烏東德水電站樞紐布置

烏東德水電站樞紐布置

1水庫能力、水質烏東水庫是金沙江下游的四個水庫之一。烏東水庫、白鶴灘、西洛渡和向家水庫的最大上游水平。項目右岸屬于云南省魯章縣，左岸屬于四川省會東縣。大壩為混凝土雙曲拱壩、最大壩高270m,水庫正常蓄水位為975m,庫容系數(shù)2.50%,具有季調節(jié)性能。電站裝機容量10200MW,多年平均發(fā)電量389.3億kW·h,保證出力3160MW。烏東德水電站樞紐區(qū)主要建筑物包括大壩、泄洪消能建筑物、兩岸引水發(fā)電系統(tǒng)及兩岸導流洞,樞紐布置方案在預可研階段即進行了大量研究和方案比選,可研階段又根據(jù)地質條件的變化,對樞紐布置方案作專題研究時,繼續(xù)對樞紐布置格局進行了較大調整,并隨勘察設計工作的不斷深入對樞紐布置方案進行了優(yōu)化和完善。2水利工程建設樞紐布置是影響水電站安全運行及工程投資的最重要因素,作好樞紐布置的核心是趨利避害、統(tǒng)籌兼顧,基礎是充分掌握工程建設的各項基礎資料,包括水文泥沙、地形地質、工程規(guī)劃及運行要求等,上述各項基礎資料中,地質資料的不確定性最大,對樞紐布置的影響也最大。烏東德水電站樞紐布置的基本情況如下。(1)壩線選擇確定采用中壩線。(2)正常蓄水位975m,裝機容量10200MW,引水發(fā)電系統(tǒng)需兩岸布置。(3)壩址多年平均流量3850m3/s,多年平均年徑流量1210億m3,址壩1000a一遇設計洪峰流量35800m3/s、5000a一遇校核洪峰流量分別為40500m3/s,導流工程50a一遇設計洪峰流量26600m3/s,泄洪流量及導流流量巨大。(4)根據(jù)工程防洪要求,防洪限制水位為952m。(5)河道多年平均含沙量1.02kg/m3,50a水庫壩前泥沙淤積高程846.08m,100a水庫壩前泥沙淤積高程891.91m,泥沙問題不突出,但工程有排沙要求;防洪限制水位下,泄水建筑物需宣泄2~5a一遇常遇洪水。(6)壩址區(qū)河谷狹窄,兩岸岸坡陡峻,山體雄厚,河谷呈狹窄的“V”形,寬高比0.9~1,但峽谷段長度較短,壩址區(qū)沖溝及斷層發(fā)育,上游橫河向發(fā)育紅溝斷層及大紅溝、紅崖灣溝,白溝斷層及白溝,峽谷段左岸下游發(fā)育花山斷層及花山溝、硝溝、船房溝,右岸下游還發(fā)育有金坪子巨型滑坡。(7)壩址區(qū)地層條件上部為緩傾蓋層、下部陡傾褶皺基底,呈不整合接觸,樞紐建筑物主要位于褶皺基底內(nèi),河谷下部總體為橫向谷,巖層陡傾向下游,其巖性為淺變質巖,主要建筑物所處地層為中元古界會理群因民組()、落雪組(),其中為薄層~極薄大理巖化白云巖,巖體質量為Ⅳ1~Ⅳ2級,主要為厚層~中厚層灰?guī)r、白云巖,巖體質量為Ⅱ級,其余地層巖體質量基本為Ⅲ級。(8)河床覆蓋層深厚,一般為60~70m。3配置樞紐方案3.1大壩的壩線及壩型烏東德樞紐布置包括大壩、泄洪消能建筑物、兩岸引水發(fā)電系統(tǒng)及導流建筑物的布置,其中,大壩的壩線及壩型在樞紐布置之前已進行專題研究,具體選擇中壩線和混凝土雙曲拱壩。樞紐布置需要解決的其他主要問題為泄洪消能方案及建筑物布置、兩岸引水發(fā)電系統(tǒng)布置,以及施工導流方案及建筑物布置,各建筑物規(guī)模、布置要求及相互關系分述如下。3.1.1壩身與岸邊泄洪洞聯(lián)合洪水方案壩址泄洪流量巨大,需采用壩身孔口與岸邊泄洪洞聯(lián)合泄洪的方案,經(jīng)泄洪消能專題研究,壩身布置5個表孔、6個中孔,岸邊布置3條泄洪洞。3.1.2預可研階段地勘成果對地下洞室布置的控制電站裝機容量10200MW,采用較成熟的單機容量技術,需布置12臺機組,考慮壩址跨四川、云南兩省,機組臺數(shù)宜兩岸對稱布置;壩址河谷狹窄,兩岸地質條件總體優(yōu)良,宜布置地下式廠房。在預可研階段,兩岸地下廠房均靠山側布置,導流洞靠河側布置(見圖1),該布置既有利于縮短導流洞長度,也利于地下廠房大型油室遠離壩基抗力體。但是,在可研階段隨著地勘工作的深入,所揭示的兩岸地下廠房地質條件較預可研階段有如下變化。(1)左岸地下廠房。預可研階段Pt22l段巖性為中厚層大理巖、變質灰?guī)r夾薄層、厚層大理巖、變質灰?guī)r等,圍巖分類為Ⅱ類和Ⅲ類,Ⅱ類稍多,約占51.8%,廠房成洞條件較好,左岸主廠房位于Pt22l段,靠山側布置,主變洞、調壓井大部分位于Pt22l段,小部分位于Pt32l段。隨著可研階段地勘工作的深入,揭示左岸Pt22l段圍巖類別有所降低,由Ⅱ類變?yōu)棰?類,而Pt32l段巖體仍為Ⅱ類,地層完整性和物理力學性能明顯優(yōu)于Pt22l段,因此,左岸地下廠房三大洞室應盡量布置在Pt32l段地層。若維持導流洞靠河側布置,直接將地下廠房位置調整至Pt32l段,則引水洞和尾水洞線路均較長,均需設置調壓井(如圖2所示),這種布置方式顯然會大幅增加工程投資,而且使左岸引水發(fā)電系統(tǒng)的流道更加復雜,因此,左岸地下廠房宜靠河側布置。(2)右岸地下廠房。預可研階段右岸地下廠房三大洞室位于Pt32l段,靠山側布置,該段地層巖性為厚層、中厚層灰?guī)r、大理巖,少部分落在Pt42l段薄層大理巖,右岸地下廠房圍巖類別以Ⅱ類、Ⅰ類為主,約占96.3%,少部分為Ⅲ類。根據(jù)可研階段地勘成果,右岸Pt32l段與Pt42l段分界線較預可研階段推測線向上游最大移動約80m,且Pt42l段巖體條件比預可研階段估計的有較大程度降低,主要為極薄層大理巖化白云巖性狀較差,不宜布置大型地下洞室。受此條件影響,右岸地下廠房布置空間被壓縮,只能靠河側布置于Pt32l與Pt42l分界線、白溝斷層及江岸線圍成的三角形區(qū)域內(nèi)(見圖3)。3.1.3施工回流方式可研階段對施工導流方案進行了專題研究,綜合考慮壩址地形地質等條件、洪水特性和樞紐建筑物布置等因素,采用河床一次斷流、隧洞泄流的施工導流方式。壩址徑流量大,需要布置5條導流洞,可選擇“左2右3”或者“左3右2”布置方式。3.1.4泄洪洞的設置各建筑物中,地下廠房三大洞室和導流洞平面上需錯開,但出口段可結合布置;泄洪洞進口高程與引水洞基本一致,出口宜避開尾水出口,否則泄洪期間水位波動過大可能影響機組穩(wěn)定運行,因此泄洪洞需完全與引水發(fā)電系統(tǒng)錯開布置。導流洞進出口高程均很低,泄洪洞進出口高程都比導流洞高,可考慮適當重疊布置,但泄洪洞出口消能建筑物工程量大,與導流洞結合布置將使導流前期工期十分緊張。3.2樞紐布置格局對比根據(jù)上述樞紐布置條件及各建筑物布置要求,擬定了4個樞紐布置格局,分別見圖4~7。對4個樞紐布置格局進行綜合比較,結果見表1。綜合比較后,從工程運行和安全性出發(fā),推薦方案4。3.3導流洞、泄洪洞布置方案對樞紐布置格局進行比較研究后,以方案4為基礎,對樞紐布置方案做了如下進一步優(yōu)化和研究。(1)導流洞布置優(yōu)化。上述樞紐布置格局中,左岸布置3條導流洞、右岸布置2條導流洞,左岸出口有7個洞口,受地形條件限制,開挖量巨大。為了達到優(yōu)化目的,結合后期導流方案研究,將導流洞布置調整為左岸2條、右岸3條,將右岸1條導流洞斷面縮小,并抬高其底板高程,其余4條導流洞適當增大斷面,這樣左岸出口可以減少一個,且低導流洞下閘后,通過高導流洞過水解決生態(tài)流量問題,可取消壩身導流底孔。(2)泄洪洞進出口布置調整。泄洪洞進口位于紅崖灣溝下游坡,其上方為高陡條帶坡,進口開挖開口線距離條帶坡坡腳很近,為避免進口開挖擾動上方邊坡,將進口洞臉邊坡走向調整為與洞軸線呈80°布置。樞紐布置的方案4中,泄洪洞出口與尾水之間為巖埂,根據(jù)補充地質勘查資料,巖埂部位覆蓋層深厚,不具備保留巖埂的條件,改為設置混凝土導墻相隔,并設置人工水墊塘消能。樞紐布置方案優(yōu)化調整后,各建筑物布置見圖8。4樞紐布置方案比選烏東德水電站壩址河谷狹窄,上下游斷層及沖溝發(fā)育,河床覆蓋層深厚