西藏高原水利工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)分析

陳東東 王培清，2

（1.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝860000；2.河海大學(xué)巖土工程研究所，江蘇 南京210098）

西藏自治區(qū)處于我國西南邊疆，有世界屋脊之稱，位于青藏高原的西南部，面積有120多萬平方公里，平均海拔4000米以上。西藏高原地區(qū)同時也有中華水塔和亞洲水源之稱，在我國未來水資源開發(fā)利用中處于核心地位。

1 西藏高原地區(qū)水資源概況

西藏地區(qū)的水能資源和水資源十分豐富，地表水資源量達到了4 321.4億，約占全國的1/7；人均水資源占有量為152 969.2，比全國人均水資源占有量高出80倍；此外，地下水資源總量高達966.1億。西藏地區(qū)各個河水資源豐富，開發(fā)前景十分廣闊。同時高原地區(qū)地勢高、落差大，雅魯藏布江、瀾滄江、怒江和藏南部分河流，落差均在4 000m以上，其他河流很大一大部分在2 000m以上。豐沛的徑流，巨大的落差，形成了高原各個河流豐富的水力資源。根據(jù)水資源普查和河流研究資料表明，高原水能資源理論蘊藏量達到了2億kW，約占全國水能資源的30%，其中以藏東南地區(qū)的蘊藏量最為集中，僅雅魯藏布江干流的發(fā)電量就可達8 000萬kW[1]。

由于西藏高原特殊的自然條件和地理條件，西藏高原的水量和水力資源蘊藏量在地域分布上十分不均衡，其中藏東南地區(qū)的江河水量占到全區(qū)的54.8%，水力資源蘊藏量占到總量的70%以上。目前為止，高原全部地區(qū)開發(fā)水電站約有400多座，年發(fā)電量約430億千瓦小時，僅僅占技術(shù)可開發(fā)量的6.99%，開發(fā)率僅僅為全國水電開發(fā)率平均水平的一半，水力資源的開發(fā)前景是非常可觀的[2-3]。

2 高原水利工程建設(shè)中的幾個問題

2.1 滲流對高原水利工程建設(shè)的影響

在水利工程中，最主要的是水對工程的破壞作用，一般來說，地表水和地下水是主要的破壞作用，地表水的破壞作用主要表現(xiàn)在沖刷方面，經(jīng)常會被人們注意，因此容易挽救；地下水的破壞主要表現(xiàn)為滲流沖刷作用，而且是不容易被人發(fā)現(xiàn)的，常被忽略，等發(fā)現(xiàn)問題的時候，常常導(dǎo)致較大的破壞。因此在水利工程的建設(shè)中，地下水的破壞作用比地表水的破壞作用更多更嚴重。這其中最突出的是土石壩，究其原因是滲流的問題，這是壩體經(jīng)常建在透水的土基上和壩體本身的透水性導(dǎo)致的［4］。

大壩滲水的原因有很多，主要包括以下幾點：粗骨料和細骨料的配合不符合標準，導(dǎo)致空隙，從而引發(fā)泌水；在施工的過程中，碾壓不夠，導(dǎo)致孔洞；骨料含雜質(zhì)過多在大壩內(nèi)形成縫隙；施工不嚴導(dǎo)致骨料分離形成蜂窩；溫度應(yīng)力引起壩體裂縫；溶蝕作用形成滲漏通道；施工中對坡腳的處理不合標準，導(dǎo)致粗骨料集中堆積從而引發(fā)滲漏；止水失效；上游防滲體失效導(dǎo)致滲漏［5-6］。

2.2 混凝土在高原水利工程建設(shè)中的作用

眾所周知，在工程建設(shè)中，混凝土起的作用非常重要，尤其是在水利工程建設(shè)中，大壩的主體幾乎都是由混凝土建造的，因此混凝土的性能對大壩的使用壽命有著舉足輕重的作用。而高原特殊的地理環(huán)境使得工程建設(shè)中對混凝土的性能指標有著非常特殊并且嚴格的控制，所以混凝土在高原的水利工程建設(shè)中也起著非常重要的作用。

2.3 空化空蝕現(xiàn)象對高原地區(qū)水利工程的影響

在水利工程中，空化空蝕現(xiàn)象是一個非常廣泛存在的問題。它所涉及的范圍廣而復(fù)雜，其中包括形式空泡湮滅的機理，空蝕的性質(zhì)，空化空蝕相關(guān)性，空化噪聲與水利參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，空化比尺效應(yīng)的種種影響，臨界空化和空化改善狀況下的噪聲判斷，空蝕評價指標等等。

空蝕又稱氣蝕，穴蝕。高速流動的流體引起壓力變化，由于液體內(nèi)局部壓強降低，出現(xiàn)蒸汽和空泡，這些蒸汽和空泡發(fā)展湮滅，空泡運動到壓強較高的區(qū)域時，空泡湮滅反彈的過程中產(chǎn)生很大的瞬時壓強，引起固體表面的水體和氣體產(chǎn)生高速射流，對固壁造成破壞[7-8]。

2.4 滑坡問題對高原地區(qū)水利工程建設(shè)的影響

在水利工程建設(shè)中，邊坡問題非常常見，尤其是高原所處的地理環(huán)境，大峽谷高邊坡比比皆是，因此在工程建設(shè)中邊坡的處理方案就占據(jù)著非常重要的位置。一旦發(fā)生了邊坡失穩(wěn)問題，對水利工程的建設(shè)和運營都會造成非常嚴重的影響，甚至?xí)斐扇藛T的傷亡。因此在施工過程中，應(yīng)該盡可能地避免邊坡滑動體的移動，同時采取加固措施提升邊坡的穩(wěn)定性。

下面是西藏高原水利工程邊坡的一些特點：①工程規(guī)模大。藏區(qū)邊坡的高度一般都達到幾百米，開挖的體積數(shù)千萬立方米，水平深度為數(shù)百米級；②邊坡安全性非常重要，關(guān)系到工程安全，同時影響著工程造價和工期；③地質(zhì)條件復(fù)雜。高原地區(qū)地理成因復(fù)雜，滑坡體隨處可見，同時涉及其他的各種構(gòu)造，如高地應(yīng)力、高地下水位等；④設(shè)計和施工的要求高。

3 高原水利工程建設(shè)存在問題的一些解決意見

3.1 滲流控制[9-10]

在水利工程建設(shè)中防滲處理是非常重要的，根據(jù)以往高原地區(qū)水利工程建設(shè)的經(jīng)驗，工程防滲設(shè)計的目的在于：①減少滲流量；②降低揚壓力；③降低上游面混凝土的水力比降，防止?jié)B透；④降低下游面滲流逸出點（線）的位置或避免其出現(xiàn)，提高壩體的耐久性。

在水利工程建設(shè)之前要進行大壩防滲方案的分析論證，對于大壩的防滲結(jié)構(gòu)，排水孔，防滲帷幕和排水管道等都要經(jīng)過論證分析。同時還要做好滲流場的計算，分析大壩滲流場特性，并提出不同的滲流控制方案。上游滲出的水體經(jīng)過排水孔的排水降壓，導(dǎo)入壩體的排水道排出壩體。大壩的運行中要保證防滲體不開裂，同時要保證排水孔排水幕正常運行，只有這樣才能保證大壩的壽命。

3.2 混凝土的應(yīng)用[11]

西藏的地理環(huán)境非常特殊，晝夜溫差大，因此對于混凝土的選擇很重要，溫度變形不能太大；西藏的一些地區(qū)常年低溫，要選擇抗凍性能良好的混凝土；西藏大部分地區(qū)紫外線非常強烈，因此有必要研究混凝土在強烈紫外線照射下的力學(xué)性能；地理環(huán)境造成大壩的施工繁雜，應(yīng)運用合適的高性能混凝土。同時根據(jù)西藏的地域性特點設(shè)計新型混凝土方便施工和維持強度。

滲水問題在高原地區(qū)水利工程建設(shè)中比較嚴重，因此，應(yīng)該選擇一些特殊的有防滲結(jié)構(gòu)的混凝土。比如“金包銀”的防滲結(jié)構(gòu)；混凝土薄層防滲結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土面板防滲結(jié)構(gòu)；混凝土的自身防滲；變態(tài)混凝土防滲；薄膜薄層防滲結(jié)構(gòu)等等。

在混凝土的配合比設(shè)計和施工過程中尤其要注意細節(jié)，規(guī)范施工。比如用水量不能過多，否則易導(dǎo)致混凝土內(nèi)形成毛細管滲流路徑；如果水泥使用不合標準，就會引發(fā)泌水，形成空隙；施工中要充分振搗以防形成孔洞；骨料不含太多雜質(zhì)，否則易形成縫隙；混凝土規(guī)范施工，否則易導(dǎo)致骨料分離，引起架空與蜂窩；施工中應(yīng)該注意層面和縫面上下層嵌接，以免造成縫隙。

3.3 空化空飾現(xiàn)象的一些處理意見

高原地區(qū)海拔高，氣壓低，空化空蝕現(xiàn)象尤為嚴重。因此，在高原地區(qū)建設(shè)水利工程，一個關(guān)鍵性的技術(shù)要求就是要盡量減少空化空蝕對施工和后期運行的破壞。在此，可以借鑒區(qū)外處理這種問題的先進技術(shù)，同時也要根據(jù)高原地區(qū)特殊的地理環(huán)境，在建設(shè)中找出適宜我區(qū)環(huán)境的措施來降低這種現(xiàn)象的影響。

水力機械空化空蝕是一個普遍現(xiàn)象，不但在高原地區(qū)水利建設(shè)存在，國內(nèi)外的水利工程建設(shè)中都要考慮這個問題，這是一個難點問題，目前尚缺乏統(tǒng)一的認識。關(guān)于空化空蝕，未來的發(fā)展趨勢主要集中在以下幾個方面：完善和發(fā)展數(shù)值模擬理論與技術(shù)，更廣泛將這些理論運用到實際工程中；在水力機械空化空蝕的研究中，可視化技術(shù)的發(fā)展和成熟提供了很多便利的條件，在解決空化空蝕問題方面將起到重要作用；在水利機械的運行中，實際測量起著非常重要的作用，國內(nèi)外的一些學(xué)者和機構(gòu)已經(jīng)開始著手研究在線檢測系統(tǒng)，在未來水利工程空化空蝕問題中，這些研究將起著重要的作用。

3.4 滑坡問題在高原水利工程建設(shè)中的一些處理意見

在水利工程建設(shè)的過程中，有些邊坡的地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，滑坡的誘導(dǎo)因素也有很多，通過近幾年在高原地區(qū)的部分水利水電工程建設(shè)中一些經(jīng)驗總結(jié)，逐漸形成了一些比較科學(xué)的水利工程邊坡處理措施，對邊坡的加固提供了一些很重要的參考。

3.4.1 采用抗滑結(jié)構(gòu)

抗滑結(jié)構(gòu)是在邊坡滑坡處加固一種抗滑結(jié)構(gòu)，對滑體進行約束，使得邊坡穩(wěn)定。具體處理方案經(jīng)常使用混凝土做出抗滑樁、擋墻、沉井，坐車錨固洞等。

3.4.2 采用錨固技術(shù)

錨固是用一些構(gòu)件如錨索、錨桿等將滑體和滑體后面的穩(wěn)定土層連接在一起。這樣整個滑坡體通過錨桿連接成為一個整體，錨固力對滑坡體進行約束。具體的一些處理措施包括增加土釘墻、錨索等。

3.4.3 改變邊坡環(huán)境

通過改變滑坡體周邊的環(huán)境來進行邊坡加固，提高邊坡自身的穩(wěn)定性，使得邊坡的滑動力降低，達到加固的目的。具體措施包括壓坡、截水、減載、排水等。

4 結(jié)語

在西藏高原特殊的地理環(huán)境下，水利工程建設(shè)出現(xiàn)各種各樣的難題，本文所介紹的幾種關(guān)鍵技術(shù)對以后水利水電工程的施工起到了部分示范作用。

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