王锋辉

（二滩水力发电厂，四川 攀枝花 610017）

1 工程概况

二滩水电站是雅砻江流域开发的第一座电站。拦河坝采用混凝土双曲拱坝，最大坝高240 m，是我国首座超过200 m的高拱坝。二滩枢纽工程具有河谷狭窄、水头高、流量大的特点。重现期1 000年设计洪水流量达20 600 m3/s，重现期5 000年校核洪水流量达23 900 m3/s，最大泄洪功率达39 000 MW。其中拱坝坝身泄量16 450 m3/s，泄洪功率达27 000 MW；泄洪洞的单洞最大泄量达3 800 m3/s，最高流速45 m/s，泄洪功率达12 000 MW，均居世界同类工程前列。工程消能设计，坝身采用泄水水流空中扩散和对撞落入水垫塘消能技术，泄洪洞采用挑流消能技术。

二滩电站的泄洪建筑物包括坝身7个表孔、6个中孔和布设在右岸的2条泄洪隧洞。其中表孔为开敞式泄洪表孔，采用大差动结构型式，使水流充分扩散，掺气更充分，入水面积更大，减小水舌对水垫塘底板的冲击动水压力，进一步加强了消能效果。中孔为有压泄洪中孔，6个泄洪中孔均采用平面转弯、立面上翘、尾部横向扩散、竖向收缩的“压力上翘”体型，这种体型使水流纵横分散，落点错开，满足下游消能衔接的要求。同时表、中孔联合运行时，水舌碰撞消能效果更好。泄洪洞为浅水式短进水口龙抬头明流泄洪洞，洞身采用掺气消能方式，出口采用挑流方式消能。其中1号洞出口采用扭曲斜切鼻坎，2号洞采用不对称舌型挑流鼻坎。

这种消能设计形式，很好地解决了泄洪消能问题，但同时也带来了范围更大、强度更高的“雾化”影响。

2 泄洪“雾化”分区、预测范围及防护措施设计

2.1 泄洪“雾化”分区、预测范围

目前，泄洪雾化的分区或分类方法尚不完全统一，一般根据成因、形态或影响程度不同简单地划分其类别［1］。二滩水电站泄洪雾化的分区是根据局部模型试验及整体模型试验，并结合大量工程泄洪雾化的原始观测资料提出来的，主要分为两个区，分别是表、中孔泄洪消能的水垫塘消能区和泄洪洞挑流消能的下游河床消能区，这两个消能区也是雾化防护重点区。二滩拱坝泄洪雾化分区、预测范围及防护措施见表1。

对于泄洪洞泄洪雾化影响，主要结合本工程的特点并类比和借鉴其他工程的经验进行估算。

图1 二滩水电站枢纽布置图Fig.1 Layout of Ertan hydropower station

表1 二滩拱坝泄洪雾化分区、预测范围及防护措施Table 1:Zones and predicted scope of flood discharging rain and fog and protection measures

2.2 防护措施设计

根据设计泄洪雾化分区，对不同的区域提出了不同的防护措施。表、中孔泄洪消能的水垫塘消能区的具体防护措施如下：

（1）自坝后至桩号0+130 m，高程1 070.0 m以下为混凝土护坡；自坝后至桩号0+380 m，高程1 040.0 m以下属水舌裂散区（雾化Ⅱ区），设置混凝土护坡。混凝土护坡厚0.3 m，设有锚筋（ϕ25 mm，长3 m，间距2.5 m）及排水孔（ϕ48 mm，间距5 m，深入岩石3 m，向外倾2°～3°）。

（2）两岸高程1 115.0 m以下、上述混凝土护坡以上属浓雾暴雨区（雾化Ⅲ区）。采用挂钢筋网（ϕ 6 mm，间距0.25 m）及厚0.1 m的喷混凝土护坡；锚杆ϕ25 m，深入岩石3 m，间距2.5 m；排水孔ϕ48 mm，深入岩石3 m，间距5.0 m。

（3）两岸高程1 032.0 m、1 040.0 m、1 070.0 m、1 115.0 m各层马道均设有混凝土挡墙，防止山坡危石落入水垫塘，以免造成塘底磨损破坏。另外各层马道亦设有排水沟，将雨水排至下游。

泄洪洞挑流消能的下游河床消能区的具体防护措施如下：

泄洪洞挑流消能区保护包括挑流鼻坎基础坡面保护和泄洪雾化区岸坡保护两部分。由于泄洪洞出口水流挑射较远，其冲坑深度也较浅，冲坑的发展不会影响到挑流鼻坎，因此两条泄洪洞鼻坎基础坡面设计采用混凝土面板结合锚杆进行保护。另外由于泄洪洞出口部位没有布置重要的建筑物，所以对泄洪洞出口的边坡也没有采取特殊的保护措施进行处理，而是根据泄洪洞经1～2个汛期泄洪后，有针对性地设计水流消能区河道岸坡保护工程并进行施工。

3 初期运行及泄洪“雾化”原型观测

1997年11月4日二滩水电站导流洞下闸，江水经由大坝临时导流底孔（底部高程为1 012.5 m）下泄到水垫塘流往下游河道。1998年5月1日下闸蓄水，5月8日永久底孔过水，5月28日坝身3号中孔泄洪，整个汛期，全部6个中孔、2条泄洪洞都参与了泄洪，泄洪总量达到571.86亿m3（包括2号、3号底孔的过流）。其中坝身泄洪504.78亿m3，泄洪洞泄洪67.08亿m3。泄洪期间大坝下游雾化严重，6个中孔泄洪时，挑出的水流互相碰撞所产生的雾化达到高程1 135 m，并从坝下游一直延伸至中滩沟。

1998年汛期泄洪是二滩大坝在还没有完全建成情况下的首次泄洪，当年库水位最高达到1 182.26 m高程。汛后检查发现，水垫塘二道坝至左右两岸导流洞出口段河岸被严重冲刷，左岸12号公路下形成开口10～12 m、深7～8 m的贯通性大空洞，导致混凝土边墙及路面混凝土最终断裂、沉陷，较长时间中断了通往水垫塘左岸的12号公路的通行。右岸，从9号公路下到二道坝坝肩的斜坡道，由于受河道水流及来自1 032 m高程马道跌水水流的冲刷，混凝土路面下的回填石碴被淘空，路面板被掀翻，斜坡路亦较长时间断道。布置在9号公路内侧的右岸4条永久供水钢管基础被淘，在横向水流作用下已严重弯曲变形，影响到12号和9号公路的运行安全。处在坝身泄洪雾化影响区内的中滩沟和中滩支沟，受泄洪雾化水流及降雨的影响，中滩沟发生了约8 000～9 000 m3的泥石流，泥石流冲断了通往高位水池的输水管道和低位水池的进出水管，部分泥石堆积在12号公路上，阻断了去水垫塘左岸及深井泵房的通道；中滩支沟下部，12号公路内侧边坡由于雨雾浸泡而变软造成局部坍塌，影响到低位水池的稳定。

水垫塘两岸1 032 m高程马道靠山侧的排水沟遭局部破坏，积水经破坏部位进入底部回填料，渗往水垫塘廊道。同时，两岸1 032 m高程马道路面混凝土施工缝未设置止水，1 032 m高程以上的各层马道未用混凝土进行封闭，也都成为了渗漏通道。大坝中孔泄洪时，雨雾弥漫中的边坡及马道水经岩石裂隙渗流到水垫塘底板下的排水廊道和暗沟内，由于水垫塘深井泵的抽排量当时有限，致使水垫塘廊道被淹。

位于14号和29号坝段1 040 m高程坝后平台上的水垫塘左右岸通气廊道出口，尽管洞口底板比1 040 m高程大坝贴角平台高20 cm，中孔泄洪时，不但贴角上的水流和雨雾进入通气廊道，而且水流挟带着大量泥沙经过通气廊道进入了水垫塘廊道，堵塞了廊道底板上的280个排水孔，对水垫塘底板和基础的渗流稳定产生了不利影响。

大量的泥石流涌入水垫塘，对水垫塘造成了一定的破坏，汛后水垫塘抽干检查发现，水垫塘底部存在大量的钢管、钢筋、废混凝土块、石块、沙等，估计总量超过100 t。底板存在不同程度磨损，有的露出石子，有的露出钢筋，桩号0+150～0+250的4 000 m2范围内被磨损得比较严重，平均磨损约27.225 mm，最深的达88 mm，整个水垫塘加权平均磨损20.67 mm。1999年汛前完成了上述影响破坏区域的修复。

1999年，二滩电站汛期正常泄洪运行。当年9～12月，公司组织对二滩水电站泄洪雾化开展了较系统的原型观测试验，试验包括了坝身泄洪及泄洪洞泄洪等多种工况，试验水位为设计库水位1 200 m高程。试验分中孔、表孔单独泄洪，中表孔联合泄洪等各种设计工况。本次泄洪雾化试验观测到，雾化区的范围及雾化对两岸边坡影响的强度更加增大，较浓烈的雾化高程达到1 190 m以上，并从坝后一直延伸到1号尾水洞出口。坝身原型观测泄洪试验时，1、2、6、7表孔和1、2、5、6中孔联合泄洪（约7 700 m3/s）雾化影响范围最大（见图2），坝后约700 m范围内的边坡及附属建筑物遭到了损坏，主要表现在开口线以上未支护的自然边坡受侵扰而出现多处坍塌，滑落体大部分是开挖线以上的表层覆盖物（泥土、碎石、块石及大孤石），大量滚落的石块使开挖线以下已经支护过的边坡、马道和马道上的建筑物遭到了不同程度的毁坏，滞积的泥石流堵塞了边坡交通梯道和各级马道［2］。

泄洪过程中，泄洪雾化在坝后1 040马道和1 091马道形成很深的雾化水流，水流经该部位坝后支廊道洞口涌进坝体。由于水量太大，远远超过大坝渗漏集水井三台300JC/s210-10.5×8型深井泵抽排能力，导致980.25 m集水廊道水位高达987.50 m。经检查，980.25 m廊道内3台MCU数据采集系统测量单元、3台垂线坐标仪、2套静力水准仪、2支堰流计、2台强震仪被损坏。

图2 二滩水电站1、2、6、7表孔和1、2、5、6中孔联合泄洪雾化范围示意图Fig.2 Scope of rain and fog caused by joint flood discharge of surface holes No.1,2,6,7 and middle holes No.1,2,5,6 at Ertan hydropower station

原型观测试验表明，泄洪雾化较原设计严重，大坝（0+35）至三滩沟一带（0+2 500 m），长约2 500 m的两岸边坡均处于泄洪雾化范围。在各种工况下，水垫塘两岸山坡雨强纵向在水舌落点处最大，朝上、下游方向逐渐减小；横向，雨强随地面高程的增高而明显降低，靠近水舌入水处雨强甚大；两岸马道均形成了地面径流，在护坡顶端的马道（左岸高程为1 115 m，右岸高程为1 110.4 m），多数测点的雨强仍超过100 mm/h，属特大暴雨区，部分测点则属于大暴雨区。

1号、2号泄洪洞泄洪雾化中心出现在左岸，原型观测试验期间，联合泄洪时各自形成两个“降雨”中心，其位置和雨强与分别泄洪相似，从上游桩号0+780 m至下游桩号0+2500 m均为薄雾区，左岸雾化范围高程达1 280 m，右岸达1 120 m。1号泄洪洞雾化区泄洪期间局部陡倾节理发生小规模塌滑。2号泄洪洞泄洪雾化区因回流冲刷和浓雾暴雨的面蚀作用致使该雾化区遭到较严重破坏，致使该处公路中断。

4 下游护岸防护措施的改进

经过1998和1999年的泄洪雾化考验，虽然总体上水垫塘、二道坝及其护坦满足了设计预想的要求，但一些缺陷和隐患的暴露说明，二滩的泄洪区划已经超出了模拟、分析所确定的泄洪雾化范围，对泄洪雾化的认识还有待进一步深化。为了减少泄洪雾化的影响和降低运行风险，对拱坝下游两岸护坡和泄洪洞出口下游两岸的防护工程做了进一步改进和完善。

4.1 表、中孔泄洪消能的水垫塘消能区

（1）清除左岸低位水池、消防水池后坡及其下游侧坡顶、调压室交通洞洞脸楔形塌滑体的部分已塌滑土石和松散土体，对松弛或拉裂岩块设置随机砂浆锚杆，挂网、喷混凝土、设排水孔；

（2）加固左岸2号尾水渠右导墙并与上游岸坡混凝土墙衔接；

（3）清除右岸1 115.0 m高程至缆机平台以下自然坡的浮石、危石及残留的塌滑松散体，修复并完善1 190.0 m以下挂网、喷混凝土、锚杆及排水孔；

（4）右岸1 032.0 m高程公路边坡设置5～8 m高的贴坡式混凝土挡墙并喷锚至1 060.0 m高程；

（5）两岸1 032.0 m高程公路外侧挡墙设置排水缺口，以便及时排除泄洪时1 032.0 m高程公路的积水。

4.2 泄洪洞挑流消能的下游河床消能区

（1）左岸下偏岩子隧洞出口至三滩沟沟口上游侧岸坡出露玄武岩、页岩、紫红色粘土岩、砂岩和粉质砂岩，属重点保护区。该段的上游部分，高程1 030.0～1 010.0 m（齿槽至1 007.0 m高程）采用重力式混凝土挡墙，1 030.0 m高程以上为1.0 m厚的浆砌块石护坡，混凝土挡墙段还设置锚杆和部分锚索，所有护坡设置排水孔；

（2）左岸三滩沟沟口设置泄水建筑物，泄水建筑物由泄水明渠和泄水陡槽组成；陡槽段采用台阶消能方式，明渠从3号过木平桥孔下穿过，可与三滩沟排水建筑物相接；

（3）左岸三滩沟沟口下游至过木机道滑槽出口岸坡下覆基岩埋藏深度变化较大（约1 005.0～980.0 m高程），只能将部分地段的混凝土护坡放在基岩上，1 015.0 m高程以上采用浆砌块石；

（4）右岸2号泄洪洞出口风化及卸荷强烈区域，采用锚喷混凝土保护，喷层厚10 cm；

（5）右岸2号泄洪洞出口下游约140 m为厚层砂岩夹碳质粉砂岩，岩体弱偏强风化，完整性较好，是右岸的护岸重点区；采用混凝土与浆砌石结合的护岸型式。1 025.0 m高程以下为1.2 m厚的钢筋混凝土结构，以上至1 040 m高程为0.8 m厚的浆砌块石衬砌；均设排水孔，基岩设锚杆；

（6）右岸2号泄洪洞出口基岩段下游还保护了约200 m长的软基段。主要采用浆砌块石和挂网喷混凝土两种护岸型式，坡脚用抛石保护，以防冲刷。

4.3 其他改进

（1）对1 040.25 m交通廊道通往坝后的支廊道进行了封堵，对1 091.25 m下检查廊道通往坝后的支廊道出口进行了加高，加高高度为1.1 m。

（2）对位于14号和29号坝段1 040 m高程坝后平台上的水垫塘左右岸通气廊道出口进行了封堵。

（3）对所有的马道采用混凝土衬砌，堵塞渗漏通道。

5 运行泄洪雾化区域边坡稳定性评价

2000年汛前，二滩下游雾化区二期防护工程结束。经过十多个汛期的运行，除局部发生小的落石和小的坍塌，未出现影响边坡安全运行的情况，这证明了经过改进的泄洪雾化区域防护是合理的，可以保证雾化区边坡的安全和正常运行。

图3 水垫塘右岸边坡防护图Fig.3 Protection of the right bank of cushion pool

图4 水垫塘左岸边坡防护图Fig.4 Protection of the left bank of cushion pool

6 结 语

总结二滩泄洪雾化引起的边坡破坏，主要有以下几种类型：①泄洪雾化降雨对自然边坡的冲刷，造成孤石、悬石失稳滚落，由此又造成滚石砸坏下部工程边坡或管道。②泄洪雾化水流造成边坡局部覆盖层或堆积体迅速下滑，形成泥石流，又对下部建筑物和设施造成损坏。③雾化水流造成局部松弛卸荷岩体失稳坍塌。④泄洪雾化导致河水紊流，造成岸坡淘刷、坍塌破坏。⑤雾化水流从坝后通道或渗漏通道进入，造成大坝廊道和水垫塘廊道被淹等等。经过雾化防护改进后，以上问题基本得到解决。

由此可以得出以下几方面的认识：对于泄洪雾化区的孤危石，一定要在蓄水前的施工期就进行全面清理，一旦所在边坡下部的建筑物建成或边坡支护完成，再清理不仅难度大、风险也非常大，容易造成下部建筑物或防护边坡的损伤。如果不进行处理，就会造成泄洪期间失稳，引起破坏，同时，这些孤危石一旦失稳进入水垫塘，在高速水流的带动下，对水垫塘的防护面板将造成损伤，可能会引发更大的破坏和风险。

由于对泄洪雾化还很难定量地进行描述，因此，泄洪雾化范围的确定还需要更多的实践来验证。从二滩的实例来看，实际雾化范围比模型试验确定的范围要大，因此最初的防护设计略显不足，通过最初的两个汛期的检验，及时进行了改进。经过十几年的运行，证明了改进后的防护范围基本满足了泄洪雾化防护的需要，也进一步证明了二滩泄洪雾化区采取的防护形式是有效的。这种成功的经验，对其他类似工程的雾化防护有非常重要的借鉴意义。

[1]杨智鸿，王愈.泄洪雾化研究综述[J].中国水运，2008，（7）.

[2]苏建明，李浩然.二滩水电站泄洪雾化对下游边坡的影响[J].水文地质工程地质，2002，（2）.