喀麦隆曼维莱水电站枢纽布置设计

赫庆彬 鲁永华 王立群 李永胜

喀麦隆曼维莱水电站枢纽布置设计

赫庆彬 鲁永华 王立群 李永胜

介绍了曼维莱水电站枢纽布置设计及优化过程，在合同方案基础上，根据最新的补充勘测资料及多方案研究对比，对坝线选择、引水发电系统方案选择和厂区枢纽布置及优化设计工作做了详细的介绍，可供同类工程参考。

枢纽布置 坝线选择 引水发电系统 曼维莱水电站

喀麦隆共和国曼维莱水电站是该国目前已建和在建的最大水电站。电站采用径流引水式开发，最大引用流量450 m3/s，装设4台52.75 MW水轮发电机组，保证出力41.9 MW，多年平均发电量1 187 GW·h，年利用小时数5 626 h。

本项目实际洪水标准的确定原则上不低于前期可行性研究阶段确定及合同规定的标准，因此，综合考虑曼维莱水电站泄水建筑物实际规模以及在喀麦隆国民经济发展中的重要作用，洪水标准最终确定为：首部枢纽及电站厂区设计及校核洪水标准分别为10 000年一遇洪水及10 000年一遇洪水加大30%校核，坝址处相应的设计及校核洪峰流量为3 450 m3/s和4 485 m3/s；电站厂房尾水处相应的设计及校核洪峰流量为3 611 m3/s和4 694.3 m3/s。

2012年l2月28日，业主正式下达曼维莱水电站主体工程施工开工令，目前工程建设进展顺利。

1 首部枢纽布置概况

1.1 坝线选择

在本项目前期研究阶段，从位于坝址处的尼亚贝桑村附近的恩特姆河渡口至下游曼维莱瀑布范围内大约2 km的恩特姆河河段上共选择了5条坝线进行了比较，5条坝线选择综合比较见表1。

从地形条件来看，坝线1～3处河床宽度适中，右坝肩地形条件较好，但河床左岸地形地势均较低且平坦，坝肩布置难度较大，左岸坝轴线均需要向下游延伸至左岸小山包处，坝顶长度较长，工程量较大；从地质条件来看，坝线1～3处河床地质条件较好，但两岸地表覆盖层较厚，基岩顶高程较低，坝轴线穿越地面沉陷带的范围均较大，基础处理难度及投资较大。

表1 坝线选择综合比较表

坝线4两岸地形条件均较好，河床地形简单，坝顶长度相对较短，河道主流分左右2条支流，为泄水建筑物的布置及施工导流布置提供了便利条件。坝线4处河床冲积层及两岸坝肩覆盖层均相对较薄，坝线不穿越断层，穿越凹陷带的范围相对较小，地质条件总体相对较好。

坝线5拦蓄恩特姆河及其右岸2条主要支流的来水，坝顶长度较长，增加了水库的调蓄功能，但对拦河坝下游曼维莱瀑布的生态及景观用水影响较大；另外，该坝线不可避免地要穿越附近次级断层，受区域性断裂的影响较大。

综合工程规模、地形与地质条件、施工条件及建坝后对曼维莱瀑布、当地交通条件的影响，最终选择坝线4作为实施的推荐坝线，该坝轴线处地形起伏不大，适合水工建筑物布置和上、下游水流衔接，充分利用天然地形条件后形成了高度较小、工程量相对节省的拦河坝，坝址上游水面开阔，易形成较大的库容。主溢洪道和辅助溢洪道则分别布置于沿坝轴线恩特姆河左、右岸主河槽上，使得泄水建筑物水流和下游河道衔接比较平顺。

1.2 首部枢纽布置

首部枢纽拦河坝及泄水建筑物沿坝轴线从左至右依次为：左岸连接坝段、主溢洪道、河心岛坝段、辅助溢洪道和右岸滩地及岸坡坝段。拦河坝及泄水建筑物枢纽坝顶高程为395.0 m，坝顶总长约1 800 m。

左岸连接坝段位于渠道进水口和泄洪冲沙闸之间，为混凝土重力坝，坝顶长度为20 m，平面上与泄洪冲沙闸呈115°夹角。

泄洪冲沙闸及主溢洪道紧接左岸连接坝和河心岛心墙坝段布置，位于恩特姆河左岸主河槽上，分别为1孔带弧门控制的平底宽顶堰和5孔带弧门控制的实用溢流堰，堰顶高程分别为379.0 m和382.0 m，闸室单孔净宽均为11 m。

河心岛坝段坝顶长度约1 260 m，为心墙坝，位于主溢洪道和辅助溢洪道之间的恩特姆河河心岛上，平面上呈曲线型布置。

辅助溢洪道位于恩特姆河右岸主河槽上，两侧分别接河心岛土坝段和右岸土坝段，为8孔无闸控溢流堰结构，堰顶高程与水库正常蓄水位齐平，为392.0 m。其功用，第1是在一般洪水条件下，当水库来流量超过电站发电引用流量时，多余的来水量通过辅助溢洪道自然下泄，保证有一个相对稳定的库水位，以尽量避免因频繁开启泄洪冲沙闸或者主溢洪道的闸门而带来的运行操作上的不便或者因闸门操作失误带来的危险；第2是在水库遇到超标洪水的极端情况下，可以作为洪水的下泄通道，从而成为确保拦河坝安全的又一道安全防线和储备；第3是通过参与水库多余弃水下泄或者泄洪，可以避免坝址下游现状河道右岸主河槽出现彻底断流现象；第4是在电站4台机全部甩负荷条件下，在主溢洪道及泄洪冲沙闸闸门均无法正常开启的条件下，在水库水位最高允许壅高至393.8 m时，辅助溢洪道可以确保下泄450 m3/s。

右岸滩地及岸坡连接坝段平面上也呈曲线型布置，坝顶长度约332 m，右岸坝头及进厂公路平顺连接。

2 引水发电系统布置方案

2.1 方案拟定

曼维莱水电站引水发电系统主要建筑物由渠道进水口、输水明渠、压力前池、二道坝、电站进水口、压力管道、电站厂房以及尾水建筑物等建筑物组成。在本项目的前期研究过程中共提出了不同渠道进水口、不同电站厂房厂址位置以及不同输水明渠线路组成的3个引水发电系统方案，并进行了综合专题研究。

2.1.1 半地下厂房方案引水发电系统

该方案是2009年9月份与业主签署的商务合同《建设方案技术建议书》中所确定的引水发电系统方案，也就是明渠引水以及半地下式厂房加长尾水隧洞方案，主要由渠道进水口、输水明渠、压力前池、前池二道坝、电站进水口、压力管道（埋管）、半地下式厂房以及尾水隧洞等建筑物组成。

2.1.2 地面厂房方案1引水发电系统

该方案取消了在拦河坝左坝肩上游山体开挖的渠道进水口，利用枢纽区的地形特点，将库区内一段长约1 000 m的天然冲沟进行简单疏浚整治后形成天然“水库渠道”，再人工开挖一段长约600 m的输水明渠，将水引至合同方案中的天然压力前池内，再从该前池的南端开挖约710 m长的输水明渠至电站进水口，电站进水后后接2条内径为10 m、单洞水平投影长约600 m的压力管道，每条压力管道末端再分别接岔管与地面厂房内的蝶阀相连，发电尾水通过开挖尾水明渠流入原河道。

该方案中电站厂房位于半地下厂房方案的尾水隧洞出口下游约200 m的恩特姆河左岸。

2.1.3 地面厂房方案2引水发电系统

地面厂房方案2引水发电系统布置方案与地面厂房方案1引水发电系统布置方案总体布局相近，其中电站厂房位置与地面厂房方案1中所确定的地面厂房位置相同。基于改善电站取水条件和尽可能缩短压力管道长度为目的，充分利用工程区有利的地形条件，对地面厂房方案1输水系统线路进行了调整后提出的建设方案，主要调整内容如下：

（1）渠道进水口位置及渠首建筑物。渠道进水口的位置选择在左坝肩靠近主溢洪道并紧邻泄洪冲沙闸布置，这样的布置方案可以通过紧邻的泄洪冲沙闸定期放水冲沙保证取水口“门前清”，可以避免河流中推移质泥沙进入输水明渠，不会因为电站取水口前泥沙淤积而造成电站取水困难。

（2）压力前池位置及输水明渠线路。通过现场补充测量发现在半地下厂房方案的尾水隧洞出口下游附近有一天然洼地，只需要在洼地下游天然垭口处修建二道坝后，即可形成新的电站天然压力前池。地形条件满足前池形成392.0 m的最高运行水位要求。在二道坝左坝肩处存在布置电站进水口和岸边地面厂房合适地形条件。该方案中压力管道及电站厂区建筑物全部布设在二道坝左坝肩一侧的缓坡地带上，由于电站进水口布设位置相对灵活，具备布置长度相对较短的压力管道的地形条件，通过适当将地面厂房机组中心线向远离河道岸边布设后，使得压力管道的总长度只有140 m，机组稳定运行条件有保障且不需要设置上游调压井。

该方案输水明渠线路首段与半地下式厂房方案基本一致，其后逐步沿现状低洼地形逐步向东南方向偏转，除了末段约800 m长的渠段需要全断面开挖形成外，其余输水明渠均为半挖半填渠段，输水明渠末端在适当整治处理后便和天然前池平顺连接。2.2方案选择

上述3种引水发电系统布置方案，其主要布置特点和区别如下表2。

表2 不同引水发电系统方案布置特点

综合地下工程及地面工程的施工难易程度、工期的可控程度以及土石方平衡等综合考虑，最终确定地面厂房方案2为曼维莱水电站引水发电系统最终实施方案。

3 厂区布置

3.1 厂房位置的确定

厂房位置是考虑地质地形条件以及电站进水口、压力管道、尾水渠布置以及基坑围堰等因素综合比较论证而确定的。

从地质条件来看，坝址下游沿恩特姆河峡谷发育有1条区域性断裂，该断裂控制了水系的走向，使恩特姆河由北西转向南西，在断裂带附近形成瀑布，并使恩特姆河峡谷直线状延伸约40 km，受该区域断裂影响，沿恩特姆河峡谷岸边也发育有部分次级断层，越靠近恩特姆河峡谷岸边岩石相对比较破碎，因此，地面厂房位置则应尽可能远离岸边布置，避免因穿越岩石结构面对厂房基坑开挖及边坡支护和稳定造成不利影响。

结合本工程区地质地形条件，将厂房布置在恩特姆河峡谷左岸的缓坡地带上，充分利用恩特姆组花岗片麻岩作为建筑物地基。厂房布置同时考虑了尽量减小压力管道长度，以不设上游调压室为宜。综合考虑各种条件，最终将厂房布置在二道坝左坝肩下游约130 m、距离恩特姆河峡谷岸边约150 m的左岸缓坡地带上。

3.2 厂区总体布置

电站厂房及尾水渠位于恩特姆峡谷左岸，由原来的河谷岸坡开挖而成，沿线现状地面高程335～392 m，厂房最低建基面313.5 m，厂房基坑最大挖深接近80 m，除表层2～10 m为土质边坡，其下均为岩石边坡。

电站厂区枢纽主要建筑物有：主厂房、地下和地面副厂房、尾水渠、开关站、进厂公路以及机修间、绝缘油处理室和柴油发电机房等附属建筑物。

4 枢纽布置总结

曼维莱水电站枢纽布置设计在合同方案的基础上，通过补充勘测以及多方案比较论证，对原方案作了优化研究，解决了存在的布置问题。（1）响应了业主的意图和建议；（2）简化发电系统结构；（3）降低施工难度和工期风险；（4）改善了电站运行条件；（5）降低工程造价风险。

赫庆彬 男 工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222

鲁永华 男 高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222

王立群 男 高级工程师，中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222

李永胜 男 工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222

TV222

B

1007-6980（2015）02-0004-03

2015-03-25）