DG水电站枢纽及建筑物设计

朱瑞晨，姜宏军，杜润宁，吴世勇，沈 明，卢 乾，李蒋金

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

DG水电站位于西藏自治区山南市境内，枢纽主要由混凝土重力坝、坝后式厂房、右岸鱼道等组成。其中碾压混凝土重力坝最大坝高117 m，坝顶高程3 451 m，是目前国内海拔最高的百米级碾压混凝土重力坝。

工程规模为大(2)型，大坝挡、泄水建筑物设计洪水标准为500年一遇、校核洪水标准按2 000年一遇、消能防冲建筑物的设计洪水标准为50年一遇。水库正常蓄水位库容0.55亿m3，调节库容0.1亿m3，为日调节水库，电站装机容量660 MW(4×165 MW)，多年平均年发电量32.05亿kW·h。

工程于2015年动工，计划2021年首机发电。

1 地形地质条件

工程位于雅鲁藏布江中游藏木峡谷河段上，河道比降约5.75‰，谷宽40～200 m，谷底高程约3 400 m，两岸高程均在5 400 m以上，谷坡陡峻，河谷深切，为典型的高山深切峡谷地貌。

工程所在区域属拉萨地块南部边缘，靠近雅鲁藏布江缝合带。区域内新构造运动强烈，表现为大面积整体性、间歇性的急剧抬升，断裂和断块的继承性或新生性活动。

坝址河道顺直，两岸山体雄厚，呈对称的“V”型，两岸地表多基岩裸露，岩性主要为黑云母花岗闪长岩，岩质坚硬，岩体完整性差～较完整。左岸构造发育，岩体风化、卸荷程度相对较深，右岸构造较发育，岩体风化、卸荷程度相对较弱。

河床覆盖层厚0.0～36.0 m，左右岸3 600 m高程以上均为厚30～100 m冰水堆积体，整体稳定，但前缘易坍塌。

2 主要方案比选

2.1 坝轴线比选

坝址近坝左岸上游发育有C8、C9崩坡积体，下游发育有路垄沟(泥石流沟)，右岸近坝上下游发育有2条小冲沟和C12崩坡积体，受泥石流沟、崩坡积体以及上下游围堰的制约，坝轴线可选范围相对有限。在坝址区布置了勘Ⅲ线、勘Ⅴ线和勘Ⅱ线，各勘探线位置见图1。勘Ⅲ线距离C8坡积体约410 m，勘Ⅱ线距离路垄沟约165 m、距离C12崩坡积体约100 m，勘Ⅲ线～勘Ⅴ线相距90 m，勘Ⅱ线～勘Ⅴ线相距145 m。经比选，勘Ⅴ线河床宽度较窄，两岸大部分基岩出露，距离上下游冲沟和堆积体适中，因此选定为坝轴线。

图1 比选坝轴线位置图

2.2 枢纽布置格局比选

首先对泄洪建筑物尺寸进行了初选，根据校核工况下泄流量，确定溢流前缘宽度约为120 m，因为正常蓄水位处河谷宽312.9～353.4 m，布置了溢流坝段及底孔坝段后，剩余河谷宽度较窄，因此主要选择了二种枢纽布置格局进行比选：

1)方案一(坝后式厂房方案)。碾压混凝土重力坝+左岸溢流表孔方案+右岸坝后式厂房方案。该方案溢流坝段位于主河床略偏左，下泄洪水归槽平顺；坝后式厂房位于右岸，布置4台机空间略显不够，需要将突出的一块山脊挖除，为减少边坡开挖高度，采用半窑洞式安装间，边坡开挖高度为130 m左右。该方案的优点是枢纽布置充分利用现有地形，整体布局紧凑，开挖量适中(本工程没有设置石料场，全部采用工程开挖料以及拉林铁路部分洞挖料，目前料源基本平衡)，边坡支护量少。缺点是厂引坝段上的引水系统孔洞较多、坝后式厂房距离大坝较近，碾压混凝土快速施工受到一定影响。

2)方案二(地下式厂房方案)。碾压混凝土重力坝+河中溢流表孔方案+右岸地下式厂房方案。该方案优点是拦河坝上只布置了泄洪和冲砂建筑物，大坝与厂房互不干扰，相对独立，有利于碾压快速施工。但该方案缺点是大坝体形庞大，混凝土方量略有浪费，地下洞室群较多，受上下游地形影响，引水系统线路布置复杂，空间转折较多，洞径偏大，水头损失较大。

经分析，坝后式厂房方案充分利用现有地形地貌，布置简单、结构合理，水头损失小，没有引发高边坡问题，再综合施工条件及工期、环境保护与水土保持、工程投资等各方面比较，最终选择方案一。

选定的枢纽布置如图2所示。

图2 推荐方案布置图

2.3 筑坝材料比选

DG大坝混凝土总量约160万m3，在内地同等规模的大坝一般采用碾压混凝土，一方面碾压混凝土施工速度快；另一方面，掺入粉煤灰工程造价低。西藏地区不产粉煤灰，工程所用粉煤灰需从青海、四川、甘肃等外省运入，距离远，粉煤灰到场价格与水泥价格基本相当，投资优势并不明显，但碾压混凝土施工速度快，月平均强度高，在西藏最冷的3个月内可以停工冬歇，以避开不利气候条件对人员和施工的影响，保证工程质量；碾压混凝土水化热温升略低，温控措施略优于常态混凝土；碾压坝可减少缆机，简化缆机平台布置，适用于左岸卸荷较发育的地质条件。因此，选择碾压混凝土坝。

3 主要建筑物设计

3.1 挡水建筑物

3.1.1 重力坝

碾压混凝土重力坝坝顶总长385 m，大坝共分17个坝段，从左至右分别为左岸挡水坝段、溢流坝段、冲沙底孔坝段、厂引坝段、右岸挡水坝段。上游立视图见图3。

图3 枢纽上游视图

图4 溢流坝段典型剖面图

上游坝面上部为铅直坡，下部为1∶0.2折坡。下游坝面坡比1∶0.75。

坝高大于100 m坝段，建基面建在弱风化下段、无卸荷、较完整的Ⅲ1～Ⅱ类岩体上，坝高50～100 m坝段建在Ⅲ1类岩体或局部经过灌浆加固处理后的Ⅲ2类岩体上，坝高0～50 m坝段，建在Ⅲ2类岩体上。因右岸和左岸低高程基岩条件较好，为节省坝基开挖方量，在满足厂房和消力戽结构要求的前提下，将大坝建基面设置在地质建议开挖线，比厂房和消力戽基础普遍高约30 m，从而在上下游方向形成高低坎型式，上游高下游低。

3.1.2 横缝及混凝土分区

为防止劈头裂缝，在大坝共设16条横缝，横缝间距一般在20 m，当溢流坝段横缝间距为21 m或28 m时，在其中28 m宽度的坝段增设1条短缝，15号和16号坝段分别宽28和28.3 m，同样各设置1条短缝，厂引坝段横缝间距为25 m或25.35 m，共设了4条短缝。

坝体常态混凝土分4个区：Ⅰ区三级配C9020/W8/F200，为挡水坝段死水位以上坝顶混凝土；Ⅱ区C25/W8/F200，为底孔(洞)周边及厂引坝段顶部混凝土；Ⅲ区二级配C9030/W6/F150，为溢流面台阶及压力钢管周边混凝土；Ⅳ区二级配C9040/W8/F200，为反弧溢流面、消力戽抗冲磨混凝土等。

坝体碾压混凝土分2个区：坝体内部为三级配C9015/W6/F100；上游防渗体二级配C9020/W8/F200。

3.1.3 基础防渗处理

因下游梯级电站库水重叠，DG尾水位较高，为了防止下游尾水绕渗，在消力戽最下游侧纵向廊道内布置一道灌浆帷幕，并通过横向廊道与上游帷幕相接，使坝基范围形成一圈封闭的帷幕线。

大坝上游防渗帷幕在左岸及河床布置二排，右岸布置一排，孔距均为2 m。孔底深入3吕容相对隔水层以下5 m，且孔深不小于上游水深的1/2。

消力戽采用暗排水方式，排水孔中渗水通过混凝土内暗埋的排水沟排到附近廊道内，防止泄洪时脉动水流通过排水孔破坏消力戽底板。

坝体排水孔采用后期钻孔方式施工，位于防渗区下游，1排孔径76 mm的孔，间距2 m，下端通到廊道顶部。

3.2 泄洪冲砂建筑物

本工程水库库容小，汛期含沙量较大，设置了溢流表孔、冲砂底孔、排沙廊道等建筑物。

1)溢流表孔。溢流坝段共设5个表孔，采用“X”型宽尾墩+台阶坝面+戽式消力池+护坦的联合消能方式。溢流堰顶高程3 425.50 m，断面尺寸为14.0 m×21.5 m(宽×高)，采用WES堰型。闸墩下游侧设置宽尾墩，宽尾墩出口宽度为4.2 m，尾墩宽度为4.9 m，收缩比为0.3，中间3个孔口的宽尾墩为对称“X”型宽尾墩，左右两个边孔根据水流条件采用高低不对称的“X”型宽尾墩。下游斜坡坝面坡比1∶0.75，设置阶梯台阶，共31级，首级台阶2.4 m×0.9 m(高×宽)，其余台阶尺寸为1.2 m×0.9 m。台阶下游接反弧段，再接消力戽，戽池长63 m，净宽90 m，池尾端设有10 m高的反坡坎，坎前坡比1∶2。尾坎下游设有混凝土护坦，长40 m。

2)冲砂底孔。冲沙底孔进口高程3 376 m。底孔采用有压深式泄水孔型式，由进口段、压力段和明流段组成。进口段和出口段分别布置平板检修闸门和弧形工作闸门，两道闸门间钢板衬砌的压力段长50 m，断面尺寸5.0 m×8.0 m(宽×高)，弧形工作闸门后接明流段，尾部设。

3)排沙廊道。经水工模型试验验证，当只设置1孔冲砂底孔时，冲沙漏斗范围无法保证边机组进水口的“门前清”，必须在厂引坝段进水口下方布置排沙廊道，共设4个进口。排沙廊道由进口段、事故检修闸门段、支管段、主管段、出口工作闸门段、泄槽段等组成，进口段～主管段布置在厂引坝段内，平面上四个进口合到一根主管上，因机组之间空间不够，排沙廊道无法直接通向下游尾水渠，主管横向从厂引坝段转向冲沙底孔坝段，再转至与冲沙底孔平行布置，后接明流泄槽及窄缝式挑流出口。支管与主管均为正方形管，管径3.2 m，钢板内衬。排沙时采取单孔拉沙，依次进行的方式，通过水工模型试验，拉沙漏斗可覆盖进水口及生态流量泄放孔范围。

3.3 引水发电建筑物

坝式进水口及压力管道采用单管单机布置。进水口由拦污栅段、进口段、检修闸门段和工作闸门段组成。拦污栅布置在悬出上游坝面9 m的牛腿上，采用通仓式布置。检修闸门和工作闸门的孔口尺寸分别为6.8 m×9.2 m(宽×高)和6.8 m×8.5 m(宽×高)。压力管道采用坝后浅埋管，钢管直径为8.5 m，外包钢筋混凝土厚度1.5 m，混凝土外表面与下游坝面齐平。钢管在厂坝分界缝部位不设伸缩节，在厂坝分缝上、下游侧各5.5 m范围内设置11 m长的全包弹性垫层，以适应厂坝之间不均匀变形，垫层厚度5 cm，变形模量4.0 MPa。

厂区建筑物主要由主厂房(包括主机间及安装间)、副厂房(包括上游副厂房、下游副厂房、中控楼)、升压站、屋顶出线场、尾水渠及进厂交通洞等组成。厂房主机间长106 m，高63 m，上部宽29 m，安装4台单机容量为165 MW的混流式水轮发电机组。半窑洞式安装间布置在主厂房的右端，总长45.00 m，其中窑洞内安装间长22.0 m。下游副厂房利用尾水管扩散段上部空间布置，尾水平台与厂区地面同高。中控楼布置在安装间及1号主机间下游厂区地面以上，中控室布置在中控楼第2层。上游副厂房布置在厂坝之间，紧靠主厂房，GIS室布置在上游副厂房顶层，其上屋顶布置550 kV出线场。主变压器布置在厂坝间平台上，主变压器可通过轨道进入安装间进行检修。进厂交通洞布置在右岸山体内部，从安装间右端窑洞进厂。

3.4 鱼道

根据工程经验，对于坝后式厂房，大多数鱼类将回游上溯至厂房尾水渠内，DG厂房布置在右岸，因此鱼道进口也布置在右岸。鱼道进口设置在尾水渠和厂坝中导墙上，共4个进口，然后沿右岸山坡上升，再从16号坝段穿过大坝，直至库区出口。鱼道长约3 300 m，鱼道最大高差约80 m，鱼道结构型式采用竖缝式，断面为矩形。

4 结 语

DG水电站位于高山峡谷河段，上下游分布有崩坡积体和泥石流沟，枢纽布置受地形地质条件限制较大。设计通过坝轴线、枢纽布置格局、筑坝材料等各方面比选，最终确定了碾压混凝土重力坝、左岸溢流坝段、右岸坝后式厂房的枢纽方案。该方案充分利用了坝址现有地形地质条件，总体布置合理、紧凑、开挖量适中、边坡支护工程量省，主要建筑物设计合理。