张连明，周 青

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水电站枢纽布置设计

张连明，周 青

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水电站是西藏首座大型水电站，枢纽布置设计复杂。本文以藏木水电站工程枢纽设计资料为基础，从工程设计标准、枢纽总布置、建筑物结构设计、施工导流及工期等几个方面，对藏木水电站枢纽布置设计进行简要介绍。为读者对藏木水电站具有总体认识及类似工程提供借鉴。

藏木水电站；枢纽布置设计；施工导流及工期

1 工程概述

藏木水电站是雅江中游规划建设的第一座大型电站，位于西藏中部电网负荷中心。工程场址位于西藏自治区山南地区加查县境内，地处雅江中游桑日至加查峡谷段出口处，坝址区距下游加查县县城17 km，距拉萨直线距离140 km，距下游右岸藏木村5.0 km，距下游右岸S306省道7.0 km，对外交通方便。

藏木水电站是雅江中游河段桑日～加查峡谷段水电规划五级开发方式的第4个梯级电站。电站主要任务是发电，枯水年枯期(12月～翌年4月)平均出力143.7 MW，多年平均年发电量25.008亿kW·h，年利用小时数4 903 h。水库正常蓄水位3 310.00 m，总库容0.93亿m3，调节库容0.13亿m3，为日调节水库，水库回水长12.4 km。电站装机容量510 MW，装6台(6×85 MW)水轮发电机组。

2 工程等级及设计标准

2.1 工程等别、建筑物级别

藏木水电站常态混凝土重力坝最大坝高116 m，装机容量510 MW，工程等别为二等工程，工程规模为大(2)型，其永久性主要水工建筑物大坝、厂房、引水尾水系统等按2级设计，永久性次要水工建筑物按3级设计，临时建筑物为3级建筑物。

2.2 设计标准

(1)洪水标准。根据建筑物级别，并结合本工程特点，同时考虑到电站下游加查县县城、雅江干流缺乏历史洪水资料的情况，并考虑到藏木电站是雅江上拟建的第一个电站，在电站下游为加查县城，确定各主要建筑物的设计标准为：混凝土重力坝方案的挡水、泄水建筑物按500年一遇洪水设计，流量13 600 m3/s，2000年一遇洪水校核，流量17 100 m3/s；电站厂房按200年一遇洪水设计，流量12 400 m3/s，500年一遇洪水校核，流量13 600 m3/s；2级建筑物消能防冲建筑物按50年一遇洪水设计，流量10 300 m3/s。

(2)抗震设计标准。根据中国地震局地壳应力研究所、西藏自治区地震局地震工程研究所对工程场地的地震危险性评价报告，工程场地50年超越概率10%的基岩水平动峰值加速度为140.8 cm/s2，相应的电站场址地震基本烈度为Ⅶ度，设防烈度为Ⅶ度。大坝的抗震设防类别为乙类，厂房及其他次要建筑物的抗震设防类别为丙类。

3 枢纽工程总布置及建筑物主要尺寸

工程枢纽建筑物主要由拦河大坝、泄洪消能防冲、排沙、发电厂房、鱼道等建筑物组成。导流明渠布置在左岸和两孔表孔溢流坝结合，前期为导流明渠，后期改建为两个表孔溢流坝。主要建筑物见图1。

3.1 大坝挡水及泄水建筑物

3.1.1 大坝整体布置

拦河大坝坝顶总长度387.50 m，共分19个坝段，其中1～2号为左岸挡水坝段，左岸坝顶长48.00 m，1号、2号坝段长分别为24.00 m、22.00 m，17～19号为右岸挡水坝段，右岸坝顶长49.00 m，坝段长分别为17 m、17 m、15 m；3～8号坝段为溢流坝段，坝顶全长125.00 m，坝段长分别为24.50 m、21.00 m、20.00 m、20.00 m、20.00 m、19.50 m；9号、16号为左右冲砂底孔坝段，每个坝段长度均为15.00 m。10～15号坝段为厂房挡水坝段，坝顶全长135.50 m，坝段长分别为27.90 m、22.40 m、19.50 m、22.40 m、19.50 m、23.80 m。

图1 主要建筑物示意

3.1.2 溢流坝段结构

溢流坝共设6个坝段，坝顶高程3 314.00 m，最低建基面高程3 204.00 m(8号坝段部分坝趾建基面高程)，最大坝高110.00 m。溢流堰顶高程3 291.00 m，堰顶前缘为1/4椭圆曲线，后接方程为y=0.039 2x1.85的幂曲线段，高程3 265.26 m后接1∶0.7斜坡，再通过半径35 m的反弧段与消力池相接。考虑三期导流采用导流底孔方式，在每个溢流坝段内布置一孔导流底孔，尺寸为7.0 m×11.5 m(宽×高)，导流底孔在3号、4号坝段进口高程为3 249.00 m，5～8号坝段进口高程为3 246.00 m。为减少对坝体的削弱并避免底孔封堵时的施工困难，底孔进口段布置在坝体断面以外，5～8号坝段3 268.00 m高程以下(3号、4号坝段3 271.00 m高程以下)坝体向上游延伸至(坝)0-010.00 m桩号，作为导流底孔进口段。溢流坝下游尾坎高程与消力池底板高程相适应，3号、4号坝段下游溢流面尾部高程为3 246.16 m，与导流明渠底板高程衔接；5～8号坝段溢流面尾部高程为3 236.00 m，与消力池底板高程相差4.0 m，形成一个跌坎，辅助消能。溢流坝3号、4号坝段最大底宽83.0 m，5～8号坝段最大底宽88.0 m。综合考虑坝顶启闭设备布置和结构要求，表孔闸墩长度初步确定为54.50 m，边墩厚度4.5 m，中墩厚度5.0 m。左岸导流明渠与3号、4号溢流坝段结合，前期为导流明渠，后期改建为溢流坝。表孔溢流坝同时作为排污通道，参与水库排污。

3.1.3 底孔坝段结构

冲砂底孔坝段共设2孔，分别布置于厂房挡水坝段两侧，坝顶高程3 314.00 m，左冲砂底孔坝顶宽度25.00 m，最低建基面高程3 198.00 m，最大坝高为116.00 m，右冲砂底孔坝顶宽度27.00 m，最低建基面高程3 234.00 m，最大坝高为80.00 m。左、右底孔均采用有压深式进水孔型式，包括进口段、压力段、明流段。底孔进口底板高程为3 246.00 m，左冲砂底孔进口段上唇为(x2/62)+(y2/22)=1椭圆曲线，左孔冲砂底孔坝段进口尺寸为5 m×6 m(宽×高)，采用矩形孔口，进口段分别布置平板检修闸门和平板工作闸门，压力段后接明流段，尾部设底流消能消力池，左冲砂底孔消力池底板高程3 238.5 m，底孔坝段上游上部铅直，下部1∶0.3斜坡，折坡点高程为3 235.00 m，下游面坝顶至高程3 296.00 m为铅直段，以下坝坡为1∶0.75至中孔出口部位，坝段最大底宽95.1 m。右冲砂底孔进口段上唇为(x2/52)+(y2/1.672)=1椭圆曲线，坝段进口尺寸为进口4 m×5 m(宽×高)，进口段分别布置平板检修闸门和平板工作闸门，工作闸门之后采用直径为4.0 m坝内埋管的形式，右底孔坝段上游铅直，下游面坝顶至高程3 304.00 m为铅直段，以下坝坡为1∶0.8至中孔出口部位，底孔坝段最大底宽81.0 m。

3.1.4 厂房挡水坝段结构

桩号为0+188.0～0+323.50 m，为10～15号共6个坝段，厂房挡水坝段沿坝轴线全长135.50m，采用一机一缝的布置型式，分为6个机组段。厂房挡水坝段10～15号长度分别为：27.90 m、22.40 m、19.50 m、22.40 m、19.50 m、23.80 m。顺水流方向最大长度为89.1 m，上游面折坡点3 235.00 m以下坡度1∶0.3，下游面折坡点高程3 304.00 m以下坡度为1∶0.8。坝基置于弱风化花岗岩上，最低开挖高程3 198.00 m(10号坝段坝踵建基面高程)，坝顶高程3 314.00 m，最大坝高116 m。坝内分别布置一条灌浆廊道、1条交通廊道和2条排水廊道，并同冲沙底孔坝段廊道连通。每个坝段前设厂房进水口，在满足进水口淹没深度和拦污栅布置的前提下，进水口底高程3 285.00m，宽度为6.2 m。进口设拦污栅、检修闸门和工作闸门各一道。拦污栅、检修闸门、工作闸门孔口尺寸分别为5.0 m×25 m、6.2 m×14 m、6.2 m×11 m(宽×高)。坝顶宽27 m，布置一台双向门机，用于进水口拦污栅及闸门启闭。进水口后接压力钢管，采用坝内埋管，钢管直径6.10 m，钢管壁厚20 mm，加劲环间距1.6 m、高度200 mm、加劲环钢板厚度20 mm。为满足冲沙要求，在厂房坝段坝体内设置排沙廊道。每个机组段设置一个进口，断面2 m×3 m，进口高程为3 249.00 m，每个进口后分别设置一道平板检修闸门和一道平板工作闸门。主廊道断面3 m×3 m，前半段高程3 249.00 m，并同各机组段进口连接；后半段坡度为12.37%，出口布置于冲沙底孔坝段边墙上，出口高程3 238.50 m。

3.1.5 左右岸挡水坝段结构

左、右岸共分5个挡水坝段，其中，左岸2个坝段、右岸3个坝段。坝顶高程3 314.00 m，最低建基面高程为3 238.00 m，最大坝高76 m。左岸挡水坝坝顶为满足交通需要,上游设置悬臂结构外伸6.00 m，坝顶宽19.00 m，挡水坝段上游面上部铅直，同样为利用部分水重增加坝体稳定性进而减少坝体混凝土量，下部为折坡，折坡点高程3 256.00 m，坡比为1∶0.3;下游面坝顶至高程3 304.00 m为铅直段，以下坝坡左岸为1∶0.75，坝段最大宽度72.9 m。右岸考虑与厂房挡水坝段一致，坝顶宽度27.0 m，下游坝坡采用1∶0.8，坝段最大底宽76.80 m。

3.1.6 消力池

溢流坝消能防冲按50年一遇洪水设计。考虑到本工程坝区岸坡稳定问题突出，泄洪消能应最大限度减小对岸坡稳定的影响，从运行安全可靠角度出发，确定溢流坝消能采用底流消能方式。

本工程左岸布置导流明渠，后期改建为2孔溢流坝，结合枢纽区地形地质条件，即河床覆盖层深厚、岸边基岩出露早的特点，消能采用河床4孔溢流坝设置宽尾墩+综合消力池和左岸边2孔溢流坝下游采用泄水槽的方式。根据泄洪消能计算结合水工模型试验，中间4孔溢流坝宽尾墩尾部宽度为3.0 m，下游消力池底板高程为3 232.00 m，长度为147.50 m，尾坎高程为3 243.50 m，下游海漫高程为3 241.00 m。与明渠结合两孔溢流坝，由于受到导流明渠布置的限制，在溢流坝下游难以下挖形成消力池，因此下游采用泄水槽的方式，接入河道主流，在明渠末端布置了三道导流坎，使下泄水流向主河床扩散。

消力池中部根据岩石出露高程确定护坦局部建基面高程为3 210.00 m，护坦厚22.0 m。消力池左、右两侧护坦的厚度，根据消力池护坦抗冲磨计算，并类比同类工程的经验，确定护坦厚度为8 m，建基面高程为3 224.0 m，基础岩石为Ⅲ级。

中间4孔溢流坝下游消力池池底高程3 232.00 m，池长147.50 m，宽75.0 m，池尾设高11.5 m的尾坎，尾坎高程3 243.50 m。左侧2孔溢流坝下游与导流明渠全结合，明渠底板高程桩号(坝)0+073.0～(坝)220.50 m为3 246.09～3 244.71 m。底板混凝土分区为：顶部0.6 m范围内采用HF抗冲耐磨C40W6F200混凝土，以下为常态混凝土厚2.4 m C25W8F150以及厚3.6 m C20W6F150，河床中部挖除覆盖层采用C10混凝土回填。

结合枢纽布置，消力池左右侧混凝土边墙均采用直墙。左侧结合导流明渠外边墙顶高程桩号(坝)0+073.0～(坝)220.50 m为3 265.20～3 262.88 m，墙厚8.0 m。右侧混凝土边墙结合左冲砂底孔边墙迎水面铅直，边墙背水面顶部铅直，桩号(坝)0+073.0～(坝)103.00 m为3 263.50 m，墙厚9.5 m，底高程3 232.00 m；桩号(坝)0+103.0～(坝)0+220.5.00 m为3 253.50 m，底高程3 232.00 m。

3.1.7 坝基防渗和排水布置

坝址处地下水类型分为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水两类。坝区以花岗岩为主，岩石致密坚硬，透水性较弱，岩体裂隙较发育，岩体透水性受构造、风化、卸荷等因素控制具明显分段性。坝区压水试验统计成果表明，强卸荷岩体具中等～强透水、弱风化岩体具弱透水性、微新岩体具弱微透水性，并具有随深度增加透水性逐渐减弱的规律。坝址河床基岩透水率q≤3 Lu,顶板垂直埋深5～10 m(基岩面以下)；两岸水平埋深一般为20～40 m。

由于本工程坝基下基础岩体q≤3Lu相对较浅。根据《混凝土重力坝设计规范》的规定，依据坝址渗透地质剖面并借鉴国内外已建工程的经验，采用悬挂式帷幕。防渗帷幕采用双排孔，主帷幕深度为坝高的0.5～0.7倍，副帷幕孔深取为主帷幕孔深的1/2倍，帷幕排距1.50 m，孔距2.0 m，孔间错布置。河床及右岸帷幕一般深入弱偏下透水带(3≥Lu>1)，帷幕最低高程为3 142.00 m；坝顶两岸帷幕布置为：左岸在坝顶高程3 314.00 m设5 m×5.5 m(宽×高)的上坝交通洞兼作灌浆平洞，帷幕伸入坝肩83.00 m，并在高程3 239.00 m也设置3 m×3.5 m(宽×高)的一层灌浆平洞，长61.00 m；右岸帷幕由坝肩高程3 314.00 m和3 239.00 m设灌浆平洞，左岸坝肩平洞下帷幕底高程由3 294.00 m向河床逐渐降低，河床坝段帷幕底高程3 142.00 m。帷幕灌浆压力按大坝承受的水头和地质情况，最大压力暂定为5 MPa。以上帷幕、固结灌浆参数在灌浆试验后最终确定。

为降低坝基扬压力，在防渗帷幕的下游设置一排主排水孔，深度取为主帷幕孔深的0.5倍，孔距3 m。在河床溢流坝段3～8号、左右冲砂底孔坝段9号和16号、厂房挡水坝段10～15号设两排纵向辅助排水廊道，在1～2号、17～19号坝段设一排纵向辅助排水廊道，并在4～18号坝段之间的分缝处共设置7排横向辅助排水廊道连接帷幕灌浆廊道及各排纵向辅助排水廊道。廊道内钻副排水孔，副排水孔深为8～15 m，孔距3 m。在左底孔坝段和厂房坝段(10号)基础下各设一个集水井，通过中孔边墙上的抽排水管将集水井中的水抽往下游。

根据渗流计算分析，坝区总渗流量估算为1 122 m3/d，根据抽水泵的运行要求，在一个小时内水泵启动的次数不得大于6次，因此为避免频繁起泵，在9号、10号坝段最下游一排辅组排水廊道位置布置了两个集水井，集水井底高程均为3 198.00 m，其尺寸为8 m×3 m×5 m(长×宽×高)。

3.2 引水尾水建筑物

3.2.1 引水建筑物

根据枢纽整体布置，厂房紧靠坝下游为坝后式厂房，因此进水口与挡水坝结合，采用坝式进水口。进水口前半部为拦污栅闸，进水口共设有19孔拦污栅闸，为统一拦污栅的尺寸，部分拦污栅将跨越两个坝段间的分缝，进水口后半部为进水闸室结构，闸室内设检修闸门槽、工作闸门槽、渐变段、通气孔。检修闸门孔口宽6.10 m，孔口高10.12 m，工作闸门孔口宽6.10 m，孔口高8.73 m。工作闸门后接渐变段，渐变段长10.16 m，由6.1 m×8.31 m(宽×高)矩形孔口渐变直径为6.1 m的圆形孔口。通气孔断面尺寸1.20 m×2.00 m，为避免通气孔充气、排气时对周围物体构成危险，其出气孔设置在塔体背后。

压力管道从进水口到坝后厂房，单机单管供水，6条压力管道平行布置。采用坝内浅埋管的结构布置形式，电站引用流量为1 071.30 m3/s，单机引用流量为178.55 m3/s，压力管道管径与蜗壳连接管直径一致为6.10 m，管内流速6.11 m/s。钢衬材料为16MnR。

3.2.2 尾水建筑物及进厂交通

6台水轮发电机组分由两个厂家提供，其中1～3号机组由哈尔滨电机厂有限责任公司制造，4～6号机组由浙江富春江水电设备股份有限公司制造。1～3号机组同4～6号机组尾水流道尺寸略有差异，其中1～3号机尾水管出口高程3 225.50 m，4～6号机尾水管出口高程3 225.00 m，尾水管净宽14.56 m，高5.25 m，设置2.5 m厚的中墩分隔成两孔，尾水检修门孔口尺寸为6.03 m×5.25 m(宽×高)，三期截流时尾水12孔检修门应具备下闸(或临时下闸)条件。

尾水管出口接尾水渠，尾水渠起点高程3 224.75 m，厂(纵)0+034.00～厂(纵)0+104.00 m为尾水渠反坡段，尾水渠以1∶4的反坡升至高程3 242.00 m，厂(纵)0+104.00～厂(纵)0+215.98 m为尾水渠平段，高程3 241.00 m，尾水渠反坡段尾部和平段之间所设1 m直坎可减少泄洪泥沙进入尾水渠反坡段。

为减小泄洪水流对机组运行的影响，减少冲砂底孔、冲砂廊道排出的泥沙直接进入尾水渠尤其是反坡段，尾水渠同冲砂廊道、右冲砂底孔之间设置隔墙。尾水渠同冲砂廊道间隔墙高程3 260.00～3 250.00m，末端延伸至(坝)0+280.50 m(厂(纵)0+190.98 m)，尾水渠同冲砂底孔间隔墙高程3 263.00～3 250.00 m，末端延伸至(坝)0+245.51 m(厂(纵)0+155.99 m)。

尾水渠挡墙兼作进厂公路挡墙及厂区防洪墙，尾水渠兼进厂公路挡墙共分3段：挡墙1～12号块(厂(纵)0+036.01～厂(纵)0+215.98 m)为衡重式挡墙；挡墙13～17号块(厂(纵)0+215.98～厂(纵)0+285.35 m)为渐变段；挡墙18～35号块(厂(纵)0+285.35～厂(纵)0+512.50 m)为贴坡式挡墙。

进厂公路接4号路，为明路直接进厂，路面设计净宽8 m，按双车道4级公路设计。

3.3 发电厂房及出线场

藏木水电站为坝后式厂房，采用“主机间两机一缝、厂坝分开、厂房挡水坝段一机一缝”的布置型式。主机间和安装间呈“一”字型布置，主机间纵轴线与坝轴线平行，为NE54°58′0″，厂房纵轴线距坝轴线间距89.52 m。厂内安装6台混流式水轮发电机组，单机容量85 MW，总装机510 MW，机组安装高程3 237.20 m,机组间距19.50 m。主机间建基面高程3 217.65 m，置于弱风化的花岗岩上。

主机间长度135.50 m，其中1、2号机组段长43.30 m;3、4号机组段长41.90 m，5、6号机组段长50.30 m;主机间段顺水流方向宽度为47.50 m;高度49.15 m;厂房跨度为26.0 m，厂内设有230 t/50 t、Lk=22 m的桥式起重机两台，厂房轨顶高程3 260.80 m。屋顶底高程3 266.80 m。主机间分为两层，发电机层高程3 249.80 m，水轮机层高程3 241.80 m，两层之间分别布置楼梯作为上下层的交通。

安装间布置于主机间右侧，顺水流方向宽度同主机间为26.0 m，沿机组纵轴线方向长38.50 m。

主变及GIS楼布置于厂房挡水坝段下游坝趾上，长135.50 m，宽15.50 m,主要布置有主变压器、GIS及屋面出线场。下游副厂房布置于厂房主机间下游与尾水平台之间，长度与主机间相同，宽10.50 m。

3.4 鱼道总体布置

鱼道采用竖缝式。藏木鱼道工程主要由进口、尾水渠段、暗涵段、岸坡段、过坝段、出口明渠段、出口和鱼道观测研究室等部分组成，全长3 566.325 m。

鱼道设两个常用进口，高程分别为3 241.00 m和3 243.00 m；设两个备用进口，高程分别为3 243.30 m和3 245.60 m。鱼道尾水渠段与尾水渠底板及尾水左、右导墙结合布置。鱼道暗涵段与厂房防洪墙结合布置，并设置通气孔。鱼道岸坡段利用尾水渠下游护岸、混凝土拌和系统台地、白沟坡地进行布置，逐步爬升。大坝右岸下游边坡陡峭，难以布置鱼道，该处鱼道采用渡槽方式进行布置。鱼道在19号坝段处穿越大坝，该部分鱼道采用平坡，可兼休息池作用。出口明渠段利用大坝上游右岸边坡进行布置，逐步爬升。鱼道设置4个出口，高程分别为3 304.00 m、3 305.00 m、3 306.00 m和3 307.50 m。

为与枢纽主体建筑充分结合，鱼道分部位采用不同底坡，其中：鱼道进、出口底坡i=0；尾水渠段采用i=0.020 2、i=0.023 2、i=0.023 4三种不同底坡；暗涵段、岸坡段及出口明渠段底坡i=0.02；鱼道出口底坡i=0。鱼道共设9个不同底坡的休息池，以供鱼类在上溯过程中暂时休息。

4 施工导流及工期

工程施工采用“左岸明渠全年导流、导流及主体工程分三期、基坑全年施工”方式。一期进行左岸导流明渠修建;二期进行主河床内的大坝、厂房修建;三期完建明渠坝段。

导流及主体工程、施工辅助工程等主要分为：左、右岸交通工程标、砂石系统及混凝土系统标、导流明渠标、厂房标、大坝标、鱼道标。除部分机电设备标、鱼道标外，其它各标均已完成招标工作。

工程于2007年9月开始场内交通等筹建项目施工，2008年9月开始导流明渠施工，2009年10月1日开始明渠混凝土浇筑，2010年11月导流明渠具备过流条件，2011年5月开始基坑开挖，11月开始大坝、厂房混凝土浇筑，2013年9月厂房、尾水渠和消力池混凝土浇筑完成，10月开始拆除二期围堰。11月三期工程截流，然后进行明渠内坝段、左挡水坝段的完建，2014年7月，大坝混凝土浇筑全线到顶，11月初开始下闸蓄水，11月中旬工程具备第一台机组发电条件，11月下旬开始导流底孔封堵与改建。2015年5月底孔封堵完成，2016年2月底，全部机组投产。

5 结束语

藏木水电站是雅江干流上建成的第一座大型水电站，是西藏第一座超过百米级的高坝，是西藏自治区成立以来西藏建成投产的最大水电站，实现从雅鲁藏布江支流到干流、从10万kW级到50万kW级成功跨越；建成目前国内规模最大、最长的鱼道，且运行初见成效，成功建成投产的鱼类增殖站填补了雅江鱼类放流的空白，电站具有里程碑意义。其建设有利于缓解西藏中部地区用电的紧张局面，有利于环境保护和加快西藏社会经济发展，对维护西藏和平稳定等具有重要意义。

2016-12-08

张连明(1969-)，男，青海乐都人，硕士，教授级高级工程师，从事水电工程设计工作。

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