乌东德水电站枢纽布置

乌东德水电站枢纽布置

1水库能力、水质乌东水库是金沙江下游的四个水库之一。乌东水库、白鹤滩、西洛渡和向家水库的最大上游水平。项目右岸属于云南省鲁章县，左岸属于四川省会东县。大坝为混凝土双曲拱坝、最大坝高270m,水库正常蓄水位为975m,库容系数2.50%,具有季调节性能。电站装机容量10200MW,多年平均发电量389.3亿kW·h,保证出力3160MW。乌东德水电站枢纽区主要建筑物包括大坝、泄洪消能建筑物、两岸引水发电系统及两岸导流洞,枢纽布置方案在预可研阶段即进行了大量研究和方案比选,可研阶段又根据地质条件的变化,对枢纽布置方案作专题研究时,继续对枢纽布置格局进行了较大调整,并随勘察设计工作的不断深入对枢纽布置方案进行了优化和完善。2水利工程建设枢纽布置是影响水电站安全运行及工程投资的最重要因素,作好枢纽布置的核心是趋利避害、统筹兼顾,基础是充分掌握工程建设的各项基础资料,包括水文泥沙、地形地质、工程规划及运行要求等,上述各项基础资料中,地质资料的不确定性最大,对枢纽布置的影响也最大。乌东德水电站枢纽布置的基本情况如下。(1)坝线选择确定采用中坝线。(2)正常蓄水位975m,装机容量10200MW,引水发电系统需两岸布置。(3)坝址多年平均流量3850m3/s,多年平均年径流量1210亿m3,址坝1000a一遇设计洪峰流量35800m3/s、5000a一遇校核洪峰流量分别为40500m3/s,导流工程50a一遇设计洪峰流量26600m3/s,泄洪流量及导流流量巨大。(4)根据工程防洪要求,防洪限制水位为952m。(5)河道多年平均含沙量1.02kg/m3,50a水库坝前泥沙淤积高程846.08m,100a水库坝前泥沙淤积高程891.91m,泥沙问题不突出,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)坝址区河谷狭窄,两岸岸坡陡峻,山体雄厚,河谷呈狭窄的“V”形,宽高比0.9~1,但峡谷段长度较短,坝址区冲沟及断层发育,上游横河向发育红沟断层及大红沟、红崖湾沟,白沟断层及白沟,峡谷段左岸下游发育花山断层及花山沟、硝沟、船房沟,右岸下游还发育有金坪子巨型滑坡。(7)坝址区地层条件上部为缓倾盖层、下部陡倾褶皱基底,呈不整合接触,枢纽建筑物主要位于褶皱基底内,河谷下部总体为横向谷,岩层陡倾向下游,其岩性为浅变质岩,主要建筑物所处地层为中元古界会理群因民组()、落雪组(),其中为薄层~极薄大理岩化白云岩,岩体质量为Ⅳ1~Ⅳ2级,主要为厚层~中厚层灰岩、白云岩,岩体质量为Ⅱ级,其余地层岩体质量基本为Ⅲ级。(8)河床覆盖层深厚,一般为60~70m。3配置枢纽方案3.1大坝的坝线及坝型乌东德枢纽布置包括大坝、泄洪消能建筑物、两岸引水发电系统及导流建筑物的布置,其中,大坝的坝线及坝型在枢纽布置之前已进行专题研究,具体选择中坝线和混凝土双曲拱坝。枢纽布置需要解决的其他主要问题为泄洪消能方案及建筑物布置、两岸引水发电系统布置,以及施工导流方案及建筑物布置,各建筑物规模、布置要求及相互关系分述如下。3.1.1坝身与岸边泄洪洞联合洪水方案坝址泄洪流量巨大,需采用坝身孔口与岸边泄洪洞联合泄洪的方案,经泄洪消能专题研究,坝身布置5个表孔、6个中孔,岸边布置3条泄洪洞。3.1.2预可研阶段地勘成果对地下洞室布置的控制电站装机容量10200MW,采用较成熟的单机容量技术,需布置12台机组,考虑坝址跨四川、云南两省,机组台数宜两岸对称布置;坝址河谷狭窄,两岸地质条件总体优良,宜布置地下式厂房。在预可研阶段,两岸地下厂房均靠山侧布置,导流洞靠河侧布置(见图1),该布置既有利于缩短导流洞长度,也利于地下厂房大型油室远离坝基抗力体。但是,在可研阶段随着地勘工作的深入,所揭示的两岸地下厂房地质条件较预可研阶段有如下变化。(1)左岸地下厂房。预可研阶段Pt22l段岩性为中厚层大理岩、变质灰岩夹薄层、厚层大理岩、变质灰岩等,围岩分类为Ⅱ类和Ⅲ类,Ⅱ类稍多,约占51.8%,厂房成洞条件较好,左岸主厂房位于Pt22l段,靠山侧布置,主变洞、调压井大部分位于Pt22l段,小部分位于Pt32l段。随着可研阶段地勘工作的深入,揭示左岸Pt22l段围岩类别有所降低,由Ⅱ类变为Ⅲ1类,而Pt32l段岩体仍为Ⅱ类,地层完整性和物理力学性能明显优于Pt22l段,因此,左岸地下厂房三大洞室应尽量布置在Pt32l段地层。若维持导流洞靠河侧布置,直接将地下厂房位置调整至Pt32l段,则引水洞和尾水洞线路均较长,均需设置调压井(如图2所示),这种布置方式显然会大幅增加工程投资,而且使左岸引水发电系统的流道更加复杂,因此,左岸地下厂房宜靠河侧布置。(2)右岸地下厂房。预可研阶段右岸地下厂房三大洞室位于Pt32l段,靠山侧布置,该段地层岩性为厚层、中厚层灰岩、大理岩,少部分落在Pt42l段薄层大理岩,右岸地下厂房围岩类别以Ⅱ类、Ⅰ类为主,约占96.3%,少部分为Ⅲ类。根据可研阶段地勘成果,右岸Pt32l段与Pt42l段分界线较预可研阶段推测线向上游最大移动约80m,且Pt42l段岩体条件比预可研阶段估计的有较大程度降低,主要为极薄层大理岩化白云岩性状较差,不宜布置大型地下洞室。受此条件影响,右岸地下厂房布置空间被压缩,只能靠河侧布置于Pt32l与Pt42l分界线、白沟断层及江岸线围成的三角形区域内(见图3)。3.1.3施工回流方式可研阶段对施工导流方案进行了专题研究,综合考虑坝址地形地质等条件、洪水特性和枢纽建筑物布置等因素,采用河床一次断流、隧洞泄流的施工导流方式。坝址径流量大,需要布置5条导流洞,可选择“左2右3”或者“左3右2”布置方式。3.1.4泄洪洞的设置各建筑物中,地下厂房三大洞室和导流洞平面上需错开,但出口段可结合布置;泄洪洞进口高程与引水洞基本一致,出口宜避开尾水出口,否则泄洪期间水位波动过大可能影响机组稳定运行,因此泄洪洞需完全与引水发电系统错开布置。导流洞进出口高程均很低,泄洪洞进出口高程都比导流洞高,可考虑适当重叠布置,但泄洪洞出口消能建筑物工程量大,与导流洞结合布置将使导流前期工期十分紧张。3.2枢纽布置格局对比根据上述枢纽布置条件及各建筑物布置要求,拟定了4个枢纽布置格局,分别见图4~7。对4个枢纽布置格局进行综合比较,结果见表1。综合比较后,从工程运行和安全性出发,推荐方案4。3.3导流洞、泄洪洞布置方案对枢纽布置格局进行比较研究后,以方案4为基础,对枢纽布置方案做了如下进一步优化和研究。(1)导流洞布置优化。上述枢纽布置格局中,左岸布置3条导流洞、右岸布置2条导流洞,左岸出口有7个洞口,受地形条件限制,开挖量巨大。为了达到优化目的,结合后期导流方案研究,将导流洞布置调整为左岸2条、右岸3条,将右岸1条导流洞断面缩小,并抬高其底板高程,其余4条导流洞适当增大断面,这样左岸出口可以减少一个,且低导流洞下闸后,通过高导流洞过水解决生态流量问题,可取消坝身导流底孔。(2)泄洪洞进出口布置调整。泄洪洞进口位于红崖湾沟下游坡,其上方为高陡条带坡,进口开挖开口线距离条带坡坡脚很近,为避免进口开挖扰动上方边坡,将进口洞脸边坡走向调整为与洞轴线呈80°布置。枢纽布置的方案4中,泄洪洞出口与尾水之间为岩埂,根据补充地质勘查资料,岩埂部位覆盖层深厚,不具备保留岩埂的条件,改为设置混凝土导墙相隔,并设置人工水垫塘消能。枢纽布置方案优化调整后,各建筑物布置见图8。4枢纽布置方案比选乌东德水电站坝址河谷狭窄,上下游断层及冲沟发育,河床覆盖层深厚