煙峰水電站技術(shù)方案研究

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(1.四川省青衣江樂山灌區(qū)(流域)管理局，四川 樂山，614000；2.樂山市水利電力建筑勘察設(shè)計研究院，四川 樂山，614000)

煙峰水電站技術(shù)方案研究

謝洪波1，曾林森2，鐘有勝2

(1.四川省青衣江樂山灌區(qū)(流域)管理局，四川 樂山，614000；2.樂山市水利電力建筑勘察設(shè)計研究院，四川 樂山，614000)

本文對煙峰水電站的閘址、引水線路、廠房的選擇工作等多方面進行了比較研究，從中找出經(jīng)濟安全的綜合方案，為電站的長期效益發(fā)揮提供了很好的方法，并從實際工作中提取了重要因素進一步總結(jié)了相關(guān)水利水電工程技術(shù)方案比較和研究的經(jīng)驗。

煙峰水電站 閘址選擇 引水線路選擇 廠房選擇 技術(shù)方案 比選

1 工程概況

煙峰水電站位于四川省樂山市馬邊彝族自治縣境內(nèi)，首部樞紐由閘壩、進水閘等組成，距茶溪電站廠房0.8km，最大壩高36.5m，正常蓄水位805m，總庫容61.1萬m3，是馬邊河干流最上游一級電站，下游為官帽舟電站。閘址距縣城40km，位于梅子壩鄉(xiāng)馬邊河上游主流挖黑河與左岸支流憲家普河匯合口以下1.2km，其間河長11km，利用天然落差138m，河道平坡比降12.55‰。可研階段設(shè)計裝機24MW，電站平均發(fā)電量14824萬kW·h。工程區(qū)地處康滇南北向構(gòu)造帶與四川盆地北東向構(gòu)造帶交接地區(qū)，區(qū)內(nèi)褶皺斷裂發(fā)育。工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，工程區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期0.40s，地震動峰值加速度0.15g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

2 技術(shù)方案研究內(nèi)容

煙峰水電站為小I型水電站工程，其永久性主要建筑物——攔河閘(壩)、引水隧洞、管橋、發(fā)電廠房、升壓站等按4級設(shè)計，永久性次要建筑物及臨時性建筑按5級設(shè)計。

2.1 閘址選擇

2.1.1 方案擬定

本電站閘址選擇河段為茶溪電站尾水出口以下1km河段。再往下游選壩址，受壩高及地形的限制，將出現(xiàn)丟失水頭的情況。通過實地踏勘，根據(jù)地形、地質(zhì)條件，在上述范圍內(nèi)選出上、下2個閘址方案供本階段研究比選。上閘址位于茶溪電站尾水出口以下90m，下閘址相距上閘址720m。具體布置及各比較方案見圖1。

圖1 閘址比選方案布置

2.1.2 閘址方案比較

(1)地形地質(zhì)：綜合上下閘址地形地質(zhì)條件，上閘址受地形地質(zhì)條件限制，沉沙池只能布置于洞內(nèi)。整個閘址處于灰?guī)r區(qū)，其巖溶現(xiàn)象十分發(fā)育，防滲處理困難，根據(jù)樂山已建工程的經(jīng)驗，其防滲效果不一定好，故從地形地質(zhì)條件考慮下閘址有明顯優(yōu)勢，推薦下閘址。

(2)工程型式及布置：上、下閘址均采用全閘方案，主河床中布置泄洪閘和沖沙閘，于右岸岸邊布置進水口。但由于上閘址庫容小，采用洞內(nèi)沉沙池方案沉沙。上閘址工程布置的主要優(yōu)點：①壩的高度較??；②土地淹沒少。主要缺點：①地質(zhì)防滲處理具有不確定性；②沉沙池布置困難；③引水隧洞相對下閘址長842m。下閘址工程布置的主要優(yōu)點：①采用以庫代池方案，取消沉沙池，工程布置單一，運行管理方便；②有日調(diào)節(jié)庫容；③取水防沙效果好；④引水隧洞長度短。主要缺點：①壩的高度較大，工程量較大；②土地淹沒多。因此從水工布置來看，下閘址采用以庫代池方案，取水防沙問題能得到較好的解決，故下閘址方案較優(yōu)。

(3)施工：上下閘址施工條件基本一樣，但上壩址施工難度大，隧洞增長將影響整個電站工期。故施工上下閘址優(yōu)。

(4)工程量及投資：上、下閘址相比，擋水工程量下閘址多，引水工程量上閘址多。從工程量總體來看，下閘址略大。從工程投資來看，也是下閘址較大。具體工程投資見表1。

表1 上、下閘址的主要技術(shù)指標

注：方案比較均采用上調(diào)壓室、上廠址方案。

(5)環(huán)境影響：從淹沒來看，上閘址淹沒和工程占地較少，但所產(chǎn)生的棄碴較多。下閘址淹沒和工程占地較多，但多為河灘地和荒地。

(6)動能：單從多年平均發(fā)電量來看，上閘址略多于下閘址，但未考慮建壩后所引起的水量滲漏損失電量。由于下閘址有日調(diào)節(jié)水庫的調(diào)節(jié)作用，將明顯改善電站的發(fā)電質(zhì)量，增加電站效益。

(7)比較結(jié)果：經(jīng)以上比較，上閘址雖然投資少，淹沒少，但地質(zhì)條件、工程型式和布置、施工、動能等方面均遜于下閘址，故推薦下閘址。

2.2 引水線路選擇

本次設(shè)計河段長11km，平面呈“Z”字形，鑒于其特殊性，線路方案選擇時，在左右岸線路基礎(chǔ)上，增加一條中線方案，即線路前段沿右岸布置，后段跨馬邊河沿左岸布置。共3條引水線路方案進行比較。各方案布置情況見圖2。

2.2.1 左線方案

(1)地形地質(zhì)條件：左岸引水線路長8972.13m(含管橋長150m)，所經(jīng)地層圍巖類別以Ⅱ、Ⅲ類為主。

(2)工程布置：左線方案總長8972.13m，采用有壓圓形隧洞引水方案，洞徑3.6m。引水隧洞從取水口、沿左岸木廠灣至二坪溝，架管橋跨溝從沙腔鄉(xiāng)后山體中穿過，經(jīng)剌竹灣、彎板凳至下沙匡上廠址。廠區(qū)建筑物順河布置，升壓站、副廠房、主廠房呈一字形排列，進廠房沿河道下游進入廠區(qū)。

2.2.2 中線方案

(1)地形地質(zhì)條件：中線方案右岸洞段長3214.07m，之后采用管橋跨馬邊河至左岸，左岸洞長4299.13m，整個隧洞巖性基本同左岸線路，圍巖類別以Ⅱ、Ⅲ類為主，其圍巖情況略好于左線方案。

(2)工程布置：中線方案沿下閘址右岸取水口順右岸布置，在沙腔鄉(xiāng)下游1km里采用管橋跨河至左岸，在A4點與左線方案重合以后洞線、調(diào)壓井、管道、廠區(qū)布置同左線方案。洞線長7703.20m(含管橋190m)，洞徑3.6m。

2.2.3 右線方案

(1)地形地質(zhì)條件：右線方案沿右岸取水口取水，經(jīng)總長9570m的隧洞引水至右岸廠房發(fā)電。整個右岸地形復(fù)雜，支溝發(fā)育，分布有3條主要的支溝，坡度較緩。圍巖類別以Ⅲ類、Ⅳ類為主。

(2)工程布置：整個右線方案洞長9547m，右岸有3條主要的沖溝，若全部采用繞溝方案，則整個洞線較長，很不經(jīng)濟。結(jié)合支溝的具體情況和隧洞的高程銜接，前兩條支溝以溝埋管形式過溝，而后一條支溝由于規(guī)模較大，擬用管橋跨過。廠區(qū)建筑物順河布置，主廠房、副廠房、升壓站一字排列，進廠公路從左岸經(jīng)公路橋進入右岸廠區(qū)。

圖2 煙峰電站引水線路比較方案布置

2.2.4 方案比較

各方案動能經(jīng)濟指標見表2。

表2 引水線路方案主要經(jīng)濟指標

由表2引水線路方案比較可以看出，工程量及投資上右線方案最多，左線方案次之，中線方案最少；動能指標上，中線方案最好，左線方案次之，右線方案最差。

2.2.5 比較結(jié)論

3條線路方案在地形地質(zhì)、工程布置、工程量及投資、施工、動能指標各方面比較如下：

(1)地形地質(zhì)：右線方案跨3條沖溝，Ⅳ類、Ⅴ類圍巖占45%，中線、左線方案Ⅳ、Ⅴ類圍巖占37%、31%，地質(zhì)上右線方案最差；

(2)工程布置：右線方案過3條小支溝，左線方案過二坪溝，中線方案過馬邊河。中線、左線方案均須修建一管橋跨溝，右線方案則設(shè)置二段溝埋管，一座管橋。廠房另建一進廠公路橋；

(3)工程量及投資：中線方案工程量及投資最省，左線方案較多，右線方案最多；

(4)施工：左線方案有美馬公路順河而行，可以利用，只須修建至支洞公路。中線方案前3214m布置在右岸，1#支洞處須建1跨河臨時公路橋。右線方案則須新修2～3座臨時跨河公路橋及4km左右臨時公路。施工條件上左線最優(yōu)，右線最差，中線居中；

(5)動能指標：中線方案最優(yōu)，左線次之，右線最差。

經(jīng)以上比較，得出如下結(jié)論：中線方案地質(zhì)條件、工程量及投資、動能指標方面具有明顯優(yōu)勢，作為引水線路推薦方案。

2.3 廠址選擇

2.3.1 廠址方案選擇

煙峰電站以下為官帽舟電站，其水庫正常蓄水位為670.00m，回水至下沙匡附近。配合引水線路方案比較，本階段對左、右岸廠址作了比較，右岸引水線路最長，投資最大，故不作推薦。右岸廠址也存在交通不便，后山頂二迭系灰?guī)r崩塌現(xiàn)象嚴重等問題，故也不作進一步研究。本階段推薦左岸廠址方案。結(jié)合左岸廠址區(qū)段的地形地質(zhì)條件，在下沙匡吊橋上、下游選擇兩個廠址進行比較。

2.3.2 上廠址、下廠址方案比較

(1)地形地質(zhì)條件：上、下廠址調(diào)壓井、管道均埋置于山體中，圍巖類別Ⅲ類，無明顯差別。上廠區(qū)基巖邊坡為反向坡，較穩(wěn)定，而下廠區(qū)后邊坡為第四系崩坡積層，厚10m～20m，不穩(wěn)定，山頂二迭系灰?guī)r在風化、卸荷作用下，雨季時有崩塌現(xiàn)象，對廠房不利。所以，地質(zhì)條件上廠址優(yōu)于下廠址。

(2)工程布置：上廠址區(qū)能滿足布置地面廠房的條件，建筑物布置較合理，廠區(qū)后邊坡穩(wěn)定性較好。下廠址區(qū)地面坡度較大，只能大開挖形成廠區(qū)場地，造成后邊坡偏高。同時廠區(qū)后面美馬公路以上為堆積體，對以后建筑物將是一安全隱患，同時引水隧洞將增長439.14m。

(3)動能經(jīng)濟指標：上、下廠址動能經(jīng)濟指標見表3。

表3 上、下廠址方案動能經(jīng)濟指標

由表3可知，上廠址動能指標優(yōu)于下廠址。

(4)施工條件：上、下廠址區(qū)地處馬邊河左岸，距美馬公路高差20m～28m，施工中對公路無大的干擾，兩方案施工條件無大的差別。

綜上所述，從地形地質(zhì)條件、廠區(qū)布置、動能經(jīng)濟指標、工程投資等方面看，上廠址較優(yōu)，本階段以上廠址為推薦方案。

3 結(jié)論

(1)煙峰電站可研、初設(shè)階段引水線路進行了左岸、右岸、多方案綜合比較確定，引水線路上段穿越馬邊河右岸山體，中間管橋段160m跨馬邊河，下段引水線路位于馬邊河左岸，長約7130.555m。引水隧洞較長，沿線地形起伏較大，沖溝發(fā)育，穿越地層多，古生界寒武系至中生界三迭系地層，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺、斷層多。巖性為砂巖、頁巖、泥巖、灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、玄武巖等。隧洞埋深10m～500m。以堅硬巖和中硬巖為主，軟巖次之。隧洞圍巖主要為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖。引水隧洞主要工程地質(zhì)問題有地下水、塌方、溶洞、巖爆。通過工程處理措施，保證了引水隧洞的穩(wěn)定和安全，滿足了引水隧洞的通水要求。2009年10月建成蓄水至2016年，引水隧洞穩(wěn)定、邊坡穩(wěn)定。電站情況良好，運行效益較好。

(2)電站技術(shù)方案的確定是一個全面綜合而又復(fù)雜的過程，其中涉及各專業(yè)，分為不同階段、不同社會經(jīng)濟條件、不同的現(xiàn)場情況、不同的綜合因素等情況。針對煙峰電站，前一階段進行了規(guī)劃調(diào)整，將本段河道兩級電站沙腔電站和煙峰電站兩級開發(fā)合并為一級煙峰電站開發(fā)，總體指標優(yōu)于兩級開發(fā)。而針對煙峰電站可研設(shè)計工作，以水工技術(shù)方案布置為重點，水工、地質(zhì)、水文、施工、水保、環(huán)評、概算、水機、電氣、金結(jié)、消防等各專業(yè)多次到現(xiàn)場踏勘，結(jié)合地勘資料以及收集的各方面材料和相關(guān)條件，經(jīng)過技術(shù)論證，研究對比，收集各方反饋信息后，以方案比較結(jié)果參數(shù)再綜合各方信息，最終確定了較優(yōu)的水工技術(shù)方案。重點在于引水線路的選擇，閘址方案和廠址方案的比選，以及引水建筑方式的確定。在總體地質(zhì)條件及外在資源優(yōu)勢不足的情況下，大大優(yōu)化了電站的經(jīng)濟技術(shù)效益指標，體現(xiàn)了技術(shù)方案優(yōu)化的重要性并帶來的巨大效益。

綜上所述，工程項目的總體技術(shù)方案必須加強力量，定好技術(shù)負責人，配備好各專業(yè)技術(shù)帶頭人，多方踏勘，收集各方資料，加強研究，通過綜合比選來最終確定。

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