雅砻江水电规划与工程施工组织设计

雅砻江水电规划与工程施工组织设计
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雅砻江水电规划与工程施工组织设计

  4.2.1工程概况

  锦屏一级水电站位于四川省凉山州盐源县和木里县境内,是雅砻江干流中游控制性工程。水库正常蓄水位1880m,总库容77.6亿m3,调节库容49.1亿m3,属年调节水库。电站装机容量360万kW,多年平均年发电量166.2亿kW·h。工程总投资232.7亿元。

  4.2.2主要技术难题和解决方案

  锦屏一级水电站的地质条件复杂程度是大型项目中非常突出的,工程区存在的主要地质问题是“两高一深”,即高地应力环境、高边坡问题和左岸山体内存在的深部裂缝。这些问题直接决定枢纽工程的设计方案,对工程安全和投资起控制作用。

  为了查明工程区主要工程地质条件,我院进行了大量的勘探试验和科学研究,采用国内外先进和成熟的勘探技术和分析方法,如地震层析成像技术,SM植物胶钻探,架空层岩石钻探取芯,孔内声波和弹模测试,多种方法的地应力测试等。这些先进技术的应用DB11T 1243-2015标准下载,为全面准确地获取深部裂缝等工程地质信息提供了保障。

  在充分查明工程地质条件的基础上,有针对性地开展专题科研,分析各种地质现象的成因机理,评价其对工程的影响。从岩石及构造基础地质研究出发,结合高拱坝的结构特性,对工程地质问题的分析与评价进行了深入广泛的研究,重点研究坝址左岸深部裂缝的成因机理及工程适应性评价,分析对拱坝变形和坝肩抗滑稳定的影响。

  为了适应加快工程建设的需要,对现代信息技术在工程地质上的应用也进行了初步研究,研制开发了《锦屏一级三维地质可视化计算机系统》。该系统利用GIS技术、地质统计方法、智能方法、计算机图形学等先进技术进行锦屏一级水电站的工程地质信息的三维可视化研究,实现工程地质信息的三维可视化管理与查询;实现地质任意剖切、地质可视化分析;并实现三维地质构造图、剖面图的多形式输出。目前已经在实际工作中得到成功应用,在水利水电行业内处于领先地位。

  锦屏一级拱坝是双曲薄拱坝,坝高305m,是目前已建、在建和设计中的最高的大坝,加之地质条件复杂,其设计难度处于世界最高水平。

  对于世界第一高拱坝的设计,在充分吸取国内外高拱坝的成功经验的基础上,采用目前最先进的坝工设计理论和方法,进行了大坝结构设计、抗震设计、泄洪消能设计、混凝土骨料特性及温度控制、拱坝基础处理设计等专题研究分析和科研试验工作。

  工程区两岸山体雄厚,谷坡陡峻,基岩裸露,相对高差千余米,为典型的深切“V”型谷,可以利用的施工布置场地极为有限,场内的布置与规划难度很大。

  针对施工布置极为困难的情况,我院开展了广泛的调查研究和多方案的分析比较,对大坝混凝土浇筑、大型地下洞室群施工和施工导流等进行专题研究,选择合理的布置方案和施工方法。研究基于GIS的施工导流三维动态可视化仿真与方案设计优化,实现施工导流过程的动态可视化,给施工导流方案的设计、优化和决策提供科学、方便的手段。利用GIS强大的空间数据分析与处理功能,建立锦屏一级水电站施工总布置三维数字模型,并结合二次开发,实现施工全过程的三维动态演示和可视化信息查询,以及施工总布置的优化分析。

  采用先进的理论方法和技术手段,紧密配合锦屏一级水电站地下洞室群施工组织设计工作,进行地下洞室群施工全过程三维动态可视化仿真与优化计算研究。在锦屏拱坝的混凝土浇筑方案设计时,应用了大坝混凝土浇筑适时分析系统,提出科学合理的施工组织方案和目标工期。这些研究的成果水平位于行业领先地位,并在实际工作中得到应用。

  4.2.3工程建设的设计技术储备

  锦屏一级的开工建设已是箭在弦上,不得不发。我院为了在工程建设期内做到快速反应,促进工程的进度和质量,预先开展了扎实的设计技术储备工作。

  首先,在方法和手段上进行超期准备,建立锦屏一级水电站工程信息综合集成系统(JPMIS)。JPMIS利用GIS强大的空间数据处理及分析技术,综合各方面的信息,实现工程信息的集成与共享。该系统的研制与开发成功,不仅给设计人员提供了强有力的信息存储及管理工具,而且为各专业设计人员访问信息提供了快捷简便的手段,可以大大提高信息的使用效率。

  其次,在可行性研究报告的基础上,对工程的关键技术问题进行深化研究,适应施工中可能发生的条件变化。

  第三,吸取以往工程的经验和教训,提前开展施工规划方案的研究,形成工程在整个施工期的技术指导文件,达到科学管理。

  4.3两河口水电站

  4.3.1工程概况

  两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内,是雅砻江中下游的“龙头”水库,对整个雅砻江梯级电站的开发影响巨大。根据开发方式研究成果,水库正常蓄水位2880m,相应库容120.3亿m3,调节库容74.9亿m3,具有多年调节能力。电站装机容量300万kW,多年平均年发电量116.9亿kW·h。初估工程静态总投资180亿元。

  4.3.2工程特点

  两河口水电站初拟采用土心墙堆石坝,最大坝高达305m,居世界同类坝型前列。

  两河口水电站是雅砻江中下游的“龙头”水库,由于其调节库容大,加之地理位置特别,其对雅砻江、金沙江下游乃至长江的梯级电站都具显著的补偿作用,它的兴建对“西电东送”及电源优化配置、改善电网电源结构将起到积极作用,是西部水电开发、促进社会经济发展的战略性工程。

  两河口水电站的开发任务是以发电为主,并具有蓄水蓄能、分担长江中下游防洪任务、改善长江航道枯水期航运条件的功能和作用。

  雅砻江干流两河口至河口拟定11级开发,两河口以下10个梯级共利用落差约1615m;金沙江下游河段拟定有乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4级开发,共利用落差695m;长江干流上的三峡、葛洲坝水电站,利用落差133m,两河口下游16个梯级电站共利用落差2443m,两河口水库每1m3水蓄能达6.4kW·h.其中下游已建和近、中期拟开发的主要梯级电站有:雅砻江干流的锦屏一级、锦屏二级、官地、二滩、桐子林,金沙江干流的溪洛渡、向家坝,以及长江干流的三峡、葛洲坝共9个大型或巨型水电站,共利用落差1380m,两河口水库每1m3水蓄能达3.9kW·h,水库对雅砻江乃至对金沙江、长江的调蓄作用都极为显著。电站建成后,对下游已建、在建及拟建梯级电站的补偿效益。

  按开发方式研究阶段成果,两河口水电站初估工程静态总投资179.70亿元,单位千瓦投资5990元/kW,单位电能投资1.54元/(kW·h)。电站年发电量在计入增加下游二滩和锦屏一级水电站的70%的发电量后为158.79亿kW·h,其单位电能投资为1.13元/(kW·h);考虑远景增加下游雅砻江全梯级的70%的发电量后为230.82亿kW·h,其单位电能投资为0.78元/(kW·h)。与目前同类规模电站相比,经济指标优越。

  两河口水电站坝址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇口下游约2km河段,下距雅江县城约25km,国道318线从雅江县城经过,雅江县城至坝区有简易公路相通,雅江县城至成都公路里程约500km,工程对外交通尚属方便。

  工程的区域构造稳定性和库区、坝址区工程地质条件均较好,不存在制约性工程地质问题。

  根据初步调查,水库淹没人口约5000人,每万kW装机容量淹没人口仅为17人,与国内其他大型水电工程比较,淹没指标很低。

  4.3.3主要技术难题和解决思路

  两河口水电站工程规模巨大,尤其是初拟的土心墙堆石坝最大坝高达305m,位居世界前列,在筑坝技术和泄洪消能方面存在较大的技术难度。

  对于这些技术难题的解决,我们拟定了以下解决思路:

  (1)首先抓住技术难题的关键点,比如对于高土心墙堆石坝设计,其关键点在于筑坝材料的研究与应用、坝体施工方法及中后期导流等;

  (2)针对关键技术问题开展超前和深入的研究,如对大坝防渗土料质量改进措施和坝料上坝方式等,我们将从工程预可研阶段就开展研究工作,并在工作中积极推进科技进步和技术创新;

  (3)针对土石坝是一种经验坝型的特点,我们将充分吸取国内外类似工程经验。国外已有300m级高土心墙堆石坝的成功经验,而国内的设计与建设经验也在不断丰富,由我院设计的几个100m以上高土心墙堆石坝工程已开工建设,其中瀑布沟水电站坝高达186m,这些工程的建设将为两河口工程积累宝贵经验;

  (4)充分利用我院在“高水头、大泄量、窄河谷”条件下泄洪消能设计的成功经验,针对本工程的具体情况开展深入的研究。我院通过二滩、瀑布沟、溪洛渡和锦屏一级等众多工程高水头、大流量泄洪建筑物的设计积累了丰富的经验,与这些工程相比两河口工程的泄洪总功率并不大,因此,其在泄洪消能方面存在的技术难题完全可以妥善解决。

  (1)雅砻江水力资源得天独厚,是四川省乃至全国最具开发优势的河流之一

  雅砻江流域径流丰沛,落差巨大,人口稀少,耕地分散,河流的特点决定了其水力资源的得天独厚,即大型电站众多,装机规模大,水电开发淹没损失极小,开发目标单一,不涉及各类自然保护区,是四川省乃至全国最具开发优势的河流之一。

  (2)雅砻江水电开发的思路是“以点带面”,以大型骨干水库工程带动梯级整体开发

  多年的勘测设计研究工作经历,使我们对雅砻江水电开发的思路更为清晰,即以大型骨干水库工程的先期开发,“以点带面”形成梯级整体开发。规划中重视资源的合理利用和长远利益,避免急功近利的短期行为。目前形成的以两河口、锦屏一级、二滩三大调节水库为骨干工程且先期开发的原则,就是上述思路的具体体现。

  (3)雅砻江梯级补偿效益大,有条件建成调节能力突出的水电基地

  利用雅砻江干流规划的两河口、锦屏一级以及先期建成的二滩三大水库调节,可使两河口以下11个梯级总装机容量达2531万kW的电站实现完全年调节,届时,将极大促进四川电网电源结构的改善。

  (4)雅砻江水电开发前期工作基础好,研究较为深入X公路施工组织设计,具备规模开发的条件

  雅砻江水电开发的前期工作始于上世纪五、六十年代,至今已进行五十年,多年的勘测、设计、研究工作的积累,我们已基本摸清了河流的自然特性,获取了大量有价值的勘测设计数据,完成了一系列重大科研成果,积累了宝贵的勘测设计经验,为继续开发雅砻江水力资源奠定了坚实的基础,应该说,雅砻江水电基地实施的条件已经具备。

  (5)二滩的建成发电以及实施过程中重大技术问题的解决思路和科技创新实践,为进一步开发两河口、锦屏一级打下坚实基础

  二滩水电站以高拱坝、大泄洪量、超大地下洞室群成为我国水电建设史上的成功范例。二滩勘测设计及建设过程中对重大技术问题的研究思路、技术路线的成功实践,为进一步开发两河口、锦屏一级打下坚实基础。两河口、锦屏一级两电站目前正进行前期工作,工作中必将遇到类似技术难题,借助二滩工程实践和研究思路,我们有信心、有能力面对可能出现的技术问题。

  (6)雅砻江将成为水力资源开发利用的博物馆

  为开发利用雅砻江水力资源,我们根据河流特点、地形地质资料,按照水力资源最有效利用的原则,形成了现阶段较成熟的21级开发方案GBT32984-2016 彩色沥青混凝土,在这21个梯级中,有堤坝式、混合式、引水式等多种开发方式;有径流式、日调节、周调节、月调节、季调节、年调节、多年调节多种调节性能;有高、中、低各种坝高;拱坝、重力坝、当地材料坝、闸坝等各种坝型。雅砻江水电开发中的高拱坝、高土石坝、大型地下洞室群、高边坡处理、深埋长引水隧洞等技术处于世界先进行列,

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