巴基斯坦苏基克纳里水电站综述

2015-12-17刘战生刘伯春

水利水电工程设计 2015年2期

关键词：拦河坝调压井底孔

刘战生刘伯春

巴基斯坦苏基克纳里水电站综述

刘战生刘伯春

巴基斯坦苏基克纳里水电站为径流式电站，是采用长隧洞引水的高水头电站。电站最大净水头910.85 m。电站装设4台立轴冲击式水轮发电机组，单机额定出力221.725 MW，多年平均年发电量30.81亿kW·h。

巴基斯坦高水头引水隧洞冲击式水轮发电机组

1 工程概况

苏基克纳里（SukiKinari）水电站位于巴基斯坦西北边境省Mansehra地区的Kunhar河上，大坝距巴基斯坦首都伊斯兰堡256 km。电站为径流式电站，采用引水方式开发。拦河坝最大坝高（河床以上部分）为54.5 m，引水隧洞长度19.5 km，地下厂房装机4台，总装机容量为873.508 MW，多年平均年发电量30.81亿kW·h。目前，本项目已经完成EPC招标，预计工期72个月。

2 工程水文气象条件

2.1 水文参数

2.1.1 水文参数

坝址以上控制流域面积为1 311 km2。坝址多年平均径流量19.2亿m3，多年平均流量为60.9 m3/s。

2.1.2 洪峰流量

坝址洪水成果见表1，坝址施工洪水成果见表2。

表1 坝址洪水成果表m3/s

表2 施工洪水成果表m3/s

2.2 气象

坝址附近多年平均降雨量为1 616 mm，年内分配不均，3月降雨最大为269 mm，9月降雨最小为60 mm；多年平均蒸发量为989 mm；月平均最高温度极值为24℃，月平均最低温度极值为-12℃，极值高温发生在6月，为38℃，极值低温发生在2月，为-17℃。

2.3 泥沙

坝址处多年平均输沙量为42.75万t，其中悬移质沙量为34.2万t，推移质沙量为8.55万t。悬移质泥沙粒径在0.01～5 mm，D50为0.02 mm；推移质泥沙粒径在0.1～100 mm，D50为1 mm左右。

3 工程地质条件

3.1 区域地质

工程区地面高程2 200～3 500 m，地形起伏变化大于1 000 m。附近自南向北发育有多条主要逆冲带和断层，分别为主边界逆冲断裂带（MBT，也称Murree断层）Panjal断层、主中央逆冲断裂带（MCT）以及主地幔逆冲断裂带（MMT）。工程区主要位于Panjal断层以北、MCT以南的变质岩地区，主要岩性为前寒武纪至寒武纪Kaghan群的石英云母片岩，夹有石英岩、大理岩、钙质片岩和石墨片岩等。第四系堆积物分布广泛，按成因可分为冲积、崩积和冰积等类型。

3.2 基本工程地质条件

电站主要建筑物有拦河坝、引水系统、地下厂房及尾水洞。

3.2.1 库区

库岸边坡高而陡，部分被近代堆积物（如崩积物、坡脚碎石堆）等覆盖。沿河发育有河流阶地堆积物，多为耕地。这些堆积物中的大部分是由冰川和雪崩造成的，下伏基岩主要为石英岩、石英云母片岩及石墨片岩等，节理裂隙较为发育，但岩体渗透性微弱。库岸多处存在岩体蠕变带和崩塌带。

3.2.2 坝址

坝址大部分被第四系覆盖层所覆盖，主要为崩积物、阶地沉积物和冲积物。河床存在深厚的漂卵砾石层，厚度大于92 m。覆盖层以中等透水为主，局部为强透水。基岩地层为寒武纪—前寒武纪的Rajwal组地层，主要岩性为石英云母片岩、石英岩、辉绿岩和石英片麻岩，密集—中等间距节理。基岩属于弱—微透水，局部为中等透水。

水的腐蚀性类型为结晶类硫酸盐型，对普通水泥具弱—中等腐蚀性，对抗硫酸盐水泥无腐蚀性。局部地下水的腐蚀性类型为分解类一般酸性型，具弱—中等腐蚀性。

3.2.3 引水隧洞

引水隧洞沿线穿过高中山区，主要岩性为Kaghan群的石英片麻岩、含云母的石英岩、泥质岩、钙质片岩、大理岩和石膏夹层以及大理岩和变质砾岩等。上游段的埋深多小于300 m，最大埋深约750 m，其中进口段、过沟段隧洞埋深一般小于70 m；下游段隧洞最大埋深达1 300 m，其中埋深大于600 m的洞段长约6 km。一般洞段岩石多为中硬—硬岩，片理与轴线的夹角一般超过30°。隧洞穿过2条大型逆冲断裂带。预计引水隧洞及调压井围岩分类见表3。

表3 预计引水隧洞和调压井围岩分类表

3.2.4 地下厂房及尾水洞

地下厂房埋深约850 m，地层岩性为Mahandri组石英岩夹大理岩，为中硬—硬岩。尾水隧洞长约4.4 km，穿过2条逆冲断层带。岩体透水性多为属弱透水。预计地下厂房及尾水洞围岩分类见表4、5。

表4 预计厂房围岩分类表

4 工程布置

4.1 设计标准

拦河坝、溢洪道及取水口采用设计洪水标准为1 000年一遇，洪峰流量2 030 m3/s，校核洪水标准为最大洪水，洪峰流量3 777 m3/s。泄水建筑物消能防冲设施按100年一遇洪水设计。

表5 预计尾水洞围岩分类表

地震参数：运行基本地震（OBE）的峰值地面水平加速度为0.25g，最大设计地震（MDE）的峰值地面水平加速度为0.53g，最大可信地震（MCE）的峰值地面水平加速度为0.55g。

4.2 枢纽布置

枢纽布置充分利用了工程区起伏大的良好地形和地质条件，通过右岸19.5 km长的引水隧洞连接水库与发电厂房。

拦河坝的布置基本利用了天然的地形，形成了高度较小、工程量相对节省的拦河坝。拦河坝采用沥青混凝土面板堆石坝与混凝土重力坝结合的混合坝。河床中部布置沥青混凝土面板堆石坝，两侧布置混凝土重力坝。溢洪道布置在混凝土重力坝段，左岸布置表孔溢洪道，右岸布置底孔溢洪道，溢洪道均采用挑流消能。

电站进水口布置在拦河坝右岸上游侧，并尽可能提高了进水口的底坎高程，以有效地防止进水口门前泥沙的淤积。

进水口后设置沉沙池，其后接19.5 km的引水隧洞。引水隧洞末端设置调压井，并通过770 m高的压力竖井与地下厂房连接。

本地下厂房埋深约850 m，厂房尺寸为（长×宽×高）118 m×27 m×40 m。电站尾水通过2条相互平行、总长约4 200 m的尾水隧洞流入下游河道。

5 主要建筑物

5.1 拦河坝及泄洪建筑物

5.1.1 拦河坝

拦河坝为沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程为2 281.5 m，坝顶宽度10 m，最大坝高（河床以上部分）为54.5 m，坝顶长度为215.3 m。坝顶上游侧设置高出坝顶1.2 m的钢筋混凝土防浪墙。坝体上、下游边坡均为1∶1.8，下游坡采用块石砌护。大坝上游面采用300 mm厚的沥青混凝土作为防渗层，其下部与垂直的柔性混凝土防渗墙连接，形成防渗屏障

5.1.2 泄洪建筑物

左岸溢洪道为表孔溢洪道，共6孔，溢洪道堰顶高程为2 269.50 m，孔口宽度为4.5 m，设有叠梁检修门和弧形工作门。表孔溢洪道坝段坝顶总长度为41.4 m。表孔顶部设置交通桥。表孔溢洪道后接1条长度约74 m的泄槽，泄槽末端设有挑流鼻坎，采用挑流方式消能。

右岸设置底孔溢洪道5孔，底坎高程为2 244 m，孔口尺寸为4.5 m×5.6 m(宽×高)，设有叠梁检修门和弧形工作门。底孔溢洪道坝段坝顶总长度为38 m。底孔溢洪道后接1条长度约32 m的泄槽，泄槽末端设有挑留鼻坎，采用挑流方式消能。

5.2 引水系统

引水系统由电站进水口、沉沙池、引水隧洞、调压井以及压力管道等建筑物组成。

电站进水口为开敞式，位于昆哈河的右岸，紧靠底孔溢洪道布置。进水口共4孔，单孔净宽6 m，每孔均设置拦污栅。

地下有压沉沙池在靠近底孔溢洪道的小山包内开挖形成。沉沙池设计为城门洞形，下部设置冲沙廊道，采用钢筋混凝土衬砌，其顶高程为2 263.35 m，底高程从2 241.85 m渐变到2 238.85 m。衬砌后沉沙池净宽为14 m，不包括下部冲沙廊道其高度为18.25 m，长度为185 m。下部冲沙廊道为1 m×5 m的矩形断面，用于储存沉降下来的泥沙。

引水隧洞内径为6 m，长约19.50 km，额定流量为114.6 m3/s，最大引用流量为126.06 m3/s，采用全断面混凝土衬砌。

调压井设在引水隧洞末端，调压井位于低压引水隧洞后部，为上下室式调压井。调压井顶高程2 343.0 m，底高程2 138 m，调压井高度205 m。

压力管道包括2条压力竖井和下平段压力钢管。压力竖井内径为3 m，顶部高程为2 135.00 m，底部高程为1 364.15 m，高差为770.85 m。下平段压力钢管分为两部分，第1部分为2条直径3 m的压力钢管；第2部分为4条直径为2.12 m的压力钢管支管。支管末端最终渐变成管径为1.7 m的分支管，进入地下发电厂房。

5.3 发电厂房

主厂房为地下式，装有4台冲击式水轮发电机组，总容量为873.508 MW的。电站引用流量

114.6 m3/s，，最大净水头910.85 m。

5.4 尾水洞

2台机共用1条尾水洞，共2条尾水洞，隧洞断面尺寸为5.15 m×6 m，总长度约4 200 m。

5.5 导流工程

坝址区20年一遇洪峰流量为600 m3/s，100年一遇洪峰流量为980 m3/s。导流设计采用100年一遇洪水标准，相应导流流量为980 m3/s。导流底孔按能通过100年一遇洪峰流量设计，以满足施工期坝体临时度汛需要。

根据坝址处的地形条件以及枢纽的布置型式，工程采用分期导流，共分2期。一期导流利用原河床过流，施工位于河床左、右岸较高部位的溢洪道及消力池，并在右岸底孔溢洪道相邻的河床坝段预留导流底孔。二期导流利用主河床上、下游围堰挡水，导流底孔和底孔溢洪道联合泄流，施工位于原河床位置的面板堆石坝段。上、下游围堰在一期导流末期填筑，最大高度分别为17 m和7.2 m。