吉沙水電站勘測設計及體會

吳義航，鄧毅國，掌于昶，張紅梅

（中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024）

吉沙水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣境內(nèi)的碩多崗河主河道上，是碩多崗河流域規(guī)劃一庫八級中的第2個梯級電站。由首部樞紐、引水隧洞、調(diào)壓井、高壓管道和地面發(fā)電廠房等組成。電站首部樞紐位于小中甸鎮(zhèn)上吉沙村東側(cè)1.5 km處，廠房位于首部樞紐下游約20.7 km的花椒坡村。水庫正常蓄水位3132.00 m，死水位3123.00 m，設計洪水位3134.20 m，校核洪水位3136.10 m，水庫總庫容251.92萬m3，調(diào)節(jié)庫容109.09萬m3（天然），為日調(diào)節(jié)水庫。電站總裝機容量120 MW，多年平均發(fā)電量5.628億kW·h，年利用小時數(shù)4690 h，電站額定水頭485.00 m，單機發(fā)電流量14.37 m3/s，采用引水式開發(fā)，引水系統(tǒng)總長約15.58 km，為長引水工程。

工程于2004年4月正式開工，2005年1月完成導流洞施工，當年河床截流；2004年10月開始大壩左右岸邊坡開挖和支護，2005年6月開始壩體混凝土澆筑，至2007年12月壩基固結(jié)灌漿和帷幕灌漿結(jié)束，首部樞紐施工完成。引水隧洞工程于2004年5月正式開工，2007年5月全線貫通并開始襯砌和灌漿施工，至2008年7月完成；引水隧洞5條施工支洞于2008年1月完成封堵。調(diào)壓井開挖于2005年3月開始，2006年6月結(jié)束，2007年11月襯砌完成。廠房開挖于2005年2月開始，2005年6月開始澆筑混凝土，2007年12月完成。機電和金屬結(jié)構(gòu)安裝工程于2007年5月開始，2007年12月完成。吉沙水電站于2007年12月完成下閘蓄水驗收，2008年1月開始下閘蓄水，2008年11月兩臺機組正式并網(wǎng)發(fā)電。2009年11月，吉沙水電站完成了工程竣工安全鑒定。

1 工程設計簡要歷程

在規(guī)劃設計階段，吉沙為單獨開發(fā)，初擬裝機容量為60 MW。2002年12月，云南碩多崗河發(fā)電有限責任公司就吉沙水電站的預可行性研究、可行性研究、招標設計和施工詳圖設計進行招標，中國水電顧問集團北京勘測設計研究院 （以下簡稱 “北京院”）通過投標，中標承擔吉沙水電站的勘測設計任務。北京院在進行了多次現(xiàn)場查勘和充分的技術(shù)研究以后，提出了將吉沙水電站和下一個梯級一家人電站 (規(guī)劃裝機40 MW)合并開發(fā)的建議方案，并于2003年1月完成了 《云南省迪慶州碩多崗河吉沙～一家人河段開發(fā)方式研究 （補充規(guī)劃）報告》。報告認為，從地形地質(zhì)、水工布置、機組機型、電站出線、施工布置和工程投資等方面綜合評價，吉沙與一家人合并開發(fā)優(yōu)于分級開發(fā)。從規(guī)劃補充階段的成果看，合并后的電站工程總投資、單位電能投資、單位kW投資和電站的年利用小時數(shù)等均為國內(nèi)中型電站中經(jīng)濟指標較優(yōu)越的電站，具有良好的開發(fā)條件。

2003年3月，補充規(guī)劃報告在昆明通過專家咨詢及審查。根據(jù)審查意見，合并開發(fā)方案有利于水能資源的充分利用，工程投資較少，同意兩級合并成一級開發(fā)，合并后的電站仍稱為吉沙水電站。

2003年1月，北京院組織地質(zhì)、勘探、測量以及設計各專業(yè)人員進行現(xiàn)場踏勘，在現(xiàn)場初步擬定了首部樞紐、引水洞軸線和廠址。同時，對野外地勘和測繪工作進行了部署，預可行性研究工作全面展開。2003年2月，測量、地質(zhì)、勘探等專業(yè)相繼進點并開展工作；2003年5月，完成正常蓄水位初選和裝機容量的比選工作，推薦本階段正常蓄水位為3130 m，電站裝機容量為120 MW。2003年6月，基本完成了預可行研究階段的野外測量、地勘、水庫淹沒調(diào)查、施工外部環(huán)境調(diào)查、施工道路、施工供電、施工主要用材調(diào)查等外業(yè)工作；完成了壓力引水隧洞洞徑的比選和高壓管道條數(shù)的比選工作。初擬引水壓力隧洞洞徑3.3 m。2003年6月，完成首部樞紐位置選擇論證工作，經(jīng)綜合比較，推薦首部樞紐位置在紅旗橋下游約3 km處。2003年6月，完成 《云南碩多崗河吉沙水電站預可行性研究報告》，同年8月通過云南省發(fā)展計劃委員會組織的審查。由于預可研工作細致，基礎(chǔ)比較扎實，在預可研之后只用了半年的時間，于2003年12月編制完成了 《云南碩多崗河吉沙水電站可行性研究報告》，并于2004年1月通過云南省發(fā)展計劃委員會組織的審查。2004年初，吉沙水電站工程正式開工建設。北京院在安排做好招標和施工詳圖設計工作的同時，積極配合現(xiàn)場施工，保證現(xiàn)場技術(shù)供應和設代配合。 2008年11月工程建成發(fā)電。

2 工程設計

2.1 設計標準與開發(fā)任務

吉沙水電站是一座以發(fā)電為主的Ⅲ等中型工程。大壩、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房按3級建筑物設計。按中國地震烈度區(qū)劃圖，吉沙電站場地基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.2 g，地震動反應特征周期為0.4 s。主要建筑物采用洪水標準如下:大壩設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為500年一遇；廠房設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為200年一遇；消能防沖建筑物設計洪水標準為30年一遇。

吉沙水電站位于碩多崗河落差比較集中的河道，無航運、過木要求。電站下游無防洪對象，也無灌溉供水要求。由于電站庫容較小，調(diào)節(jié)徑流能力有限，無力承擔防洪、灌溉、供水等綜合利用的能力，因此，電站的開發(fā)任務以發(fā)電為主。

碩多崗河吉沙村至一家人河段全長20余km，落差500多m，平均比降達26‰，非常適合采用引水式開發(fā)。電站最大水頭達540 m，水庫水位變化對水頭影響很小，但水庫形成日調(diào)節(jié)庫容對電站的電能質(zhì)量十分重要。水庫為一河道型水庫，河道兩邊多為懸崖峭壁，形成庫容較小。通過綜合分析比較，考慮進水口的布置、滿足電站發(fā)電所需日調(diào)節(jié)庫容的需要，以及水庫回水不淹沒峽谷出口處的農(nóng)田等因素，選擇水庫正常蓄水位為3132.00 m，死水位3123.00 m，設計洪水位3134.20 m。

2.2 首部樞紐

首部樞紐位置根據(jù)日調(diào)節(jié)庫容、水工建筑物布置條件、不淹沒小中甸平原等因素確定。通過選擇比較，選定壩址位于紅旗橋下游約3 km的河段上，此段河道狹窄，寬度約20 m左右，兩岸山勢陡峻，原始森林茂密，經(jīng)樞紐布置滿足引水首部進水口布置要求，河道寬度能滿足布置泄水建筑物的要求，采用導流洞方式導流。壩型為混凝土重力壩，壩頂高程3137 m，最大壩高36.2 m。

首部樞紐包括攔河壩、下游消力池、引水系統(tǒng)進水口等。壩頂總長74.75 m，共分5個壩段。自右至左依次為右岸非溢流壩段 （長22.3 m）、表孔溢流壩段 （長20.5 m）、排沙泄洪底孔壩段 （長11.5 m）、左岸非溢流壩段 （長14.5 m）和左岸連接壩段 （長9.75 m），壩頂寬8 m。大壩上游壩面鉛直，下游壩坡坡比 1∶0.75。

岸塔式進水口布置在左岸壩前約18 m處，進水口底板高程3116.00 m。

2.3 引水系統(tǒng)

碩多崗河蜿蜒曲折，右岸有兩個大的回頭彎道，如果采用右岸引水方案，順河道裁彎取直布置方式，引水隧洞共4次跨越碩多崗河，采用地下埋管與明管相間設計，跨河段設置管橋，設計復雜，施工難度較大，投資也將增加。右岸引水方案如果采用不跨河方案，引水線要增長約2 km，不僅工程量增加較多，電站水頭損失也較大。因此，從工程布置，建筑物的安全性、工程造價、運行管理、施工進度及復雜程度等方面比較，左岸引水線路優(yōu)于右岸引水線路，為此，采用左岸裁彎取直的引水線路。

引水系統(tǒng)由岸塔式進水口、長引水隧洞、阻抗式調(diào)壓井、高壓管道等建筑物組成。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，以及與大壩、廠房的相互關(guān)系，采用 “一洞兩機”的引水布置方式。各建筑物均進行了水力計算，其水頭損失、經(jīng)濟流速、調(diào)壓井穩(wěn)定面積、最高涌浪水位、動水壓力等都滿足規(guī)范要求。

引水線路采用全埋藏式布置，系統(tǒng)總長15.58 km。引水隧洞布置時，為盡量減小洞線長度，基本采用順河道裁彎取直布置。同時，使引水隧洞頂部和側(cè)向均滿足覆蓋層厚度要求，圍巖不產(chǎn)生水力劈裂。隧洞上游部分走向為 N297°E，下游部分走向轉(zhuǎn)N320.75°W，上覆厚度90～250 m。調(diào)壓井為引水系統(tǒng)襯砌型式變化的分界點，進水口至調(diào)壓井段為壓力引水隧洞，全長14.47 km，設計水頭16～105 m，采用鋼筋混凝土和噴混凝土襯砌，調(diào)壓井至廠房段為高壓管道段，全長約1074 m，設計水頭較高，約110～650 m，采用地下埋管鋼板襯砌。高壓管道軸線方向為N36.152°E，采用一條主管斜井方案，設2條中平段，廠房前約38 m處分岔，分為2條支管正向進廠。

由于引水隧洞較長，沿線地質(zhì)條件變化大，大部分洞段地質(zhì)條件差。設計全線采用圓形斷面，內(nèi)徑3.3～4.3 m，永久襯砌采用鋼筋混凝土襯砌或噴錨支護，布置了固結(jié)和回填灌漿。Ⅲ類圍巖采取隨機錨桿、噴混凝土支護；Ⅳ類圍巖采取系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土支護；Ⅴ類圍巖采取全斷面鋼格柵拱架、超前管柵、全斷面系統(tǒng)錨桿和掛網(wǎng)噴混凝土支護。采取上述支護措施后洞室圍巖基本穩(wěn)定。

調(diào)壓井采用阻抗式，圓形斷面，內(nèi)徑7.5 m，井高104.11 m。調(diào)壓井后設事故閘門。調(diào)壓室后為高壓管道，鋼板襯砌，主管內(nèi)徑前段為2.6 m、下平段為2.3 m，流速為5.41、6.92 m/s，支管內(nèi)徑1.4 m，流速9.33 m/s。

2.4 廠房布置與機組選型

電站地面廠房位于虎跳峽鎮(zhèn)花椒坡村，廠區(qū)建筑物由主機間、安裝間、上游副廠房和下游副廠房、尾水渠、開關(guān)站、機修間等組成，主廠房尺寸 （長×寬×高）為58 m×21 m×36 m。主廠房凈寬18 m，2臺機組間距19m，安裝場布置在廠房右端，長度18m。

吉沙水電站屬于高水頭中型水電站，機組安裝海拔高程較高，適用于本電站水頭范圍的機型有沖擊式和混流式水輪機。在廠房土建投資方面，沖擊式機組尺寸長度和跨度都要大一些，但由于采用地面廠房布置方案，布置廠房的地形較為開闊、平緩，因廠房尺寸增加的土建工程量有限。由于國內(nèi)500 m水頭段采用混流式機組的電站很少且無運行經(jīng)驗。即使是在世界范圍內(nèi)，對水頭500 m以上的混流式水輪機有成熟技術(shù)的公司也只有2～3家。500 m水頭段沖擊式機型技術(shù)較為成熟，生產(chǎn)廠家較多，有利于機組招標采購。因此，選用沖擊式水輪機 （進口轉(zhuǎn)輪）。經(jīng)招標選廠確定，機組由昆明電機廠制造提供，水輪機型號CJKA001-L-217.2/6×18.1，額定轉(zhuǎn)速為428.6 r/min，額定出力為61.5 MW，額定流量為14.19 m3/s；發(fā)電機型號SF60-14/4650，額定容量為70.588 MV·A，額定電壓10.5 kV，額定電流3881 A。

3 結(jié)語

（1）吉沙水電站引水隧洞長達14.5 km，隧洞沿線地質(zhì)條件復雜，對于這樣的長引水隧洞工程，不僅要重視前期的勘探和隧洞的開挖、支護設計，施工管理更是保證工程質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。

（2）長引水隧洞工程的施工分標和施工步序安排、工期控制應科學合理，尤其要重視根據(jù)施工隊伍的能力和水平合理分標，以保證工期目標的實現(xiàn)。還要重視開挖與支護的進度協(xié)調(diào) （避免只顧開挖而不及時支護），嚴格按設計要求襯砌與灌漿等。采取嚴格的施工管理措施，處理好施工進度與質(zhì)量之間關(guān)系。

（3）合理選擇水輪機及其主要參數(shù)，對機組穩(wěn)定運行具有重要的意義。吉沙水電站設計結(jié)合國產(chǎn)或進口制造廠家的設計制造水平以及本工程的具體條件，通過技術(shù)經(jīng)濟方案比較，合理選擇確定機組型式、臺數(shù)及機組技術(shù)參數(shù)，取得了良好的運行效果。

（4）吉沙水電站工程地處高寒山區(qū)，氣候寒冷，生態(tài)環(huán)境脆弱，森林植被資源非常寶貴。在電站設計過程中要重視保護生態(tài)環(huán)境，盡量減少占地和取用當?shù)夭牧峡赡軐Νh(huán)境造成的破壞。在建設施工過程中，把生態(tài)環(huán)境保護放在突出的位置上，施工結(jié)束注意生態(tài)恢復。

（5）水電工程的建設應和當?shù)氐慕?jīng)濟社會發(fā)展緊密結(jié)合。吉沙水電站的建設為當?shù)夭貐^(qū)脫貧致富，促進民族地區(qū)的經(jīng)濟和邊疆社會安定有著十分重要的政治和經(jīng)濟意義。同時，為當?shù)靥峁┝肆畠r的電能，實現(xiàn)以電代柴，減少對森林的砍伐，促進生態(tài)資源的良性循環(huán)，取得經(jīng)濟效益社會效益雙贏。