研階段隨著地勘工作的深入,所揭示的兩岸地下廠房地質(zhì)條件較預(yù)可研階段有如下變化。(1)左岸地下廠房。預(yù)可研階段Pt22l段巖性為中厚層大理巖、變質(zhì)灰?guī)r夾薄層、厚層大理巖、變質(zhì)灰?guī)r等,圍巖分類為Ⅱ類和Ⅲ類,Ⅱ類稍多,約占51.8%,廠房成洞條件較好,左岸主廠房位于Pt22l段,靠山側(cè)布置,主變洞、調(diào)壓井大部分位于Pt22l段,小部分位于Pt32l段。隨著可研階段地勘工作的深入,揭示左岸Pt22l段圍巖類別有所降低,由Ⅱ類變?yōu)棰?類,而Pt32l段巖體仍為Ⅱ類,地層完整性和物理力學(xué)性能明顯優(yōu)于Pt22l段,因此,左岸地下廠房三大洞室應(yīng)盡量布置在Pt32l段地層。若維持導(dǎo)流洞靠河側(cè)布置,直接將地下廠房位置調(diào)整至Pt32l段,則引水洞和尾水洞線路均較長(zhǎng),均需設(shè)置調(diào)壓井(如圖2所示),這種布置方式顯然會(huì)大幅增加工程投資,而且使左岸引水發(fā)電系統(tǒng)的流道更加復(fù)雜,因此,左岸地下廠房宜靠河側(cè)布置。(2)右岸地下廠房。預(yù)可研階段右岸地下廠房三大洞室位于Pt32l段,靠山側(cè)布置,該段地層巖性為厚層、中厚層灰?guī)r、大理巖,少部分落在Pt42l段薄層大理巖,右岸地下廠房圍巖類別以Ⅱ類、Ⅰ類為主,約占96.3%,少部分為Ⅲ類。根據(jù)可研階段地勘成果,右岸Pt32l段與Pt42l段分界線較預(yù)可研階段推測(cè)線向上游最大移動(dòng)約80m,且Pt42l段巖體條件比預(yù)可研階段估計(jì)的有較大程度降低,主要為極薄層大理巖化白云巖性狀較差,不宜布置大型地下洞室。受此條件影響,右岸地下廠房布置空間被壓縮,只能靠河側(cè)布置于Pt32l與Pt42l分界線、白溝斷層及江岸線圍成的三角形區(qū)域內(nèi)(見(jiàn)圖3)。3.1.3施工回流方式可研階段對(duì)施工導(dǎo)流方案進(jìn)行了專題研究,綜合考慮壩址地形地質(zhì)等條件、洪水特性和樞紐建筑物布置等因素,采用河床一次斷流、隧洞泄流的施工導(dǎo)流方式。壩址徑流量大,需要布置5條導(dǎo)流洞,可選擇“左2右3”或者“左3右2”布置方式。3.1.4泄洪洞的設(shè)置各建筑物中,地下廠房三大洞室和導(dǎo)流洞平面上需錯(cuò)開(kāi),但出口段可結(jié)合布置;泄洪洞進(jìn)口高程與引水洞基本一致,出口宜避開(kāi)尾水出口,否則泄洪期間水位波動(dòng)過(guò)大可能影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行,因此泄洪洞需完全與引水發(fā)電系統(tǒng)錯(cuò)開(kāi)布置。導(dǎo)流洞進(jìn)出口高程均很低,泄洪洞進(jìn)出口高程都比導(dǎo)流洞高,可考慮適當(dāng)重疊布置,但泄洪洞出口消能建筑物工程量大,與導(dǎo)流洞結(jié)合布置將使導(dǎo)流前期工期十分緊張。3.2樞紐布置格局對(duì)比根據(jù)上述樞紐布置條件及各建筑物布置要求,擬定了4個(gè)樞紐布置格局,分別見(jiàn)圖4~7。對(duì)4個(gè)樞紐布置格局進(jìn)行綜合比較,結(jié)果見(jiàn)表1。綜合比較后,從工程運(yùn)行和安全性出發(fā),推薦方案4。3.3導(dǎo)流洞、泄洪洞布置方案對(duì)樞紐布置格局進(jìn)行比較研究后,以方案4為基礎(chǔ),對(duì)樞紐布置方案做了如下進(jìn)一步優(yōu)化和研究。(1)導(dǎo)流洞布置優(yōu)化。上述樞紐布置格局中,左岸布置3條導(dǎo)流洞、右岸布置2條導(dǎo)流洞,左岸出口有7個(gè)洞口,受地形條件限制,開(kāi)挖量巨大。為了達(dá)到優(yōu)化目的,結(jié)合后期導(dǎo)流方案研究,將導(dǎo)流洞布置調(diào)整為左岸2條、右岸3條,將右岸1條導(dǎo)流洞斷面縮小,并抬高其底板高程,其余4條導(dǎo)流洞適當(dāng)增大斷面,這樣左岸出口可以減少一個(gè),且低導(dǎo)流洞下閘后,通過(guò)高導(dǎo)流洞過(guò)水解決生態(tài)流量問(wèn)題,可取消壩身導(dǎo)流底孔。(2)泄洪洞進(jìn)出口布置調(diào)整。泄洪洞進(jìn)口位于紅崖灣溝下游坡,其上方為高陡條帶坡,進(jìn)口開(kāi)挖開(kāi)口線距離條帶坡坡腳很近,為避免進(jìn)口開(kāi)挖擾動(dòng)上方邊坡,將進(jìn)口洞臉邊坡走向調(diào)整為與洞軸線呈80°布置。樞紐布置的方案4中,泄洪洞出口與尾水之間為巖埂,根據(jù)補(bǔ)充地質(zhì)勘查資料,巖埂部位覆蓋層深厚,不具備保留巖埂的條件,改為設(shè)置混凝土導(dǎo)墻相隔,并設(shè)置人工水墊塘消能。樞紐布置方案優(yōu)化調(diào)整后,各建筑物布置見(jiàn)圖8。4樞紐布置方案比選烏東德水電站壩址河谷狹窄,上下游斷層及沖溝發(fā)育,河床覆蓋層深厚