贵州西电东送工程董陇水电站工程特性分析

贵州西电东送工程董陇水电站工程特性分析

0电站及大坝概况董靖水库是贵州省“西部供电”项目的第二个电源之一。位于贵州省贞丰县和镇宁县交界处，距贵阳221公里，距贞丰县38公里，距镇宁县101公里。交通便利。该电站是北盘江干流(茅口以下)规划梯级的第三级水电站,以发电为主、航运次之,为二等大(2)型工程。电站水库总库容9.55亿m3,正常蓄水位490m,死水位483m,500年一遇设计洪水流量11478m3/s,5000年一遇校核洪水流量13330m3/s。电站装机容量880MW(4×220MW),保证出力172MW,多年平均电量30.26亿kWh。电站坝址位于北盘江坝坪沟~洗鸭沟河段,该处河谷呈较开阔的“V”形,两岸坡度28°~35°,右岸洗鸭沟适宜布置引水发电系统的进水口,左岸坝坪沟下游适宜布置泄洪系统的消能防冲区。坝基及两坝肩以灰色厚层砂岩、粉砂岩夹钙质泥岩为主,地基承载力不高。河道天然高程355~360m,河床覆盖层厚度为8~13.8m,建基面高程为340~345m。坝址处于下游红水河龙滩水电站库区,因龙滩水电站水库库水位高程最高为400m,故董箐水电站厂房及大坝的尾水变幅达60m以上。本工程中砂泥岩能否筑坝及高尾水变幅下如何合理利用水能、水轮发电机组的适应性如何、建筑物结构防护等是制约枢纽布置选择的主要技术问题。1枢纽配置研究预可研阶段选择上、下坝址进行了综合比较分析,最后选定下坝址作为推荐坝址;可研阶段针对各建筑物及枢纽布置进行了比较和研究。1.1面板坝基础比较通过砂泥岩料室内试验、现场爆破及碾压试验,对砂泥岩料筑坝技术进行了专题研究论证,结论为砂泥岩料用作面板坝主堆石料是可行的。在此基础上,比较了面板堆石坝及碾压混凝土重力坝2种坝型:从导流工程及大坝施工考虑,重力坝施工工期较面板坝方案长半年,工程效益较差,且重力坝灰岩母料运距较远(灰岩料场运距约7km),投资相应增大;面板坝能充分利用溢洪道开挖料,满足就近取料原则;砂泥岩基础作为重力坝基础,其承载力略显不足,而作面板坝基础是可行的。综合诸多因素考虑,选择面板坝坝型是合适的。1.2坡面植物的开挖比较了左岸及右岸溢洪道2种方案。右岸溢洪道开挖后将形成较高的顺向坡,支护及加固措施难度较大,工程投资也将增大,且右岸溢洪道较短,其开挖方量相对较少,不能完全满足开挖料直接上坝的要求;而左岸溢洪道开挖料能较好的满足料源要求,因此选择左岸开敞式溢洪道具有一定的优势。1.3地下开发方案比选通过对高尾水变幅下如何合理利用水能、水轮发电机组的适应性以及建筑物结构防护等研究,地面厂房可满足高尾水变幅下的要求,在此基础上,比较了左岸地下厂房、右岸地下厂房及右岸地面厂房3种方案。因工程位于砂泥岩地区,地下厂房大跨度成洞条件相对较差,开挖难度较大,处理措施也相当大,且地下厂房会增加一定的防渗帷幕工程量,施工辅助交通洞较多,施工组织不易,而地面厂房能很好的避免以上问题,且受左岸溢洪道布置影响地面厂房只能选择在右岸,因此将右岸地面厂房作为选定方案是较优的选择。1.4枢纽组合组成经过对枢纽布置与施工条件、施工工期、工程投资、运行条件等方面综合比较,最终选定董箐水电站枢纽由钢筋混凝土面板堆石坝+左岸开敞式溢洪道+右岸放空洞+右岸引水系统+右岸地面厂房+右岸斜面升船机(预留)组成。董箐水电站枢纽布置见图1所示。2办公楼设计2.1坝体分区原则混凝土面板堆石坝充分利用坝址有利的地形、地质条件,避开不利因素,同时为上、下游围堰留出足够的位置。坝体上游为洗鸭沟、下游为坝坪沟,坝轴线上距洗鸭沟约380m、下距坝坪沟约850m。面板堆石坝最大坝高149.5m,坝顶高程494.5m,坝顶宽10m,坝顶长678.63m,宽高比约4.54;上游坝坡1∶1.4,下游综合坝坡1∶1.5。经过砂泥岩料筑坝技术研究,董箐水电站溢洪道开挖砂泥岩料用于面板堆石坝主堆石区是可行的。坝体分区时主要考虑了以下几个方面:砂泥岩料作为主堆石区,其渗透系数仅为10-2cm/s级别,排水性能稍差,应专门设置灰岩排水堆石区;尽可能多的利用溢洪道开挖砂泥岩料,使大坝工程造价降低;从上游到下游的坝料变形模量基本相当,以保证蓄水后坝体变形尽可能小;分区应尽可能简单,有利于施工。根据以上分区原则,将坝体分为6个区,即垫层区、过渡区、砂泥岩主堆石区、灰岩排水堆石区、块石护坡区及上游防渗补强区,填筑总量约891万m3,其中砂泥岩料填筑量约606万m3,占坝体总填筑量的2/3,可见董箐水电站面板坝用砂泥岩主堆石料比例较高,有较高的技术含量。坝基及两岸地层岩性均为砂岩夹泥岩组成,岩体在较新鲜完整时基岩透水率很小,属隔水层;坝基防渗穿过趾板,左岸延伸通过溢洪道控制段,右岸延伸通过引水系统进口,与地下水位相接,形成封闭的防渗系统。董箐水电站面板堆石坝最大断面及分区设计见图2所示。2.2口尺寸设计原则溢洪道轴线位于大坝左岸坝肩近南北走向的山脊上,为岸边开敞式溢洪道,是枢纽的主要泄水建筑物。溢洪道布置主要考虑了以下因素:充分利用下游坝坪沟消能防冲;砂泥岩地区形成的开挖边坡应尽量低,故溢洪道孔口尺寸选择时考虑窄而高的形式,同时溢洪道右侧边坡为顺向坡,将溢洪道尽量外移,也可减小右侧顺向坡高度;溢洪道开挖砂泥岩料能直接上坝,故在满足结构要求的同时,可在溢洪道进口加大开挖范围。溢洪道总长约1300m,由引水明渠段、控制段、泄槽段、消能工及消能防冲区组成。溢洪道最大泄流量为13347m3/s,最大流速为37.64m/s,最大挑距约135m。溢洪道引渠底板高程460m,堰顶高程为468m,设4孔闸门,共用1道平板事故门及1道弧形工作门,孔口尺寸为13m×22m(宽×高);泄槽段为矩形断面,宽50m,底板纵坡i=7.5%;出口消能采用挑流消能工体型,消能防冲区位于坝坪沟内。2.3放全洞布置及进出水口放空洞布置于右岸,为1条多用途隧洞,在水库初蓄期向下游排放生态流量和通航流量,参与施工后期度汛;完建后作水库放空之用,并在必要时向下游排放通航流量。放空洞布置时主要考虑水流条件影响,平面上洞身段尽量不转弯。放空洞由进口段、无压洞身段、出口明渠段及消能工段组成,总长约951m。塔式进水口底板高程为430m,设1道事故检修门,孔口尺寸为5m×6.5m(宽×高);1道弧形工作门,孔口尺寸为5m×5m(宽×高)。无压洞断面为城门洞形,尺寸6m×9m(宽×高),底板纵坡i=3.58%。出口明渠采用抛物线与挑流消能工连接。2.4引水发电系统引水发电系统布置时应综合引水建筑物及发电厂房进行考虑,使引水发电系统整体布置协调、引水路线顺畅、引水线路较短。2.4.1单元供水方式引水系统布置时主要对洞径进行了经济比较,在满足引水发电要求的情况下,采用常规布置方式。引水系统布置于右岸,采用一洞一机的单元供水方式,由塔式进水口、引水隧洞、压力钢管等建筑物组成,引水系统线路均长582m。进水口底板高程455m,闸门井内设1道平板事故检修闸门,孔口尺寸为7m×9.25m(宽×高);4条引水隧洞平行布置,纵坡i=7.5%,轴线间距22m;引水隧洞均长272m,圆形断面,内径9.0m;压力钢管均长310m,圆形断面,内径7.0m。2.4.2厂区整体结构方案发电厂房布置在面板坝下游右岸坝脚附近,为地面式厂房。厂房要避开泄洪水流的冲击,并结合实际地形地质条件,选择在平缓地带,尽量减少开挖量以利于厂房后顺向边坡稳定。厂房校核洪水尾水位为402.53m,厂房承受的最大水头超过60m,故须进行厂房结构对高尾水位变幅的适应性研究,主要进行以下考虑:a.为使厂房整体稳定,结构应力、变形等满足要求,厂房采用主、副厂房全封闭整体结构形式;b.下游挡水结构设计成主机间下游墙与尾水挡墙、闸墩联合受力的框架结构;c.为使厂房周边墙、底板能承受较大的渗透水压力,将厂房周边结构设计成厚墙、板结构,并沿墙长度方向及结构缝两侧设混凝土剪力墙肋,形成墙、墙肋、厚底板共同承受外水压力的框架结构;d.因厂房校核尾水位高于发电机层,为解决厂房防洪与大件运输与吊装等问题,将安装间设计成台阶式布置,分为主安装间和装卸场。厂区枢纽主要由主机间、右端安装间(包括主安装间及装卸场)、上游副厂房、上游升压开关站、右端上游中控楼、下游副厂房、下游尾水平台、尾水渠及进厂交通等建筑物组成。主厂房由主机间、安装间组成,长137.0m,宽25.5m,高81.3m,厂房净跨度19.5m,机组间距22m,主厂房内安装4台单机容量为220MW的混流式水轮发电机组,机组安装高程为359.6m,发电机层高程为376.7m。开关站为户内式GIS开关站,布置在主机间上游侧副厂房顶部。进厂交通公路有2条,一条从右岸下游公路进厂,另一条从坝后公路接厂房尾水平台进厂。发电厂房最大横剖图见图3所示。3坝后地面大楼的作用(1)通过砂泥岩筑坝技术研究和论证,董箐水电站采用砂泥岩筑坝是可行的。设计选择面板堆石坝坝型和岸边开敞式溢洪道,采用溢洪道开挖料筑坝,减少了弃料