乌东德水电站工程特点

乌东德水电站工程特点

1工程地质和基岩地层乌东水库是金沙江下游所有水库的第一个水库。正常蓄水位975.00m，洪水位986.15m，死水位950m，总蓄水74.05亿3m，最大坝高265m，年平均蓄水量87.6亿kwh。电站以发电为主,兼有防洪、改善航运条件、拦沙等综合作用,为Ⅰ等大(一)型水电工程。主要建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电系统等组成。电站多年平均流量3870m3/s,多年平均径流量1220亿m3,设计(P=0.1%)和校核(P=0.02%)入库洪水洪峰流量分别为35800m3/s和40500m3/s。坝址区两岸地形陡峻,谷坡基本对称,呈狭窄的“V”形横向谷,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处河谷宽度229m,枯水期水面宽100~150m,从河床基岩面起算的河谷宽高比为0.95,坝址区河床覆盖层厚52.4~65.5m。坝址区出露的主要基岩地层为因民组第2段薄层、极薄层大理岩,落雪组中厚层—巨厚层变质灰岩、大理岩,局部夹薄层变质灰岩、大理岩、千枚岩,并以厚层和巨厚层变质灰岩、大理岩为主,岩质坚硬完整。两岸岩溶不发育,仅右岸发育的K25溶洞规模较大。2坝身及基础布置方案确定坝址区河谷狭窄,岸坡陡峻,两岸山体雄厚,建坝岩体主要为Ⅱ类岩体,修建高拱坝的地形地质条件优越,同时坝址区无布置岸边溢洪道的地形条件,坝身是泄洪的主要通道,因此挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝。因电站具有“高水头、大泄量、窄河谷、河床深覆盖层”等特点,经综合考虑工程的经济性、运行的安全性和灵活性要求后,决定采用以坝身泄洪为主、岸边分流为辅的泄洪布置方案。坝下消能区挖除覆盖层后天然水垫深达80~125m,消能区岩石坚硬完整,水垫塘单位水体消能率处于较低水平,因此采用护岸不护底的天然水垫塘消能。枢纽泄洪量大、河谷窄,坝身布置了泄洪设施,不适合布置坝后式厂房。两岸边坡陡峻,且坝下水位变幅大,亦不适合布置地面式厂房。两岸岩体坚硬完整,成洞条件好,适合布置大型地下洞室,因此采用地下式厂房方案。乌东德水电站枢纽布置格局为:大坝为混凝土双曲拱坝,泄洪消能采用坝身孔泄洪为主、岸边泄洪洞为辅、坝下天然水垫塘消能的方式,引水发电系统采用两岸地下式厂房。3基于相对独立性的枢纽布置研究乌东德水电站大坝与两岸建筑物在布置上具有相对独立性,枢纽布置研究的主要内容是引水发电系统与泄洪洞、导流洞的布置协调,以及各建筑物自身的布置优选。3.1坝轴线不对称于下游精坝坝轴线位置的选择主要受地形地质条件和枢纽布置方案要求的限制。枢纽布置区建坝条件较好的岩层主要有落雪组第2、3、6段等。若将坝轴线布置在落雪组第6段,坝轴线至下游花山断层的距离仅350m,难以布置下游围堰、导流洞出口和电站尾水等建筑物;若将坝轴线布置于落雪组第2段,两岸地形不对称且河谷较宽,对大坝不利;考虑到落雪组第3段岩层较厚,岩体条件较好,因此选择落雪组第3段作为建坝岩体,并尽量远离K25溶洞,建坝岩体为厚层、巨厚层夹少量薄层灰岩、大理岩,主要为AⅡ类岩体。3.2坝高、坝异结构电站采用坝身泄洪为主、岸边分流为辅的泄洪布置方案,岸边分流既要分担枢纽总泄量,又最好能单独宣泄常遇洪水。结合本工程特点和类似工程经验,岸边分流量按20%~30%考虑。坝身泄洪布置比较了5个表孔6个中孔和5个表孔8个中孔两种方案,通过模型试验验证,两种泄洪布置方案均能满足泄洪消能要求。5个表孔6个中孔方案虽坝高增加了3m,但工程量更省,同时还减少了坝身中部的开口率,减少了水流对水垫塘岸坡的冲击影响。经综合比较,坝身泄洪采用5个表孔+6个中孔的布置方案。岸边泄洪洞分流比选了新建泄洪洞和导流洞改建方案(包括龙抬头和漩流竖井方案),导流洞改建方案单洞泄量有限,大淹没度高速水流问题复杂,而节约工程量有限,推荐新建泄洪洞方案。新建泄洪洞研究了2条和3条泄洪洞方案,根据坝址区地形地质条件和电站建筑物布置情况,在右岸电站进水口和右坝肩之间可以布置2条泄洪洞,而第3条泄洪洞的布置难度很大,要么严重影响厂房布置,要么泄洪洞本身存在洞线过长、转角过大(70°以上)、岀流不畅等问题。考虑到设置两条泄洪洞的分流比达20.6%,满足宣泄常遇洪水的需要,同时坝下单位水体消能率较低,消能安全有保证,工程量较省,因此推荐2条泄洪洞方案。3.3混凝土防护设计乌东德水电站挖除河床覆盖层后下游水垫深度达80~125m,消能区岩石坚硬完整,抗冲能力强,消能区本身就是一个条件优越的水垫塘。采用两条泄洪洞分流后,单位水体消能率仅9.1kW/m3,因此采用天然水垫塘消能,考虑到回流淘刷作用,对两岸进行了混凝土防护。水工模型试验表明,水垫塘边墙和底板基本处于静压分布状态,仅在P=0.02%工况下底板有22.6kPa的冲击动水压力;电站尾水出口淤积轻微,尾水波动对机组没有影响;金坪子滑坡处水面平静,最大流速小于3m/s,且主要以淤积为主。泄洪雾化数值计算表明,泄洪雾化暴雨区主要集中在主河槽,金坪子滑坡处雾化雨强小于0.5mm/h,不影响滑坡安全。3.4主开发层进水口建筑布置根据输水线路引水洞与尾水隧洞的水力条件及地形地质条件,分别对左右岸首部式、中部式、尾部式3种厂房进行了综合比较,为使主厂房洞室群尽可能落在坚硬完整的岩层中,尽可能缩短引水洞的长度,避免设置上游调压井,采用首部式布置方案。受进水口部位地形变化较大的影响,难以形成封闭竖井,竖井上部仍需做成塔架结构,且进口需布置在下游山内,其开挖量较塔式进口更大,因此采用塔式进水口型式。主厂房轴线和位置选择考虑以下因素:布置于地质构造简单、岩体完整岩层;主厂房纵轴线方向兼顾主要、次要结构面和最大主应力方向,以利于洞室稳定;使输水系统水流顺畅,减小流道长度,降低水头损失,避免设置上游调压室等。综合以上因素,左岸厂房主要布置于落雪组第2段中厚层大理岩、变质灰岩中,主厂房纵轴线与岩层走向夹角约48°;右岸厂房主要位于落雪组第3段中厚层灰岩中,主厂房纵轴线与岩层走向夹角约35°。乌东德水电站引水线路较短,适合采用一机一洞布置型式;尾水系统从有利于尾水洞和导流洞结合,同时避免洞径过大,采用二机一洞布置方案。3.5尾水隧道及导流洞布置方案探讨从枢纽布置、洞室稳定、运行条件、施工布置和工程量等方面综合考虑,两岸电站输水线路均靠山侧布置,导流洞靠河侧布置。尾水隧洞和导流洞的布置关系研究了尾导全结合、尾导不结合和尾导部分结合3种方案。尾导全结合方案,对解决两建筑物出口布置空间紧张问题4不结合式支护方案经专题研究和大量的技术方案比较,最终确定的乌东德水电站枢纽布置方案为:大坝为混凝土双曲拱坝;坝身布置5个表孔和6个中孔;右岸电站进水口与大坝间布置两条泄洪洞;坝下采用天然水垫塘消能;两岸地下电站均靠山侧布置;导流洞均靠河侧布置;左岸电站尾水隧洞出口布置于围堰下游,两条尾水隧洞与导流洞结合;右岸电站尾水洞出口布置于围堰上游,尾水洞与导流洞不结合。推荐方案的枢纽布置见图1。混凝土双曲拱坝坝顶高程988.0m,最大坝高265m,坝顶上游面弧长308.1m,最大中心角89.6°,厚高比0.192,最大拱端厚度52.5m,坝体柔度系数7.83。泄洪设施由坝身5个表孔、6个中孔和右岸2条泄洪洞组成,表孔尺寸12.0m×18.0m,堰顶高程957.0m;中孔尺寸6.0m×8.0m,工作门挡水水头80m;坝下天然水垫塘底高程732.0m,坝下80m范围设钢筋混凝土护坦,两岸为接地式护岸接悬挂式护岸结构,护岸顶高程860m;泄洪洞采用有压洞接无压洞型式,工作闸门室底板高程920m,弧形工作门孔口尺寸14m×10m。两岸布置地下式电站,各安装6台725MW机组。左岸电站进水口底板高程919.4m,引水系统采用单机单洞,洞径11.2m,主厂房、主变洞和调压室平行布置,净间距为45m和40m,主厂房开挖尺寸为277m×28m×81.2m,尾水系统采用二机一洞,直墙圆拱型断面,尺寸为16m×20m。右岸电站布置型