西南水利水电工程考察对新疆水利工程建设的启示

李淑珍

（新疆水利水电规划设计管理局，新疆 乌鲁木齐830000）

0 前言

随着我国水利水电工程开发建设的持续快速发展和设计、施工技术的不断进步，提高水利水电行业勘测设计管理及勘测设计、施工水平日益受到重视。当前长距离引调水工程、超埋深隧道掘进技术、以及高坝的筑坝技术和泥沙处理技术，已成为新疆后期水电建设遇到的难点问题。为进一步提高新疆水利水电行业勘测设计管理及勘测设计、施工水平，新疆水利厅组织规设局及相关勘测设计单位，跨甘肃、陕西、四川以及云南等四省，实地考察了位于陕西省的引汉济渭工程、位于四川省境内的大渡河流域枕头坝、瀑布沟和大岗山水电站工程、雅砻江流域锦屏一级、二级水电站工程、位于云南省的澜沧江糯扎渡水电站工程等已运行和在建的十余座水电工程项目。通过考察，了解有关水利水电项目建设在我国乃至世界的发展水平及水利水电工程新技术、新产品的应用，从而使成功经验和先进技术加以引进，加快新疆水利水电工程建设步伐。

1 西南水利水电工程建设特点

1.1 引汉济渭工程

引汉济渭工程位于陕西省中南部的秦岭山区，跨越黄河、长江两大水系，分布于陕南、关中两大自然区，属跨流域调水工程。由黄金峡水利枢纽、秦岭输水隧洞（黄三段和越岭段）、三河口水利枢纽三大部分工程组成。工程取水点位于汉江干流规划的黄金峡水库和其支流子午河中游规划的三河口水库，经98 km秦岭特长隧洞明流输水进入关中配水管网。设计引水流量70 m3/s，至设计水平年年调水量15亿m3。估算总投资184.2亿元。

该工程利用黄金峡水利枢纽坝后泵站（黄金峡泵站）提取汉江水，扬水高度117 m，通过16.5 km秦岭隧洞黄三段输水至三河口水利枢纽坝后右岸控制闸，从控制闸直接进入81.78 km秦岭输水隧洞越岭段送入关中地区，多余水量（黄金峡泵站流量大于关中地区需水量部分）经控制闸由三河口泵站提水85.6 m入三河口水库存蓄，当黄金峡泵站抽水流量不满足关中地区需水量时，由三河口水库放水补充。

秦岭输水隧洞越岭段平均纵坡1/2500，分段采用6.76m×6.76 m的马蹄型断面和6.92 m/7.52 m的圆型断面。其中进口段26.14 km和出口段16.55 km采用钻爆法施工，为马蹄型断面；穿越秦岭主脊段39.08 km采用TBM法施工，洞身最大埋深2000 m，沿线共布设10条施工支洞，全长22.37 km。

引汉济渭工程难点：

①工程斜井与主洞独头压入式通风最大长度已经达到4759.16 m，对现有通风设备是极大考验。

②3号勘探试验洞支洞口与主洞交叉口高差达到341 m，设计纵坡达到8.15%，正洞最大设计涌水量达到4805.24 m3/d，长距离反坡排水为控制隧洞掘进的关键因素。

③3号洞最大埋深达1230 m，根据隧洞已揭露围岩情况显示，隧洞因埋深较大，高地应力大，岩爆现象较为剧烈。

④隧洞采用无轨运输，因此长距离反坡行车运输及安全成为工程出渣难点。

1.2 大渡河流域大岗山水电站工程

大岗山电站水库大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高210 m，坝顶厚10 m，坝底厚52 m，总库容 7.42亿 m3，调节库容1.17亿m3，回水长度29.43 km，具有周调节能力。引水发电系统布置于河床左岸，为地下式厂房，总装机2600 MW（4×650 MW），最大水头 178 m，最小水头156.8 m，额定水头160 m。发电引用流量1834 m3/s(4×458.5 m3/s)，保证出力636 MW，多年平均发电量114亿kW·h。工程影响人口3781人，影响土地27581亩。估算总投资179.94亿元，工程于2005年9月开工，2014年首台机组发电，2016年竣工。

工程亮点：大岗山电站施工采用长距离双层皮带机进行出渣及运送骨料。架设长度7.5 km，皮带机高架于空中，与其他施工作业互不干扰，施工弃渣通过皮带机直接送入渣场，所用骨料又通过皮带机的另一层运回施工作业面。设计合理，运行方便，节约能源。

工程难点：大岗山电站右坝肩深部卸荷裂隙的补充勘探和加固处理。

1.3 雅砻江流域锦屏水电站工程

1.3.1 雅砻江锦屏一级水电站

锦屏一级水电站大坝为双曲薄拱坝，设计坝高305 m，为目前世界上已建和在建工程中最高的双曲薄拱坝。具有三不对称特点：坝址地形不对称、坝址两岸地质条件不对称、拱坝体形及应力不对称,其施工难度为世界罕见。水库正常蓄水位1880 m，死水位1800 m，正常蓄水位对应库容77.65亿m3，调节库容49.1亿m3，属年调节水库。坝址区地震烈度为Ⅶ度，相应的动峰值加速度为0.10 g。

坝后地下式厂房位于右岸坝下游山体内，采用中部式厂房布置方案，单机单管引水，水轮机发电机组单机引水流量为337.4 m3/s，最大水头为245 m，最小水头为152.4 m。电站总装机3600 MW（6台×600 MW）。工程影响人口6812人，影响土地77831亩。估算总投资238.0299亿元.

工程特点：由于坝身泄洪水头高，采用“坝身分层出流、空中水舌碰撞、水垫塘消能”的消能方式。

主要技术难题：左岸超高边坡的开挖与支护，及左岸深部卸荷岩体高压固结灌浆基础处理；高山峡谷复杂地形下的施工组织设计；高地应力区的大型地下引水发电洞室群设计和施工；砂石骨料的开采、加工和运输等。

1.3.2 雅砻江锦屏二级水电站

锦屏二级水电站利用雅砻江150 km锦屏大河湾的天然落差，截弯取直开挖隧洞引水发电。闸坝址位于锦屏一级下游7.5 km，闸址处多年平均流量1220 m3/s。闸坝主要由泄洪闸和两岸重力式挡水坝段建筑物组成，全长165 m，最大闸高34 m。水库正常蓄水位1646 m，相应库容1428万m3，调节库容为496万m3，具日调节能力，与一级同步运行同样具年调节特性。布置四条发电洞，单洞平均长度16.65 km，衬砌后洞径11.8 m。地下厂房位于锦屏山东端，共安装8台600 MW的水轮发电机组，总装机4800 MW，单机发电引水流量约330 m3/s，发电水头约300 m，多年平均年发电量242.3亿kW·h。工程影响人口667人，影响土地5177.37亩。鱼类保护采用建鱼类增殖站进行人工养殖放流，采用分层取水使低温水水温恢复至接近天然状态下的水温。工程特点：

①深厚覆盖层上闸坝。该电站首部拦河闸坝河床覆盖层厚度约5.05 m～42.08 m，在Ⅷ度设防烈度时，其中Ⅲ-1和Ⅲ-2层15 m以内的砂层透镜体会发生液化，同时闸基存在较大压缩变形和不均匀沉降问题，基础处理难度较大。拦河闸坝校核情况下洪峰流量达13980 m3/s，泄洪流量为目前国内已建和在建闸坝工程之最，下游消能防冲百年一遇洪水标准下的泄量达9100 m3/s，消能防冲采用了长护坦＋大块石海漫河床消能的方案，开创了我国深覆盖层闸坝大流量泄洪消能的新思路。

②大深埋、超长引水隧洞。该电站4条引水隧洞平均长度16.7 km，开挖洞径 12.4 m～13 m，一般埋深 1500 m～2000 m，最大埋深约2525 m，为世界上规模最大的水工隧洞工程，技术水平处于世界前列。

③TBM施工技术。该电站引水隧洞掘进采用目前国内最大直径(12.4 m)的硬岩开敞式TBM施工。在引水隧洞超埋深、超高压大流量地下水所带来的岩爆、大变形和高压水威胁的工程水文地质条件下，以及大量支护及时跟进、长距离皮带机出渣运输、长大隧洞TBM＋钻爆法施工组合的通风技术等，均对大直径的TBM施工具有相当大的挑战性和风险。

④巨型差动式调压室。该电站引水隧洞超长，流量大，流速相对较高，水流惯性大，调压室内的涌浪振幅较大，水位波动的持续时间也较长，衰减缓慢，目前设计采用了水力特性最优的差动式调压室，将能确保电站运行调度的灵活性以及电站的供电品质。

⑤高水头、大容量混流式机组。该电站机组单机容量600MW，最大净水头318.8 m，最小水头279.2 m，额定水头288 m，额定转速166.7 r/min，为世界上300 m水头段单机容量最大的巨型机组，其技术水平处于世界前列。

1.4 澜沧江华能糯扎渡水电站

糯扎渡水电站水库大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高261.5 m，居同类坝型世界第三，正常蓄水位812 m，总库容237.03亿m3，调节库容113.35亿m3，相当于11个滇池的蓄水量。具有多年调节能力。坝后地下厂房尺寸418 m×31 m×864.6 m（长×宽×高），为目前国内最大的地下厂房之一，总装机容量5850 MW（9台×650 MW），保证出力为2406 MW，多年平均发电量239.12亿 kW·h。

在文章中，我们提出了一个安全的、可扩展的电子数据存证系统，该系统采用数据与用户对应映射关系查找来确保对电子数据池的高效访问控制。我们设计了一个基于区块链的数据存证方案，允许数据用户/所有者在身份验证后，从电子存储库访问电子数据。数据存储主要进行分片冗余算法和分布式存储保证数据安全性，并且系统引入用户积分机制，保证系统负载均衡。验证和后续服务封闭在系统内部，写入区块并成为区块链的一部分。

电站于2006年主体工程开工建设，2007年11月实现截流，2012年7月首台机组投产发电，2014年6月工程全部竣工。

该工程设计技术指标高、地质条件复杂。根据规划，其大坝、溢洪道、地下厂房等多项技术指标均名列国内外前茅，掺砾黏土直心墙堆石坝坝高在同坝型中属亚洲第一、世界第三；地下厂房是目前国内规模较大的地下厂房之一；开敞式溢洪道规模亚洲第一，泄洪功率和流速居世界第一。工程亮点：

①施工质量及进度控制采用数字大坝系统管理，上坝道路行车密度及行车路线、大坝填筑质量、碾压高程及压实厚度等信息均可通过数字大坝系统动态及时回馈到相关管理人员处，遇到情况能及时处理。通过一台电脑，偌大的一个大坝施工场面尽收眼底。

②为保护库区的野生动植物及鱼类资源，建设了配套的“两站一园”工程：即珍稀动物救护站、鱼类增殖站和植物园，目前“两站一园”都在正常运行中。

③零排放的花园式工地。施工现场规划布局合理，井然有序，安全文明施工规范，标化工地、标化生活区。糯扎渡水电站是环保设施做得最好的水电站。走进在建的糯扎渡水电站工地，工地道路沿途的三角梅和各种绿色植物让人心旷神怡。要不是工地上热火朝天的施工场面，或许很多人会误以为走进了一座热带雨林主题公园。为恢复植被及边坡治理，一种起源于印度名叫香根草的植物被广泛种植，并在糯扎渡前期绿化中发挥防治水土流失且“迅速致绿”的作用。无论是生活区还是工程区，糯扎渡水电站几乎做到了“零排放”。

2 经验与启示

1）对长距离、超深埋隧洞施工所引起的：高地应力、岩爆、隧洞围岩稳定和支护、涌水、通风、地温、辐射、反坡排水、施工方法、出渣等一系列技术难题的处理。

引汉济渭工程是陕西省有史以来投资最多、规模最大的水利工程，是我国首个地跨长江黄河两大流域的调水工程，其中总长81.2 km的秦岭隧洞是全线的控制性工程，最大埋深约2000 m，其中穿越秦岭主脊段总长约39 km，这是人类历史上第一次从底部穿越世界十大山脉之一的秦岭，其建设将创造多个世界第一、国内第一。

已经实施的锦屏二级水电站引水隧洞属于深埋特长隧洞，其中两条隧洞采用开敞式硬岩掘进机（TBM）进行施工，TBM开挖直径12.4 m，位列世界第二。引水隧洞穿越区域水文地质条件复杂，开挖面临地下水预报及处理、通风、岩爆防治等三大关键技术问题。引水洞线全长16.7 km，穿越锦屏山“河间地块”，一般埋深为1500 m～2000 m，最大埋深2525 m。其中包气带厚达数百米，饱水带厚达近千米，如此大埋深、长距离的可溶岩地区越岭输水隧洞为国内外所罕见。

2）高山峡谷复杂地形下的施工组织设计，及狭窄施工作业面施工过程中对长距离皮带输送机的巧妙利用。

山区水库多修建于高山峡谷之中，其狭窄的施工作业面给工程施工造成很大难度。新疆在建的大石峡、大石门和玉龙喀什等水利枢纽工程均为修建于高山峡谷的百米以上高坝，大岗山、锦屏一级等水电站工程的施工组织设计和施工配套设施配备都有值得我们借鉴的地方。

大岗山水电站工程施工采用7.5 km长双层带式输送机将施工弃渣从施工作业面运出，同时将人工混凝土骨料从加工场运回，沿途是崇山峻岭，悬崖峭壁，带式输送机高架于空中，穿隧洞、过大桥，与其他施工作业互不干扰，即节约了施工场地，又加快了施工进度。

雅砻江锦屏一级水电站地处地质灾害频发的深山峡谷地区，地质条件复杂，工程规模巨大，技术难度高。其左岸抗力体基础处理工程是立面多层次、平面多交叉布置的典型洞群工程,工程地质条件差、施工难度大、施工环境复杂,施工条件具有“四高一深”特点：高山峡谷、高边坡、高地应力、高压大流量地下水及深部卸荷裂隙。工程设计根据不同围岩地质情况及工程布置特点采取了不同的施工工艺。该工程2005年正式开工，攻克了深山峡谷施工带来的诸多难题。工程的施工组织对于高山峡谷地区的施工总布置及施工场地布置具有一定的借鉴意义。

3）拱坝坝肩超高边坡的开挖与支护，及深部卸荷岩体高压固结灌浆基础处理。

锦屏一级水电站工程，枢纽区为典型的深切V型峡谷，左岸为千米以上的高陡边坡，基岩裸露，坡度为55°～70°，边坡规模大，工程条件复杂，岩体卸荷强烈，并发育有断层、层间挤压带、深部裂缝等，场地地质条件复杂。边坡开挖高度达500m级。左岸拱坝坝肩开挖边坡，左岸导流洞出口开挖边坡，均存在变形拉裂岩体，边坡稳定问题极为突出。

抗剪洞洞群施工是锦屏一级水电站左坝肩最关键的施工项目之一。抗剪洞主洞开挖设计断面为9 m×10 m的城门洞型，其特殊性决定了其主洞轴线方向必须与相同高程F42-9断层的走向一致，所以自始至终整个抗剪洞施工都处于不良的地质结构中进行，存在较高的安全风险。项目建设单位多次邀请国内知名专家及学者到锦屏指导工作，解决技术难题。把工作重点定位在创造性的施工组织上，运用洞挖“新奥法”原理，强调“短进尺、弱爆破、强支护”的原则循环作业。

左坝肩高边坡支护工程更是一项工期紧、施工难度大、施工安全隐患突出的世界性工程。在施工过程中，大吨位、深孔预应力锚索钻孔难度最大。通过专家的理论指导和实际工作中的实践，找到了一套保证工程锚索钻孔精度的钻孔方法。通过改善施工工艺，加大监控力度，按要求精确率确定检验仪器和器具，最终逐渐消灭偏差，提高了工程的质量，也大大加快了整个左坝肩高边坡的支护施工。

这些技术处理措施对新疆在建的QBT拱坝（坝高240 m）、精河拱坝（坝高164 m）均具借鉴意义。

4）施工质量、施工进度控制及发电运行中数字化管理系统的运用。

糯扎渡水电站工地，从料场到大坝近20 km的作业线上，众多运料车辆全天候有序奔跑，却不用人指挥、计量，在大坝填筑现场更看不到人海大战的场面，只见众多运料车辆把筑坝料倒在指定位置后，堆土机、碾压机依次推平碾压，工程把卫星定位系统（GPS）成功应用到每一道工序，全程数字化跟踪问效，大坝填筑单元质量监控准确率达100%。

为确保大坝填筑过程每一个环节的质量，施工单位配合业主在工地建立了数字大坝指挥中心，对所有设备按编程安装卫星定位芯片，全程进行速度、重量、材料、位置、碾压等监控，如果哪一台机械设备不按流程运行，比如用料不倒在指定位置、碾压机时速过快、碾压不到位等，数字大坝指挥中心微机屏幕均会一一显示，GPS系统5秒钟内自动向质检员、操作员、取样员发出纠错指令短信。GPS系统的成功应用，确保了大坝建设质量。新疆已建和在建的大坝坝型多为当地材料坝，并且许多工程已开始运用智能化数字筑坝技术进行施工全过程控制，可借鉴兄弟省区的先进技术和经验，进一步提高数字化管理的水平和范围。

5）关注水电开发和生态环境保护，做好对野生动植物及鱼类资源的保护。

为做好生态多样性的保护与恢复，建设单位在糯扎渡水电站建设的同时，制定了9大环保措施，并先后建设了野生动物拯救站、珍稀鱼类增殖放流站和珍稀植物园，为当地的动植物打造出安全、和谐的“移民家园”。据统计，糯扎渡工程在生态环保上的投入已达4.5亿元。糯扎渡水电站珍稀动物救护站是全国第一个由企业投资建设及运行管理的动物救护站。主要针对电站库区野生动物可能因水库蓄水造成影响，对库区生病、伤残、个体幼小的野生动物采取人为搜救、暂养、放生的方式，保护库区生物多样性。目前糯扎渡水电站珍稀动物救护站已成为该地区唯一的野生动物救助站。

新疆具有典型的“荒漠绿洲，灌溉农业”特征，大规模的水土开发，已经造成许多河流萎缩乃至断流，生态环境破坏严重，自然生态非常脆弱。新疆在水利水电工程立项建设过程中，尽管各级主管部门都进行了严格的技术把关和环境影响评价，但因思想认识水平和理论研究深度所限，无疑存在一些对于生态环境影响论证不足的问题，应引起高度重视，并结合兄弟省市水电开发过程中先进的生态环境保护成功措施经验，以维护河流“健康生命”、区域生物多样性为前提，科学制定满足河道生态用水的水库调度方案和生态保护方案，确保水电开发和区域经济发展的同时，不致对生态环境产生重大不利影响。

3 结语

近年来，新疆水利水电工程建设项目得到了快速发展，但其经济发展和先进技术的运用相对落后。西南的引汉济渭工程、大渡河流域枕头坝、瀑布沟和大岗山水电站工程、雅砻江流域锦屏一级、二级水电站工程、澜沧江糯扎渡水电站工程等工程的先进技术和经验，对新疆的水利水电工程建设及管理等方面具有一定的理论参考和实际工程借鉴意义。