金漢拉扎水電站首部樞紐設(shè)計(jì)

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金漢拉扎水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣東部的洛吉鄉(xiāng)境內(nèi)，是尼汝河梯級開發(fā)的第2級，以發(fā)電為主，為高水頭引水式電站，最大水頭420 m，主要建筑物由首部樞紐、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房三大部分組成。壩址位于尼汝河金漢拉扎附近，下距尼汝河第一大支流洛吉河河口約12 km。引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房均位于尼汝河右岸，引水隧洞長8.93 km。壩址控制流域面積457.1 km2，多年平均流量為11.6 m3/s，正常蓄水位2 325 m，最大壩高22 m，裝機(jī)容量為2×29 MW，多年平均發(fā)電量為2.65億kW·h。

1 工程概況

根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180—2003)，該工程為三等中型工程，擋水建筑物、引水系統(tǒng)及電站廠房等主要建筑物為3級?；炷灵l壩50 a一遇設(shè)計(jì)洪水流量255 m3/s，500 a一遇校核洪水流量448 m3/s。

1.1 水文氣象及泥沙條件

尼汝河位于低緯度高原橫斷山脈中部，流域內(nèi)地勢高低懸殊，立體氣候極為明顯，四周分水嶺終年積雪不化。流域上游屬高寒山區(qū)氣候，下游屬中暖和低熱氣候。受大氣環(huán)流形勢及地形的影響，具有干濕季節(jié)分明，低緯度高原季風(fēng)氣候特點(diǎn)。多年平均氣溫為5.9℃，極端最高氣溫25.6℃，極端最低氣溫-27.4℃；多年平均降水量為636.5 mm，降水量年內(nèi)分配亦不均勻，6～9月約占年降水總量的73.6%；多年平均風(fēng)速為2.3 m/s，最大風(fēng)速為22.0 m/s，多年平均日照為2 155.9 h，多年平均蒸發(fā)量為1 670.6 mm，多年平均濕度為70%。

壩址處多年平均輸沙量為2.32萬t，其中多年平均懸移質(zhì)輸沙量為2.02萬t，多年平均含沙量0.055 kg/m3。

1.2 工程地質(zhì)條件

(1) 區(qū)域地質(zhì)與地震。尼汝河流域?qū)俚嵛魃降貚{谷區(qū)中的麗江山原湖盆亞區(qū)地貌單元，地處橫斷山脈高山峽谷與云南高原接壤地帶。工程區(qū)位于松潘-甘孜褶皺系中甸褶皺帶和揚(yáng)子準(zhǔn)地臺麗江臺緣褶皺帶接壤部位，屬基本穩(wěn)定區(qū)。主要區(qū)域性活動(dòng)斷裂位于工程區(qū)西南側(cè)，距工程區(qū)較遠(yuǎn)，因此整個(gè)工程區(qū)屬基本穩(wěn)定區(qū)。工程區(qū)根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，壩址區(qū)50 a超越10%地震動(dòng)峰值加速度為0.1 g，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。

(2) 首部樞紐地質(zhì)條件。 壩址區(qū)屬深切割高山峽谷地形，河道較狹窄，水流湍急，兩岸無沖溝發(fā)育。壩址區(qū)出露的基巖為華力西期侵入輝綠巖體，第四系覆蓋層主要為沖積、崩沖積、崩坡積和冰川堆積。首部樞紐大部分地基上部11～14.5 m為砂礫卵石夾漂石、碎塊石，下部20～22 m為漂石含砂礫卵石夾一層厚約5 m的碎石混合土；下伏基巖為輝綠巖，微新狀態(tài)，構(gòu)造裂隙較發(fā)育或不發(fā)育。

2 首部樞紐設(shè)計(jì)

首部樞紐擋水建筑物從左到右依次為混凝土溢流壩、沖沙閘和右岸連接段等，上游布置鋪蓋、取水槽和進(jìn)水塔，下游布置消力池和海漫，溢流壩右岸墩墻內(nèi)設(shè)生態(tài)供水管。攔河壩壩頂總長91.15 m，最大壩高22 m。該工程采取開敞式和閘控相結(jié)合的方式，滿足泄洪及沖沙要求。泄洪、沖沙建筑物由寬46 m的開敞式溢流堰及孔口5 m×4 m(寬×高)的沖沙閘組成。下游消能建筑物采用底流消能型式。

(1) 混凝土溢流壩的設(shè)計(jì)?；炷烈缌鲏味伍L62.5 m，分為4個(gè)壩段，溢流前緣長46 m，堰頂高程2 325 m。堰頂采用WES堰面曲線，上游壩坡1∶1，下游與1∶0.8的直線段相切，直線段下部與半徑7.5 m的反弧段相切，后與下游護(hù)坦相接。為更好地適應(yīng)地形，減少開挖，并與下游護(hù)坦很好地銜接，將溢流壩底部設(shè)計(jì)為折坡型式。溢流壩底部上游設(shè)寬6.3 m齒墻，墻底高程2 305 m，齒墻底部接防滲墻；下游齒墻寬11.5 m，墻底高程2 303.5 m；中間水平段壩底高程2 306 m，中間水平段和上下游齒墻段分別通過1∶2坡相接。

對壩體混凝土進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，溢流壩底部和上游迎水面采用C25混凝土，內(nèi)部采用C15混凝土，溢流面采用厚1 m的C35混凝土。

(2) 沖沙閘的設(shè)計(jì)。沖沙閘為胸墻式平底閘，左接混凝土溢流壩段，右接右岸連接壩段。沖沙閘總寬13.3 m，順流向長25 m，左側(cè)閘墩厚2 m。為減小沖沙閘尺寸，充分利用右側(cè)回填土重來增加抗滑穩(wěn)定性，右側(cè)閘墩設(shè)計(jì)為變截面型式，頂寬2 m，以1∶0.3坡接高程2 315 m處的承臺。沖沙孔進(jìn)水口底高程1 896 m，設(shè)工作門和事故門，均采用平板鋼閘門控制。工作門和事故門共用一道胸墻，事故門采用后止水與胸墻連接，工作門與胸墻間采用前止水。胸墻在高程2 317.51 m以上厚1 m，門頂附近厚3 m?？醉敳捎脵E圓曲線，后接1∶6的直線段。閘頂高程2 328 m，底板頂部高程2 310 m，底板厚2.5 m。上下游均設(shè)齒墻，齒墻深1 m。上游齒墻寬2.8 m，底部接防滲墻，下游齒墻寬1.5 m。

(3) 引水、防沙和沖沙設(shè)計(jì)。金漢拉扎水電站為高水頭引水式電站，水輪機(jī)對泥沙含量及粒徑要求較高。為有效解決懸移質(zhì)過機(jī)泥沙和節(jié)省工程投資，電站可不設(shè)沉沙池，設(shè)計(jì)中采用以庫代池方案，采取導(dǎo)、攔、沉、沖相結(jié)合的工程措施。為保持原河道走勢和泄流沖沙順暢，溢流壩及沖沙閘等主要建筑物布置在主河床上，電站進(jìn)水口布置在沖沙閘右岸上游，進(jìn)水口和沖沙閘之間用圓弧段擋墻連接，進(jìn)水口和溢流堰之間設(shè)置隔墻，進(jìn)水口底板頂部高程2 312 m，沖沙閘底板頂部高程2 310 m，形成2 m高攔沙坎，將沉積在進(jìn)水口的泥沙通過沖沙閘排向下游，形成正面泄洪、排沙，側(cè)面引水的樞紐布置格局。

(4) 右岸連接段的設(shè)計(jì) 。沖沙閘與右岸山體之間連接段長約15 m，若采用混凝土非溢流壩段，則會(huì)增加山體開挖及混凝土工程量。通過分析比較，在該連接段澆筑厚1 m的混凝土板，混凝土板上下游側(cè)利用開挖料回填，分層澆筑、及時(shí)回填，形成類似于土石壩心墻的混凝土刺墻。對混凝土板底部與下部混凝土防滲墻，通過擴(kuò)大斷面的踵板連接。為使混凝土板更好地適應(yīng)上下游側(cè)回填土沉降的壓縮變形，對混凝土板進(jìn)行分縫分塊處理，設(shè)置水平縫和豎直縫，縫間設(shè)厚為2 cm的泡沫板。

(5) 基礎(chǔ)處理及防滲設(shè)計(jì)。溢流壩及沖沙閘基礎(chǔ)位于第四系覆蓋層上，若將該覆蓋層全部挖除，工程量太大。由于首部樞紐建筑物不高，覆蓋層承載力可以滿足建筑物要求，只需清除表層的根系土或地表雜物，平整碾壓密實(shí)后即可以充分利用，對局部實(shí)施固結(jié)灌漿或置換處理。

防滲設(shè)計(jì)以“上堵下排”為原則，由鋪蓋、垂直防滲體、齒墻和止水等組成。溢流壩上游設(shè)長6 m、厚1 m的鋼筋混凝土防滲鋪蓋，其頂部高程2 307.5 m。垂直防滲體采用混凝土防滲墻+帷幕灌漿型式，防滲墻厚0.6 m，深入弱風(fēng)化基巖1 m，頂部嵌入上部建筑物齒墻內(nèi)40 cm，頂部現(xiàn)澆厚20 cm的混凝土，設(shè)置紫銅止水片并填以麻絲瀝青。帷幕灌漿深入5 Lu以下。

刺墻分縫設(shè)紫銅止水片，刺墻與右岸山坡間設(shè)置混凝土止水梗。止水梗呈梯形斷面，頂部寬1 m，底部寬1.4 m，厚50 cm，與巖體通過錨桿錨固，與刺墻間設(shè)紫銅止水片。

3 結(jié) 語

金漢拉扎水電站首部樞紐采用開敞式溢流堰和閘控相結(jié)合的泄洪方式，形成正面泄洪、排沙，側(cè)面引水的樞紐布置格局；采取導(dǎo)、攔、沉、沖相結(jié)合的工程措施，較好地解決了引水沖沙問題。該首部樞紐布置能充分適應(yīng)地形地質(zhì)條件，建筑物結(jié)構(gòu)型式簡單、布置合理、技術(shù)可靠且安全經(jīng)濟(jì)，可為山區(qū)河流引水式電站首部樞紐布置提供參考。