桐子林水電站工程技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)

徐 勁 松, 何 長(zhǎng) 青, 冷 超 勤

(雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川 成都 610051)

1 工程概況

桐子林水電站位于四川省攀枝花市鹽邊縣境內(nèi)，距上游二灘水電站18 km，距雅礱江與金沙江匯合口15 km，是雅礱江下游最末一個(gè)梯級(jí)電站。電站裝機(jī)4臺(tái)，總?cè)萘繛?0萬(wàn)kW，設(shè)計(jì)枯水年枯水期平均出力22.7萬(wàn)kW，多年平均發(fā)電量29.75億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4 958 h。水庫(kù)正常蓄水位為1 015.00 m，總庫(kù)容0.912億m3，水庫(kù)具有日調(diào)節(jié)性能。水庫(kù)涉及鹽邊和米易兩縣，干流與二灘尾水銜接，一級(jí)支流(安寧河)回水至灣灘水電站，長(zhǎng)度約7 km。桐子林水電站以發(fā)電任務(wù)為主，兼有下游綜合用水要求。

工程樞紐由左岸接頭擋水壩段、河床式廠房壩段、泄洪閘壩段、右岸接頭擋水壩段組成。壩頂總長(zhǎng)度為439.73 m,壩頂高程1 020.00 m，最大壩69.50 m。

左岸擋水壩段(1#～3#壩段)長(zhǎng)51.25 m，壩頂高程1 020.00 m，壩頂寬度13.00 m，最大壩高33.80 m；廠區(qū)樞紐建筑物主要由廠房主機(jī)間壩段(4#～8#壩段)、安裝間壩段、引水渠及其導(dǎo)墻、攔沙坎、尾水渠及其導(dǎo)墻、副廠房、主變及GIS室、進(jìn)廠交通公路(上壩過(guò)壩公路)等組成，廠房壩段沿壩軸線總長(zhǎng)215.40 m，順?biāo)飨蜃畲髮挾葹?9.60 m，最大壩高69.50 m；河床4 孔泄洪閘壩(9#～11#壩段)布置于河床右側(cè)，閘室順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)60.00 m，最大閘壩高63.30 m，下游消力池護(hù)坦表面高程970.00 m，消力池長(zhǎng)度為65.00 m；右岸導(dǎo)流明渠3孔泄洪閘壩(12#～13#壩段)，沿壩軸線方向長(zhǎng)74.60 m，閘室順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度60.00 m，最大閘高58.00 m；右岸擋水壩段(14#～15#壩段)長(zhǎng)50.48 m，壩頂高程1 020.00 m，最大壩高49.00 m。

桐子林水電站采用右岸明渠、主體建筑物分兩段三期進(jìn)行施工的導(dǎo)流方式。一期建設(shè)導(dǎo)流明渠(包括部分泄洪閘和右岸擋水壩段)，2009年11月～2010年5月由縮窄的左河道過(guò)流，2010年6月～2010年10月由河道及明渠基坑過(guò)流，2010年11月～2011年5月由縮窄的左河道過(guò)流；二期建設(shè)河床4孔泄洪閘、電站廠房和左岸擋水壩段，由導(dǎo)流明渠過(guò)流；三期完建明渠內(nèi)三孔泄洪閘及右岸擋水壩段，由主河床4泄洪閘過(guò)流。

桐子林水電站工程于2005年開(kāi)始籌建；2010年9月25日通過(guò)核準(zhǔn)；2010年10月20日正式開(kāi)工；2011年6月導(dǎo)流明渠工程完工；2011年8月1日廠房和泄洪閘工程開(kāi)工；2011年11月28日大江截流。本工程總工期78個(gè)月，其中準(zhǔn)備工程工期25個(gè)月，主體工程工期41個(gè)月，完建期12個(gè)月。2015年3月底第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2016年3月全部建成發(fā)電。

2 工程技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 復(fù)雜地質(zhì)條件下的高邊坡處理

桐子林水電站壩址河段順直、河谷開(kāi)闊，為一不對(duì)稱的“U”型谷。右岸邊坡以F1斷層及影響帶為界，斷層及影響帶寬約30.0 m，F(xiàn)1斷層上游為混合巖，下游為砂頁(yè)巖互層，整個(gè)邊坡以破碎的Ⅴ類巖為主。邊坡高度最低約100.0 m，最高約160.0 m。邊坡開(kāi)挖坡比較陡，一般為1∶0.7、1∶0.75，部分坡比1∶0.5。

中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院以地質(zhì)勘探為先導(dǎo)，借鑒國(guó)內(nèi)外其他類似工程經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)邊坡穩(wěn)定計(jì)算和科學(xué)分析，主要采取淺層噴錨，局部采取深層錨索的支護(hù)手段。右岸邊坡共布置錨索測(cè)力計(jì)13套，多點(diǎn)位移計(jì)4套。目前，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)異常，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 框格式地下連續(xù)墻在水電工程中的首次應(yīng)用

桐子林電站導(dǎo)流明渠布置在右岸灘地上，地質(zhì)條件較差。局部基礎(chǔ)承載力低，抗沖性能很差，不宜作為地基。本工程主要對(duì)導(dǎo)流明渠末端左導(dǎo)墻樁號(hào)0+215.000～0+326.481 m及明渠樁號(hào)0+280～0+340.502 m范圍基礎(chǔ)采用地下連續(xù)墻加固。該區(qū)域覆蓋層深厚，不具備開(kāi)挖建基的條件，同時(shí)該段基礎(chǔ)覆蓋層分界線變化較大，設(shè)置沉井施工困難，且施工工期較長(zhǎng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及實(shí)驗(yàn)情況，經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化后，地下連續(xù)墻順河向設(shè)置2.5道，橫河向設(shè)置12道，結(jié)構(gòu)形式采用框格式，框格間距順河向?yàn)?0 m，橫河向?qū)^(qū)域?yàn)?0 m，明渠區(qū)域?yàn)?7.5 m。

地下連續(xù)墻在水利水電工程中主要還是用作基礎(chǔ)防滲——即防滲墻，用于其它用途的地下連續(xù)墻并不多見(jiàn)。本工程采用框格式地下連續(xù)墻改善軟弱地基基礎(chǔ)，不挖除框格中的覆蓋層，直接用框格式連續(xù)墻結(jié)構(gòu)承擔(dān)水平向和垂直向荷載的處理方法，拓展了地下連續(xù)墻在我國(guó)水利水電工程中的應(yīng)用范圍，對(duì)類似工程具有借鑒意義。

2.3 左岸深厚覆蓋層灌漿設(shè)計(jì)與施工

桐子林水電站二期上游圍堰左堰肩覆蓋層厚約60～91 m，成分復(fù)雜，為沖洪積、塌滑堆積及崩積成因的砂卵石(alQ3)、砂層夾卵石層、塊碎石夾土、砂卵礫石夾粉細(xì)砂、碎石土。覆蓋層帷幕防滲軸線長(zhǎng)193.9 m，有約70 m軸線在寬×高=3×3.5 m的涵洞內(nèi)，防滲灌漿工程總量約2.33萬(wàn)m，最深施工孔深為92 m，施工工期4個(gè)月，高峰平均施工強(qiáng)度為5 800 m/月。

針對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工技術(shù)難度大、工期緊、任務(wù)重，缺乏類似工程經(jīng)驗(yàn)借鑒的實(shí)際情況，施工隊(duì)伍成功研發(fā)了“套管--循環(huán)綜合灌漿法”、“預(yù)設(shè)花管模袋式分段阻塞灌漿法”等關(guān)鍵技術(shù)并得到了成功運(yùn)用。通過(guò)灌漿，灌前先導(dǎo)孔滲透系數(shù)最小值為1.0×10-3cm/s，最大值為6.44×10-2cm/s；灌后檢查孔滲透系數(shù)最小為1.47×10-5cm/s，最大為1.38×10-4cm/s，質(zhì)量檢查全部合格。

2.4 大流量、軟弱河床地基條件下的二期截流

桐子林水電站河床段覆蓋層厚20～30 m，最大厚度約35 m。分為三層，上、下層為砂卵礫石層，中部為粉砂質(zhì)粘土層(厚10～28 m)?；鶐r為混合巖，為弱透水(Lu=1～10)。

經(jīng)過(guò)水力學(xué)計(jì)算，二期截流預(yù)進(jìn)占左戧堤拋投石渣料10.67萬(wàn)m3，進(jìn)占時(shí)段龍口最大平均流速為5.51 m/s，龍口最大落差2.58 m，龍口最大單寬流量21.75 m3/s·m，龍口最大單寬能量50.85 t/s。龍口拋投料總量為2.2萬(wàn)m3。

桐子林參建各方高度重視大江截流，委托國(guó)內(nèi)知名科研院校進(jìn)行了截流模型試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)充分論證研究，制定了行之有效的截流方案，并通過(guò)了國(guó)內(nèi)相關(guān)導(dǎo)截流專業(yè)專家的評(píng)審，為成功實(shí)現(xiàn)雅礱江流域流量最大的大江截流奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.5 一期圍堰、二期圍堰防滲體系控制

桐子林水電站一期縱向圍堰采用了單排高壓旋噴防滲，高噴防滲墻共約4.2萬(wàn) m2，深度一般在40 m以內(nèi)，最大深度約52 m；二期圍堰堰體采用復(fù)合土工膜芯墻防滲，最大防滲高度約13.0 m，堰基采用1.0 m厚混凝土防滲墻防滲，防滲墻共約2萬(wàn) m2，最大深度約67.3 m。一期、二期防滲體系施工均不足5個(gè)月，地質(zhì)條件復(fù)雜，防滲深度大，防滲體系的質(zhì)量控制關(guān)系到圍堰是否能成功閉氣，甚至可能會(huì)影響電站發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

在業(yè)主的主導(dǎo)下，監(jiān)理單位狠抓過(guò)程質(zhì)量控制，施工單位成立了以項(xiàng)目經(jīng)理為首的質(zhì)量管理領(lǐng)導(dǎo)小組，落實(shí)責(zé)任，嚴(yán)格獎(jiǎng)罰制度。最終質(zhì)量檢查鉆孔滲透系數(shù)：一期圍堰防滲墻為10-6～10-7 cm/s，二期圍堰防滲墻為10-6～10-8 cm/s，全孔可視為基本不透水，防滲效果顯著。經(jīng)過(guò)2012年汛期5年一遇大流量洪水考驗(yàn)，二期圍堰基本上“滴水不漏”。

2.6 高水頭、高流速條件下的三期圍堰截流

三期圍堰截流是導(dǎo)流明渠三孔泄洪閘施工的必要條件。導(dǎo)流明渠寬63.8 m， 設(shè)計(jì)流量為12 700 m3/s，單寬流量200 m3/s·m，渠內(nèi)最大流速約12 m/s，各項(xiàng)指標(biāo)為雅礱江流域同類工程第一，部分指標(biāo)列國(guó)內(nèi)前5，各項(xiàng)指標(biāo)均列國(guó)內(nèi)已建工程的前10。

雅礱江公司充分認(rèn)識(shí)到了實(shí)現(xiàn)三期明渠截流任務(wù)的艱巨，在完成了二期截流施工后，即部署了三期截流工作。設(shè)計(jì)和施工單位積極與經(jīng)驗(yàn)豐富的高等院校和科研單位合作，以科學(xué)技術(shù)為先導(dǎo)，通過(guò)水力學(xué)模型試驗(yàn)和原型試驗(yàn)觀測(cè)，將使參建各方進(jìn)一步了解三期截流的水力學(xué)特性，明確施工方案，有效解決技術(shù)上的難題。

2.7 電站引水排沙設(shè)計(jì)

桐子林水電站壩址上游2.5 km處的支流安寧河輸沙量較大，多年平均懸移質(zhì)年輸沙量為1 240萬(wàn)t，推移質(zhì)年輸沙量為13.2萬(wàn)t。該支流河口距壩址較近，淤積體泥沙將很快到達(dá)河口進(jìn)入雅礱江干流，并逐漸向壩前推移。當(dāng)淤積洲頭及推移質(zhì)粗沙抵達(dá)壩前時(shí)，將涉及到攔截干流入庫(kù)泥沙﹑電站攔沙坎﹑推移質(zhì)過(guò)壩及粗沙過(guò)機(jī)等較為突出的工程泥沙問(wèn)題。

2012年業(yè)主已委托國(guó)內(nèi)知名科研單位開(kāi)展了桐子林水電站引水防沙模型試驗(yàn)研究工作，以了解泥沙淤積過(guò)程，提出合理的水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行防沙，確定最優(yōu)排沙方案。

2.8 定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪、座環(huán)等部件尺寸大

桐子林水電站主廠房尺寸為149.40 m×89.60 m×69.5 m(長(zhǎng)×寬×高)，主機(jī)間安裝4臺(tái)軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組具有設(shè)計(jì)水頭低、通流能力大、部件尺寸大(定子外徑17.6 m，810槽；轉(zhuǎn)子外徑15.318 m，磁極45對(duì)；轉(zhuǎn)輪直徑10.09 m，5個(gè)活動(dòng)槳葉；座環(huán)外徑15.8 m，高度5.1 m)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。如何合理的安排機(jī)電安裝的施工布局，減少對(duì)土建施工的影響，確保按期實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)投產(chǎn)發(fā)電、建精品工程的目標(biāo)，是前期需要充分考慮的問(wèn)題。

2.9 大泄量、軟弱基礎(chǔ)條件下的泄洪消能設(shè)計(jì)

桐子林水電站水頭低、洪水流量大，1000年重現(xiàn)期校核洪水流量23 600 m3/s，100年重現(xiàn)期設(shè)計(jì)洪水位流量18 300 m3/s。但限于壩址地形地質(zhì)條件，左岸有成昆鐵路，右岸山高坡陡，溢流寬度受到很大限制，泄洪閘單寬流量較大，泄洪消能問(wèn)題成為該工程樞紐布置的控制因素之一。通過(guò)對(duì)比研究和設(shè)計(jì)優(yōu)化，本工程泄洪系統(tǒng)泄水建筑物由河床4孔泄洪閘壩和右岸導(dǎo)流明渠內(nèi)3孔泄洪閘壩組成。泄洪閘堰頂高程994.0 m，孔口尺寸為16.0 m×21.0 m(寬×高)，閘墩中墩厚5.6 m，邊墩厚4.6 m，閘墩長(zhǎng)度60.0 m。為獲得較好的泄流流態(tài)及消能效果，河床4孔泄洪閘壩閘墩采用寬尾墩進(jìn)行輔助消能，閘墩在閘室后端將孔口寬度縮小至9.1 m。

下游消能防沖設(shè)計(jì)，河床4孔泄洪閘消力池池長(zhǎng)65.0 m，寬85.4 m，消力池底板中部厚4.0 m，上游接尾水閘室尾部設(shè)6.0 m深齒槽，消力池尾端不設(shè)尾坎，但設(shè)6.0～10.0 m防沖齒槽。消力池下游附近，采用大塊石拋填護(hù)底。明渠3孔泄洪閘消力池不設(shè)輔助消能工。

3 結(jié) 語(yǔ)

相比國(guó)內(nèi)其它大型水電站，桐子林工程規(guī)模不大，但難度不小。比如說(shuō)，導(dǎo)流明渠要在兩個(gè)枯期建成，直到現(xiàn)在還有專家覺(jué)得是不可能的事；大流量、軟地基條件下的二期大江截流也是歷經(jīng)艱險(xiǎn)；框格式地下連續(xù)墻在水電工程中的首次應(yīng)用，還有左岸深厚覆蓋層帷幕灌漿等技術(shù)難題也有待我們一一攻克。桐子林電站距離城市較近，對(duì)項(xiàng)目管理也提出了更高的要求。同時(shí)，對(duì)今后建設(shè)同類型電站具有一定的借鑒作用。參建各方將秉承“一分布置，九分落實(shí)”的工作態(tài)度和工作作風(fēng)，將桐子林水電站建成精品工程。