烏東德水電站工程特點(diǎn)

烏東德水電站工程特點(diǎn)

1工程地質(zhì)和基巖地層烏東水庫是金沙江下游所有水庫的第一個水庫。正常蓄水位975.00m，洪水位986.15m，死水位950m，總蓄水74.05億3m，最大壩高265m，年平均蓄水量87.6億kwh。電站以發(fā)電為主,兼有防洪、改善航運(yùn)條件、攔沙等綜合作用,為Ⅰ等大(一)型水電工程。主要建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。電站多年平均流量3870m3/s,多年平均徑流量1220億m3,設(shè)計(P=0.1%)和校核(P=0.02%)入庫洪水洪峰流量分別為35800m3/s和40500m3/s。壩址區(qū)兩岸地形陡峻,谷坡基本對稱,呈狹窄的“V”形橫向谷,高程1150~1200m以下岸坡坡角一般60°~75°,以上坡角43°~45°,正常蓄水位975m處河谷寬度229m,枯水期水面寬100~150m,從河床基巖面起算的河谷寬高比為0.95,壩址區(qū)河床覆蓋層厚52.4~65.5m。壩址區(qū)出露的主要基巖地層為因民組第2段薄層、極薄層大理巖,落雪組中厚層—巨厚層變質(zhì)灰?guī)r、大理巖,局部夾薄層變質(zhì)灰?guī)r、大理巖、千枚巖,并以厚層和巨厚層變質(zhì)灰?guī)r、大理巖為主,巖質(zhì)堅硬完整。兩岸巖溶不發(fā)育,僅右岸發(fā)育的K25溶洞規(guī)模較大。2壩身及基礎(chǔ)布置方案確定壩址區(qū)河谷狹窄,岸坡陡峻,兩岸山體雄厚,建壩巖體主要為Ⅱ類巖體,修建高拱壩的地形地質(zhì)條件優(yōu)越,同時壩址區(qū)無布置岸邊溢洪道的地形條件,壩身是泄洪的主要通道,因此擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩。因電站具有“高水頭、大泄量、窄河谷、河床深覆蓋層”等特點(diǎn),經(jīng)綜合考慮工程的經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行的安全性和靈活性要求后,決定采用以壩身泄洪為主、岸邊分流為輔的泄洪布置方案。壩下消能區(qū)挖除覆蓋層后天然水墊深達(dá)80~125m,消能區(qū)巖石堅硬完整,水墊塘單位水體消能率處于較低水平,因此采用護(hù)岸不護(hù)底的天然水墊塘消能。樞紐泄洪量大、河谷窄,壩身布置了泄洪設(shè)施,不適合布置壩后式廠房。兩岸邊坡陡峻,且壩下水位變幅大,亦不適合布置地面式廠房。兩岸巖體堅硬完整,成洞條件好,適合布置大型地下洞室,因此采用地下式廠房方案。烏東德水電站樞紐布置格局為:大壩為混凝土雙曲拱壩,泄洪消能采用壩身孔泄洪為主、岸邊泄洪洞為輔、壩下天然水墊塘消能的方式,引水發(fā)電系統(tǒng)采用兩岸地下式廠房。3基于相對獨(dú)立性的樞紐布置研究烏東德水電站大壩與兩岸建筑物在布置上具有相對獨(dú)立性,樞紐布置研究的主要內(nèi)容是引水發(fā)電系統(tǒng)與泄洪洞、導(dǎo)流洞的布置協(xié)調(diào),以及各建筑物自身的布置優(yōu)選。3.1壩軸線不對稱于下游精壩壩軸線位置的選擇主要受地形地質(zhì)條件和樞紐布置方案要求的限制。樞紐布置區(qū)建壩條件較好的巖層主要有落雪組第2、3、6段等。若將壩軸線布置在落雪組第6段,壩軸線至下游花山斷層的距離僅350m,難以布置下游圍堰、導(dǎo)流洞出口和電站尾水等建筑物;若將壩軸線布置于落雪組第2段,兩岸地形不對稱且河谷較寬,對大壩不利;考慮到落雪組第3段巖層較厚,巖體條件較好,因此選擇落雪組第3段作為建壩巖體,并盡量遠(yuǎn)離K25溶洞,建壩巖體為厚層、巨厚層夾少量薄層灰?guī)r、大理巖,主要為AⅡ類巖體。3.2壩高、壩異結(jié)構(gòu)電站采用壩身泄洪為主、岸邊分流為輔的泄洪布置方案,岸邊分流既要分擔(dān)樞紐總泄量,又最好能單獨(dú)宣泄常遇洪水。結(jié)合本工程特點(diǎn)和類似工程經(jīng)驗,岸邊分流量按20%~30%考慮。壩身泄洪布置比較了5個表孔6個中孔和5個表孔8個中孔兩種方案,通過模型試驗驗證,兩種泄洪布置方案均能滿足泄洪消能要求。5個表孔6個中孔方案雖壩高增加了3m,但工程量更省,同時還減少了壩身中部的開口率,減少了水流對水墊塘岸坡的沖擊影響。經(jīng)綜合比較,壩身泄洪采用5個表孔+6個中孔的布置方案。岸邊泄洪洞分流比選了新建泄洪洞和導(dǎo)流洞改建方案(包括龍?zhí)ь^和漩流豎井方案),導(dǎo)流洞改建方案單洞泄量有限,大淹沒度高速水流問題復(fù)雜,而節(jié)約工程量有限,推薦新建泄洪洞方案。新建泄洪洞研究了2條和3條泄洪洞方案,根據(jù)壩址區(qū)地形地質(zhì)條件和電站建筑物布置情況,在右岸電站進(jìn)水口和右壩肩之間可以布置2條泄洪洞,而第3條泄洪洞的布置難度很大,要么嚴(yán)重影響廠房布置,要么泄洪洞本身存在洞線過長、轉(zhuǎn)角過大(70°以上)、岀流不暢等問題?？紤]到設(shè)置兩條泄洪洞的分流比達(dá)20.6%,滿足宣泄常遇洪水的需要,同時壩下單位水體消能率較低,消能安全有保證,工程量較省,因此推薦2條泄洪洞方案。3.3混凝土防護(hù)設(shè)計烏東德水電站挖除河床覆蓋層后下游水墊深度達(dá)80~125m,消能區(qū)巖石堅硬完整,抗沖能力強(qiáng),消能區(qū)本身就是一個條件優(yōu)越的水墊塘。采用兩條泄洪洞分流后,單位水體消能率僅9.1kW/m3,因此采用天然水墊塘消能,考慮到回流淘刷作用,對兩岸進(jìn)行了混凝土防護(hù)。水工模型試驗表明,水墊塘邊墻和底板基本處于靜壓分布狀態(tài),僅在P=0.02%工況下底板有22.6kPa的沖擊動水壓力;電站尾水出口淤積輕微,尾水波動對機(jī)組沒有影響;金坪子滑坡處水面平靜,最大流速小于3m/s,且主要以淤積為主。泄洪霧化數(shù)值計算表明,泄洪霧化暴雨區(qū)主要集中在主河槽,金坪子滑坡處霧化雨強(qiáng)小于0.5mm/h,不影響滑坡安全。3.4主開發(fā)層進(jìn)水口建筑布置根據(jù)輸水線路引水洞與尾水隧洞的水力條件及地形地質(zhì)條件,分別對左右岸首部式、中部式、尾部式3種廠房進(jìn)行了綜合比較,為使主廠房洞室群盡可能落在堅硬完整的巖層中,盡可能縮短引水洞的長度,避免設(shè)置上游調(diào)壓井,采用首部式布置方案。受進(jìn)水口部位地形變化較大的影響,難以形成封閉豎井,豎井上部仍需做成塔架結(jié)構(gòu),且進(jìn)口需布置在下游山內(nèi),其開挖量較塔式進(jìn)口更大,因此采用塔式進(jìn)水口型式。主廠房軸線和位置選擇考慮以下因素:布置于地質(zhì)構(gòu)造簡單、巖體完整巖層;主廠房縱軸線方向兼顧主要、次要結(jié)構(gòu)面和最大主應(yīng)力方向,以利于洞室穩(wěn)定;使輸水系統(tǒng)水流順暢,減小流道長度,降低水頭損失,避免設(shè)置上游調(diào)壓室等。綜合以上因素,左岸廠房主要布置于落雪組第2段中厚層大理巖、變質(zhì)灰?guī)r中,主廠房縱軸線與巖層走向夾角約48°;右岸廠房主要位于落雪組第3段中厚層灰?guī)r中,主廠房縱軸線與巖層走向夾角約35°。烏東德水電站引水線路較短,適合采用一機(jī)一洞布置型式;尾水系統(tǒng)從有利于尾水洞和導(dǎo)流洞結(jié)合,同時避免洞徑過大,采用二機(jī)一洞布置方案。3.5尾水隧道及導(dǎo)流洞布置方案探討從樞紐布置、洞室穩(wěn)定、運(yùn)行條件、施工布置和工程量等方面綜合考慮,兩岸電站輸水線路均靠山側(cè)布置,導(dǎo)流洞靠河側(cè)布置。尾水隧洞和導(dǎo)流洞的布置關(guān)系研究了尾導(dǎo)全結(jié)合、尾導(dǎo)不結(jié)合和尾導(dǎo)部分結(jié)合3種方案。尾導(dǎo)全結(jié)合方案,對解決兩建筑物出口布置空間緊張問題4不結(jié)合式支護(hù)方案經(jīng)專題研究和大量的技術(shù)方案比較,最終確定的烏東德水電站樞紐布置方案為:大壩為混凝土雙曲拱壩;壩身布置5個表孔和6個中孔;右岸電站進(jìn)水口與大壩間布置兩條泄洪洞;壩下采用天然水墊塘消能;兩岸地下電站均靠山側(cè)布置;導(dǎo)流洞均靠河側(cè)布置;左岸電站尾水隧洞出口布置于圍堰下游,兩條尾水隧洞與導(dǎo)流洞結(jié)合;右岸電站尾水洞出口布置于圍堰上游,尾水洞與導(dǎo)流洞不結(jié)合。推薦方案的樞紐布置見圖1?；炷岭p曲拱壩壩頂高程988.0m,最大壩高265m,壩頂上游面弧長308.1m,最大中心角89.6°,厚高比0.192,最大拱端厚度52.5m,壩體柔度系數(shù)7.83。泄洪設(shè)施由壩身5個表孔、6個中孔和右岸2條泄洪洞組成,表孔尺寸12.0m×18.0m,堰頂高程957.0m;中孔尺寸6.0m×8.0m,工作門擋水水頭80m;壩下天然水墊塘底高程732.0m,壩下80m范圍設(shè)鋼筋混凝土護(hù)坦,兩岸為接地式護(hù)岸接懸掛式護(hù)岸結(jié)構(gòu),護(hù)岸頂高程860m;泄洪洞采用有壓洞接無壓洞型式,工作閘門室底板高程920m,弧形工作門孔口尺寸14m×10m。兩岸布置地下式電站,各安裝6臺725MW機(jī)組。左岸電站進(jìn)水口底板高程919.4m,引水系統(tǒng)采用單機(jī)單洞,洞徑11.2m,主廠房、主變洞和調(diào)壓室平行布置,凈間距為45m和40m,主廠房開挖尺寸為277m×28m×81.2m,尾水系統(tǒng)采用二機(jī)一洞,直墻圓拱型斷面,尺寸為16m×20m。右岸電站布置型