西藏某水電站場內(nèi)交通設計若干問題探討

王照英，李元明，王傳波，馬海忠，江政德，陳建安

（1.華能瀾滄江水電股份有限公司如美水電工程建設管理局，云南 昆明 650000；2.中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 前 言

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，電量需求逐漸遞增，西藏地區(qū)的水電開發(fā)步入快車道，大型水電工程建設規(guī)模較大，施工周期較長，電站工程所需的設備外形尺寸較大，荷載較重，水電站樞紐多布置于高山峽谷處，場地陡峭，地形條件有限，需要針對水電站的使用特點自建專用公路，解決電站全生命周期的運輸需求。建設方應該提前做好規(guī)劃，結合現(xiàn)場地方交通，綜合考慮布置水電站交通。

1 工程概況

某水電站位于西藏昌都市芒康縣如美鎮(zhèn)，裝機容量2600MW 工程規(guī)模為一等大（Ⅰ）型工程，壩型為心墻堆石壩，壩高315m。電站距左岸318國道2.3km，對外交通較為便利，電站場內(nèi)交通通過在左右岸各布置高中低三層道路形成主干線，各層路間設置高中低連接線，上下游以橋梁溝通兩岸的方式形成立體、環(huán)向、暢通的交通網(wǎng)，場內(nèi)交通工程共計57條道路，里程達80km，其中隧洞29座，全長44.64km，橋梁5座，總計530m。

2 地質條件

工程位于青藏高原的東部，晚印支運動以來一直處于隆起狀態(tài)，尤其新構造時期以來表現(xiàn)為大面積整體性、間歇性急劇抬升，又伴隨明顯的差異性升降運動。區(qū)域地形地貌屬高山地貌，呈現(xiàn)遼闊的高原面、高聳的山脈和深切河流。河流侵蝕下切，多形成深切的高山“V”型河谷，地勢陡峻，區(qū)內(nèi)兩岸山頂高程多在4000m以上，河谷至山頂高差一般大于2000m，為高山深切割區(qū)。工程區(qū)山高坡陡，地形復雜。左岸自然坡度一般為43°，近河床部位多形成陡壁或陡坎，右岸2700m高程以上自然坡度為35°～40°，2700m高程以下為67°，局部為陡壁，河谷總體上為基本對稱的“V”形谷。工程區(qū)兩岸地形陡峻，高差跨度范圍大，邊坡地質條件復雜。兩岸坡淺切沖溝較多，各沖溝多沿坡面垂直河流向發(fā)育，坡降較陡，多在40%以上，沖溝延伸長度多在200～500m之間，少量延伸較長，達1.0km以上。寬度多在10～50m之間，局部稍寬。河流切深多在30～70m，局部溝段切深略有變化。沖溝多為干溝，僅雨季偶見地表徑流，溝內(nèi)多為坡積碎石土，厚度為3～10m；9號沖溝中上部堆積物較發(fā)育，厚度10～30m。由于岸坡沖溝較多，兩岸地形不太完整，坡面巖體較破碎。

場區(qū)地震烈度為Ⅷ，場地類別為Ⅱ類；基本地震動峰值加速度為0.20g；地震動加速度反應譜特征周期為0.45s。

3 交通布置

場內(nèi)交通工程是本項目前期籌建的重要內(nèi)容，主要為后續(xù)大壩、導流洞等主體工程施工打通通道，是整個工程工期控制中的重要一環(huán)，也是整個工程能否按時順利完成的前提條件。

本工程場內(nèi)交通布置除遵循常規(guī)電站交通的布置原則外，還需著重考慮以下因素［1-3］：

（1）場內(nèi)交通的布置宜盡量避開地方交通，以減少地方交通對工程施工的影響，為工程實行封閉式管理創(chuàng)造條件。

（2）根據(jù)施工進度及各年度汛期水位情況、初期蓄水情況布置各高程的交通網(wǎng)，保證在不同施工時期內(nèi)的交通運輸暢通。

（3）壩肩開挖與壩體填筑及其他部位施工道路應協(xié)調一致，盡可能結合，以達到一路多用、降低道路布置難度、節(jié)約工程投資的目的。

（4）壩址區(qū)地形陡峻，局部邊坡開挖與明路布置干擾大，場內(nèi)交通布置以洞室為主。

（5）大壩填筑過程中，考慮大壩中低高程不能跨越心墻、上下游物料交叉運輸問題，在大壩左右岸需分層設置繞壩交通，高高程過壩交通可考慮利用鋼棧橋跨心墻溝通上下游。

（6）外來物資從右岸下游進場，大壩填筑料主要分布在大壩右岸上游及右壩肩部位，土料分布在大壩左岸，交通布置需結合物料分布，左右岸、上下游分散布置，以減輕交通運輸壓力。

地下洞室群分布比較集中，支洞連接主洞的平面交叉較多，泄洪洞、導流洞、放空洞、溢洪洞的大件需要經(jīng)過洞室內(nèi)的平交口運輸至相應位置。本工程洞內(nèi)運輸最長件為橋機大梁，尺寸為27.5m×3.5m×2.8m，在洞室交叉頻繁的地下洞室群，采用垂直相交的平面交叉方式，開挖支護面積大，費用較高，施工難度大。對于走向單一的交叉口運用AUTO TURN軟件進行車輪軌跡模擬，為滿足大件運輸需要，交叉口處采用小角度（45°）；對于物料有雙向運輸需求的交叉口，需要運輸大件時在交叉位置增加一條45°的轉向支洞。

受地形地質條件、復雜而集中的樞紐布置、高地震烈度等的影響，場內(nèi)交通道路布置以洞室為主?？紤]重大件運輸及運輸車輛，橋梁采用汽-80和掛-220作為設計荷載和驗算荷載。

水電站場內(nèi)交通具有分布高差大、道路標準要求高、部分區(qū)域道路布置密集、制約因素多等特點。由于場地局限，高差較大，部分區(qū)域洞室錯綜復雜，在空間上形成立體交叉。場內(nèi)道路根據(jù)功能需要，各等級道路均有涉及。根據(jù)每條路線使用目的，結合物資及工程物料分布情況及運輸強度，主要運輸材料采用25t、32t自卸汽車。在保證使用功能前提下，道路及隧道需設置成不同寬度，以達到優(yōu)化布置，節(jié)省投資的目的［2］。場內(nèi)交通寬度類型統(tǒng)計見表1。

表1 場內(nèi)交通寬度類型統(tǒng)計

4 典型方案及優(yōu)化

4.1 路線優(yōu)化

12號路設計時對明線方案和隧道方案進行了比選（見圖1）。隧道方案起點接6號路K2＋760m處，起點高程2864.7m，終點接右岸壩肩開挖邊坡，高程2985m。路線全長1354.8m，平均縱坡8.95%，其中隧洞1320m，明路34.8m，按照場內(nèi)非主要道路進行設計。明線方案起點接6號路K2＋760m，起點高程2864.7m，終點接右岸壩肩開挖邊坡，高程2985m，由承包方自行修建內(nèi)部道路至3030m高程。路線全長1726.1m，平均縱坡7.0%，路基寬8m，路面寬7m，其中隧洞272m，明路1454.1m。SL6碎裂巖體邊坡在道路開挖后，路基開挖切腳，導致SL6整體安全穩(wěn)定系數(shù)不滿足控制標準，治理方式需要由原先的主動防護網(wǎng)防護形式變更，為強支護（錨索框格梁）邊坡防護；SL18碎裂巖體邊坡pl治理范圍較大，道路設計線形盡量與邊坡開挖治理進行結合設計，盡量利用SL18碎裂巖體邊坡治理開挖馬道平臺，在路線設計高程以上的碎裂巖體治理完成后才具備通車條件。SL18碎裂巖體開挖高度255m，寬250m，治理周期長且治理范圍大，挖方量約50萬m3，棄渣難度較大。

圖1 方案比選平面示意

通常明路設計各方面綜合指標應該優(yōu)于隧道方案，但是在地形陡峭、碎裂巖體分布等地形地質條件下，隧道方案投資較明路方案節(jié)約1800萬；明路方案施工期影響因素較多，碎屑流、沖溝、碎裂巖體碎塊使施工期間不可控因素增加，工期保證難度增加，隧道方案施工期影響因素相對較少；運行期間明路風險較大、隧道方案相對較?。凰淼婪桨覆挥绊戨娬菊w計劃工期，明路方案影響電站直線計劃工期約10個月；隧道方案經(jīng)濟性更好、工期更有保證，推薦采用。12號路方案比選見表2。

表2 12號路方案對比

4.2 索橋優(yōu)化

2號索道橋起點樁號K0＋275.424m，終點樁號K0＋436.224m，橋橋全長為159.8m，橋面凈寬為6.2m（包括人行道），全寬為13m，橋臺采用重力式橋臺，橋臺高程2640m，設計荷載為單車60t。右岸重力式橋臺錨碇設置在深20.72～42.35m的覆蓋層崩坡積塊碎石土上。地基承載力0.35MPa，摩擦系數(shù)μ＝0.45。為解決抗滑移安全問題，對錨碇結構形式進行了對比研究：一是增加基礎尺寸和結構重量；二是在基底增設凸榫。

從工程量角度來看，方案一混凝土4997m3，方案二通過在基礎底部靠近中間位置增加一橫向混凝土凸榫（見圖2），利用凸榫前土層在基礎壓應力下的被動土壓力，增加水平抗力，混凝土為4123m3。混凝土量減少874m3，投資減少約100萬。同時凸榫方案開挖規(guī)模小，施工難度小，最終得以采用。

圖2 凸榫方案橋臺設計側面示意（單位：cm）

4.3 危巖體處理

針對場區(qū)內(nèi)崩塌落石等主要工程地質問題，采用RocFall軟件對某工點存在的危險源進行模擬。模擬滾落石塊大小為2m3，石塊距離地面高度約220m，距離坡腳的水平距離約400m，經(jīng)過現(xiàn)場調查，以現(xiàn)場石塊的實際墜落地點反推坡面參數(shù)，然后通過對石塊在坡面上滾動時的彈跳高度擬定防護網(wǎng)設置的位置，通過對石塊能量的計算模擬，設計被動防護網(wǎng)的防護能級。

滾石在水平滾動距離約250m處達到一個能量峰值約3500kJ，此時彈跳高度約5.5m，在水平滾動距離約250m處達到一個能量低值約2500kJ，此時彈跳高度約1m，此處地形較平緩，鑒于現(xiàn)在被動防護網(wǎng)標準生產(chǎn)和防護的最大能級在能級較大時，需要根據(jù)地形以及計算的彈跳高度位置分級設置防護網(wǎng)，因此在水平距離250m處設置一道被動防護網(wǎng)消減能量，同時在坡腳設置一道被動防護網(wǎng)保證安全。

5 結 語

本文分析了某水電站場內(nèi)交通布置與設計，闡述了大型復雜水電站場內(nèi)交通布置的基本原則，在兩岸主要為強卸荷巖體、地形陡峭且風大、經(jīng)常有滾石及碎屑流的特殊地形地質條件下，設計方案應堅持“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針，交通布置以洞線為主，經(jīng)過對典型路線方案的比選優(yōu)化，論證了隧道方案從工期、造價、施工難度、運營安全等方面都優(yōu)于明線方案，同時論述了平拉索橋設置在覆蓋層時，橋臺基礎底部設置凸榫可以提高抗滑穩(wěn)定性，降低混凝土用量，減小投資。