糯租水电站首部枢纽的优化调整设计

２ＯＯ８年４期总第１６５期　糯租水电站坝基基础处理设计　糯租水电站首部枢纽的优化调整设计　程鹏张崇祥周旭云　（中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南昆明６５００５１）　摘要：昆河铁路沿江经过糯租水电站拦河坝的右岸坝肩，故电站建设的重要前提和难点是必须在保　证铁路运输时刻畅通无阻的情况下进行工程施工。文章通过对首部地形地质条件和可研阶段的首部　枢纽布置方案的介绍，分析了对其进行优化调整的必要性和可行性，并据此提出了优化调整方案。　优化调整后的方案施工顺利，且确保了铁路的畅通。　关键词：首部枢纽；优化调整；铁路路基；边坡；河床冲积层　Ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ＆Ａｄｊｕｓｔｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｈｅａｄ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　ｏｆ　Ｎｕｏｚｕ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｃｈｅｎｇ　Ｐｅｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｃｈｏｎｇｘｉａｎｇ，Ｚｈｏｕ　Ｘｕｙｕｎ　（Ｈｙｄｒｏｃｈｉｎａ　Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００５　１，Ｙｕｎｎａｎ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｋｕｎｍｉｎｇ—Ｈｅｋｏｕ　Ｒａｉｌｗａｙ　ｐａｓｓｅｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｆｉｇｈｔ　ｄａｍ　ａｂｕｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｍ　ｏｆ　Ｎｕｏｚｕ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ，　ＳＯ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｒｅｍｉｓｅ　ａｎｄ　ｄｉｉｆｃｕｌｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｔｏ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ　ｕｎｉｍｐｅｄｅｄ　ｒａｉｌｗａｙ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ａｔ　ａｎｙ　ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｙｔ　ｔｏ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｏｆｒ　ｔｈｅ　Ｎｕｏｚｕ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｈｅａｄ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｌａｙｏｕｔ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｐｈａｓｅ；ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｉｔ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔｅｄ　ｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ａｆｔｅｒ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｃａｎ　ｕｇａｒａｎｔｅｅ　ｓｍｏｏｔｈ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｕｎｉｍｐｅｄｅｄ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｏｆｒ　ｒａｉｌｗａｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈｅａｄ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　９。Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ：Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｕｂｇｒａｄｅ：Ｓｌｏｐｅ：Ｒｉｖｅｒｂｅｄ　Ａｌｌｕｖｉｕｍ　１工程概况　程为Ⅲ等中型工程，其永久性主要建筑物为３级、次　糯租水电站位于南盘江干流中游，是南盘江中下　要建筑物为４级，临时建筑物为５级。　游河段水电开发一库十级规划方案中的第五个梯级电　２首部枢纽区地形、地质条件简述　站。开发河段位于云南省玉溪市华宁县和红河卅ｆ弥勒　县的界河上。昆河铁路沿江而下，经过该电站拦河坝　坝段河床宽２０～２５ｍ，河床地形坡降３．５％，水　的右岸坝肩。　面高程为１２４９～１２５０ｍ。左岸地形相对完整，高程　工程为低坝引水式开发，以发电为单一目标。枢纽　１２７０ｍ以下为悬崖，坡度大于６５。，高程１２７０ｍ以　由挡水闸坝、左岸有压隧洞、调压井、压力埋管、地下　上坡度为３５。～４５。。右岸坡高程１２９５ｍ以下坡度　厂房和地面升压站等组成。总库容为５５２．６１　Ｘ　１０　ｍ　，　约４０。～４５。，以上坡度２５。～３０。，昆河铁路在　调节库容１７７．３６×１０　ｍ　。电站装机容量为３　ｘ　２５ＭＷ，　右岸坝肩通过。两岸分布有不完整的Ｉ、ＩＩ级阶地。　设计引用流量３　Ｘ　３３．４ｍ　／ｓ，保证出力１５．４ＭＷ，年　首部枢纽区地层主要由第四纪覆盖层与志留纪　利用小时４８８９ｈ，年发电量３．６６７　Ｘ　１０　ｋＷ．ｈ。根据　中统马龙群地层组成。第四纪（Ｑ）主要有：①人工堆　（（防洪标准　（ＧＢ５０２０１—９４）和　水电枢纽工程等级　划分及设计安全标准））（ＤＬ５１８０—２００３）之规定，工　收稿日期：２００８－１１－２０　作者简介：程鹅（１９７７一　），男，河南平顶山人，工程师，主　要从事水工建筑物设计工作。　云南水电技术　积（Ｑ。）（铁路线上的碎石及开挖弃渣）；②河床砂卵　砾石层（Ｑ　＋Ｐ　），组成物为漂石、砾石、砂，１２４２ｍ　高程以上夹有淤泥及砂土，结构中等密实～密实，分　布于河床；③崩塌堆积（Ｑ　），组成物为块石、巨　石夹粉质粘土，分布于右岸铁路周围。志留纪中统　马龙群主要有：Ｓ２ｍ　：为中厚层状灰～深灰色球粒　２００８年　总第１６５期　灰岩夹中薄层灰～灰褐色瘤状灰岩、页岩组成，厚　８１～１５１ｍ；．Ｓ，１＂１３．　：灰黑色泥灰岩夹薄层页岩，微层　理发育，隐品质构造，层状～碎裂镶嵌结构，主要位　于坝基底部。　坝基位于小江断裂带中部，受小江断裂带影响，　主要为近南北向构造，岩层大体呈单斜产出，走向近　ＳＮ，倾角１８。～２８。。断裂具多期活动性、以压性、　压扭性为主，多为陡倾角。坝基开挖揭露后的断裂　为Ｆ　，分布于河床坝基右侧部位，为下断层，产状为　Ｎ１５。～２０。Ｅ，ＳＥ　６３。，破碎带宽度为３～４ｍ，　属ＩＩ级结构面，组成物质角砾岩夹少部分泥，结构松　散～中等密实。坝基节理发育。　左岸坝基、肩开挖面１２７５．３～１２４４ｍ高程间，岩　体为弱～微风化。呈次块状～块状结梅右岸为强～弱　风化，呈碎裂～次块状结构；河床部位为冲、洪积层，　为砂卵砾石，较密实。　根据地质条件，将坝基分为左岸、右岸及河谷三　个水文地质单元：（１）右岸：为中等透水层，（２）河　谷区：①残坡积混崩积：主要分布于右岸，为中等透　水层。②河床冲积体：砂卵砾石层，为强透水～极强　透水层。（３）左岸：为弱透水～中等透水层，本区岩　溶相当于南盘江期第Ⅲ层岩溶，主要以溶洞、溶隙、　溶孔为主。　３可研阶段的首部枢纽布置　拦河坝为混凝土重力坝，建于灰岩岩基上，最大　坝高４３．５ｍ，坝顶高程为１２７５．３０ｍ，坝顶长７３．１ｍ，　宽１２．０ｍ，下游侧设有人行桥，桥面高程１２７５．３０ｍ，　桥宽１．８ｍ。在河床中右侧布置三孔溢流表孔，孔口尺　寸均为ｌｌｍ×１３．５ｍ（宽×高），堰顶高程１２５６．０００ｍ。　河床左侧布置冲沙孔，孔口尺寸孔为５ｍ　Ｘ　６ｍ（宽　×高），进口底板高程为１２４８．０００ｍ；左岸布置一道　排污道，堰顶高程１２６４．５０ｍ，孔口尺寸３．０ｍ　Ｙ　５．５ｍ　（宽×高）；下游消能方式均采用底流消能。冲沙底孔　消力池底板高程为１２４５．００ｍ，消力池长为４５．０ｍ，消　力池深３．０ｍ。见图１。　４首部枢纽布置优化调整的起因　昆河铁路，又称滇越铁路，建于１９０４－１９１０年，　是我国最早修筑的铁路之一。这条米轨铁路已经成为　图１　可研阶段首部枢纽布置上游立视图　沟通昆明与滇南、越南的交通动脉，时至糯租水电站　开工建设时的２００５年，每天仍有２０余次的列车通过　电站枢纽区，运输工作十分繁忙，因此糯租水电站的　建设的一个重要前提和难点是必须在保证铁路运输时　刻畅通无阻的情况下进行工程施工。　由于昆河铁路沿江而下经过该电站拦河坝的右　岸坝肩，因此大坝施工对铁路产生的不利影响突出表　现为：大坝坝基的开挖将对铁路路基边坡进行开挖削　坡，同时加大了路基边坡的高度，对铁路路基边坡的　稳定构成了较大威胁。　而在首部枢纽的详细勘察过程中，察明右岸为块　石、巨石夹粉质粘土组成的崩塌堆积体，结构松散，　属于修建昆河铁路时开挖的弃渣堆积形成体。而昆河　铁路正是从右坝肩崩塌堆积体上顺江通过，经历了近　百年的沉积固结，路基边坡已经形成了自然稳定。而　坝基的开挖无疑将对这种自然稳定的状态无疑会加以　破坏，坝基清基深度大时甚至会有路基边坡垮塌的风　险。虽然在可研阶段的首部枢纽布置中对铁路路基边　坡进行了锚拉板（锚索１０００ｋＮ），锚筋桩等支护措施，　但为满足建筑物尺寸的要求，需要对锚拉板下部的河　床进行开挖，仍然会冒铁路路基边坡失稳的风险。因　此，对首部枢纽布置的调整是非常必要的，必须尽快　研究提出一个切实可行的调整方案。　根据前期和施工期钻孔资料及现场开挖揭露情　况，河床冲积层物质为砂卵砾石，　ＥＬ．１２４１ｍ以　下无集中分布的粉砂层和淤泥层，且较为密实。通　过土工试验和研究，共颗分级配曲线较为连续，判　别其属于不液化土，且承载力较高（地质建议值为　０．５３ＭＰａ～０．７０　ＭＰａ），能满足设计要求，故认为　河床冲积层经处理后，可以作为大坝基础。因此，对　可研阶段首部枢纽设计方案中的坝基进行优化设计　也具有一定可行性。　５优化调整后的首部枢纽布置　２００８年　期总第１６５期　糯租水电站坝基基础处理设计　针对上述的突出矛盾，经研究讨论制定出了如下　首部枢纽布置优化调整后，混凝土重力坝建基于　措施对首部枢纽进行调整：　（１）将原设计沙冲道５ｍｘ　６ｍ（宽×高）调整为冲　沙洞，洞口尺寸为３ｍ×３．５ｍ（宽×高），工作闸门前　段采用矩形断面，工作闸门后采用城门洞形断面；　（２）将三孔溢流表孔沿坝轴线向左岸平移７．２ｍ；　河床冲积层上，右岸非溢流坝部分建在由块石、巨石　夹粉质粘土组成的崩塌堆积体上。这种情况在以往的　混凝土重力坝工程实践中较为少见，特别是Ⅷ度地震　区。地震液化、渗透稳定及坝基承载力等一系列问题，　是软基上修建混凝土重力坝的突出问题。针对这些问　题，并根据糯租水电站工程的实际情况，设计者做了　专门的研究和论证，并采用了对应的措施，如：右岸　（３）将２　及３　闸孔坝段建基面由原来的弱　风化基岩ＥＬ．１２３２．０００ｍ抬高至河床冲积层ＥＬ　．１２４１．０００ｍ　５【ｂ为提高冲积层的承载力，回填级配碎　铁路边坡的非溢流坝段坝基采用固结灌浆，以提高坝　石至高程１　２４３ｍ并分层（６０ｃｍ）碾压密实。　通过措施（１）、（２），避开了对右岸铁路路基边坡的　开挖；通过措施（３），建基面抬高，避免了坝基开挖对　右岸路基形成的高边坡，并且减少了基坑开挖和支护　工作量，同时也减少了坝体混凝土浇筑量，加快了施　工进度，达到了优化设计的目的。　优化调整后的首部枢纽由挡水建筑物（混凝土溢　流坝、左右岸非溢流坝）、左岸进水口、左岸冲沙洞　组成。坝顶高程１２７５．３０ｍ，最大坝高３４．３０ｍ，坝顶　长度７３．１０ｍ，坝顶宽８．０ｍ。溢流坝及非溢流坝采用　一字并列式布置，从左至右布置有：左岸非溢流坝段、　１　闸孔坝段、２　及３　闸孔坝段、右岸非溢流坝段。溢　流表孔堰顶高程１２５６．００ｍ，左岸冲沙洞进口底板高程为　１２４７．００ｍ，如图２。　按照现行规范对优化调整后的首部枢纽进行复　核：坝顶高程、泄洪建筑物的泄流能力、坝体及坝基　抗滑、抗浮，渗流稳定及应力均满足要求。左岸冲沙　道调整为冲沙洞后不影响泄洪能力，同时取水口处的　“门前清”的效果比调整前更加明显。　通过关键线路工期比较，调整后的坝体施工强度　较为均衡，强度适中，施工工期保证率较高。　图２优化调整后的首部枢纽布置上游立视图　欢迎基承载力；坝踵河床砂卵砾石层处采用厚０．８ｍ的钢　筋混凝土防渗墙，与其下及左右两岸帷幕灌浆实现了　有效的防渗系统等等。　６结语　按照优化调整后的首部枢纽布置方案，２００６年３　月完成了大坝建基面的开挖，并通过了建基面验收。　之后开始坝体混凝土浇筑。２００６年６月至１０月汛期　坝体临时断面过水，经历一个汛期之后，铁路的路基　边坡保持了稳定，铁路运输也没有因为大坝施工而中　断运行，实现了畅通的目标。至２００７年，大坝浇筑至　坝顶，右岸非溢流坝段坐落于铁路边坡之上，成为铁　路边坡的反压重和抗滑挡墙，至此，因大坝施工而对　铁路路基边坡的安全威胁不但彻底解除，而且还大大　提高了其稳定性。至２００８年８月，糯租水电站的第一　台机组实现了发电投产，现场的情况和安全监测资料　均显示首部枢纽运行状况良好。　参考文献　【１】（（水闸设计规范　（ＳＬ２６５－２００１），中国水利　水电出版社，２００１。　［２】（《混凝土重力坝设计规范》（ＤＬ５１０８－１９９９），　中国电力出版社，２０００。　［３】　张崇祥，孟桂萍，程鹏，周旭云，（（糯租水　电站首部枢纽调整报告　［３】　张崇祥，孟桂萍，程鹏，周旭云，　糯租水　电站下闸蓄水验收设计报告　［４】　糯租水电站可行性研究（初设深度）复核　补充报告　［５】　华东水利学院主编　水工设计手册》，水利　水电出版社，１９８３。　投稿　网址　．　一