乌江银盘水电站枢纽布置设计研究（胡进华,杨本新,周浪）

摘要: 银盘水电站不仅具有对彭水电站进行反调节的作用，同时具有发电、渠化航道的功能，开发条件好，是河段规划推荐的重要开发梯级工程。根据坝址地形地质条件，考虑工程的开发任务并发挥建筑物功能的作用，结合施工导流方式，经过技术经济分析和综合比较，提出了经济合理的枢纽布置方案为:电站建筑物布置在河床靠左侧，泄洪建筑物布置在河床靠右侧，船闸在右岸。施工采取三期导流方式，导流明渠在右岸，利用导流明渠作为通航渠道。大坝采用混凝土重力坝，坝顶高程227.50m，最大坝高78.50m，坝顶总长600.10m。

关 键 词: 枢纽布置;坝轴线;坝型;设计原则;银盘水电站

中图分类号: TV72 文献标识码: A

银盘水电站位于乌江下游河段，地处重庆市武隆县，是乌江干流水电开发规划的第11个梯级。下游为规划的白马梯级，上游接彭水水电站，是彭水水电站的反调节水库和渠化航道的枢纽工程。工程开发任务以发电为主，其次为航运。水电站正常蓄水位215.00m，总库容3.2亿m3 ，装机容量600MW，多年平均发电量27.08亿kW?h，通航建筑物按Ⅳ级航道标准设计，采用500t级单线单级船闸方案。银盘水电站可为重庆市提供大量可再生的清洁能源，环保效益显著。其与彭水水电站联合运行，可增强电网调峰能力，促进电网经济安全运行和提高供电质量。同时也是沟通乌江中上游至长江干流的水运要道，可渠化彭水水电站到银盘水电站的区间航道约55km。还能改善下游枯水期航运条件，促进该河段航运事业的发展。

1 设计基本条件

银盘水电站工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型，主要建筑物（混凝土重力坝、电站厂房、船闸上闸首、闸室和下闸首）为2级建筑物，次要建筑物为3级建筑物。

混凝土重力坝、河床式电站和通航建筑物上闸首（作为挡水坝段）按100a一遇洪水设计，相应洪峰流量27100m3/s;采用1000a一遇洪水校核，相应洪峰流量35600m3/s。电站尾水平台按500a一遇洪水校核，相应洪峰流量33100m3/s。下游泄洪消能防冲建筑物按50a一遇洪水设计，相应洪峰流量24400m3/s。

本工程地震基本烈度为6度，可不进行建筑物抗震设计。

2 坝址地形及工程地质条件

坝址区乌江流向为SW213°，与岩层走向交角约25°，为斜向谷。左岸自然坡角18°～30°，右岸自然坡角15°～36°，右岸台地高程210～225m。河床平枯水位180.90m时，河床水深0～9.80m，相应谷宽180m;高程215m时，河床包括右岸台地，宽约417m。坝线河床深槽处，覆盖层厚约20m，物质主要为砂（卵）砾石，河床基岩最低顶板高程152.7m。

坝址地层为O1h 、O1d 、O2+3 、O3W 、S1Ln ，岩性为页岩、砂岩、灰岩，多为软岩、较软岩。岩层走向355°～15°，倾向265°～285°，倾角35°～50°。坝基岩体中O1h 、O2+3 为强岩溶层，透水性强，O1-21d 、O21d 为中等岩溶层，其余砂页岩地层透水性较小。地表断层不甚发育。主要发育3组裂隙，NWW组:走向275°～291°，倾向185°～201°、5°～21°，倾角60°～90°;NNE组:走向4°～31°，倾向94°～121°，倾角15°～55°;NEE组:走向74°～83°，倾向344°～353°、164°～173°，倾角75°～90°。揭露裂隙3572条，其中小于30°的缓倾角裂隙约占裂隙总数的11%。发育Ⅰ、Ⅱ类层间剪切带70条。其中Ⅰ类泥化剪切带11条，Ⅱ1 类破碎夹泥剪切带27条，Ⅱ2 类破碎剪切带32条。左岸坝肩岩体较破碎，发育f4 、f11 等近顺层发育的断层，右岸坝肩发育f1 断层。左岸卸荷带水平宽度约7.00～16.60m，右岸卸荷带水平宽度约6.00～12.30m。左岸页岩强风化厚度1.00～8.90m，弱风化厚度4.20～19.90m。右岸岩体强风化厚度0～9.00m，弱风化厚度0～14.18m。河床页岩强风化厚度0～1.60m，弱风化厚度一般0～9.80m。最低弱风化下限高程150.74m。O1h 、O1-21d 、O21d 、O3-21d 、O3-31d 、O2+3 为Ⅱ类岩体，其余多为Ⅲ～Ⅳ类岩体。

3 坝轴线选择

（1）地形地质条件评价。在坝轴线的选择上，比较了上坝线和中坝线方案。上坝线（Ⅰ坝线）、中坝线（Ⅱ坝线）坝址为斜向谷，地层岩性基本相同，工程地质条件上均满足建坝条件。上坝线左岸坝肩边坡坡度较缓，相对中坝线，左岸开挖边坡及支护工程量相对较小;但河床存在顺河向的深槽，左岸发育W9 岩溶系统，防渗量相对中坝线稍大。

（2）枢纽布置评价。上坝线下距中坝线40m，据下游河道狭窄处更远，对水工建筑物布置及水流衔接与流态的调整有利，电站尾水出流条件及下游航道口门区的流态比中坝线稍好。上坝线左岸坝肩边坡坡度较缓，使左岸坝肩及厂房尾水渠开挖工程量比中坝线减少、边坡最大高度降低;但上坝线河床局部有深槽，使大坝混凝土工程量比中坝线略有增加;上坝线左岸防渗量相对较大。从枢纽布置方面，上坝线略优于中坝线。

（3）导流与施工评价。中坝线的二期下游围堰占压基坑护坦和导墙40～50m，1个枯水期内无法在围堰经济断面保护下完成施工，需在围堰的下游布置抗滑桩，枯水期挖除抗滑桩后的堰脚，进行护坦和导墙施工，汛前用石渣压脚回填，以确保围堰度汛安全。同样，三期下游围堰占压闸室约25m。对施工而言，由于上坝线的二期和三期下游围堰基本不占压护坦和船闸闸室，相应施工程序简单，施工干扰小，节省工程量，故上坝线优于中坝线。

（4）枢纽及导流工程投资比较。两坝线枢纽及导流建筑物工程量略有差异，上坝线枢纽及导流建筑物工程投资比中坝线约少2700万元，其他相当。

综合地形地质条件、枢纽布置、导流与施工布置、枢纽运行条件及工程投资等主要方面的比较结果，上坝线优于中坝线。因此，推荐上坝线为代表坝轴线。

4 枢纽布置研究

4.1 枢纽布置原则

（1）适应河谷地形地质和河段水文条件，发挥各建筑物功能，协调相互关系。

（2）坝址河床相对开阔，右岸为一宽缓台地，残留Ⅰ级阶地，河谷及台地宽580～600m，适合采用分期施工导流方式，研究分期导流方式有利缩短工期。

银盘水电站洪峰流量大，且坝址下游水位高，属大淹没度出流，适于采用混凝土重力坝溢流。为减小上游水库淹没损失，要求具有较大的泄流能力，应首先满足泄洪建筑物的布置。坝址河流段航运要求较高，通航建筑物的布置及运行条件需重点考虑。另外，坝址流量大、运行水头低，适合采用河床式厂房。

（3）蓄水期间保障下游供水。坝址下游河段沿线有重要的城镇和居民点、政府机关、工矿企业等，水库蓄水期间必须满足下游的生产、生活及生态环境供水要求，不得断流。

4.2 枢纽布置方案研究

银盘水电站枢纽布置从提前投产发电、节省工程量、缩短建设工期、减少工程投资及解决施工期通航等方面进行了多种方案的研究比较，综合归纳为以下3个枢纽布置方案。

方案1:左岸厂房+右岸船闸+河床泄洪表孔。枢纽布置格局:电站建筑物布置在河床靠左侧，泄洪建筑物布置在河床靠右侧，船闸布置在右岸。施工采取明渠通航，三期导流方式，导流明渠布置在右岸。

工程布置（从左至右）:左岸非溢流坝段（53m）、安装场段（55.00m）、河床式电站厂房段（142.10m）、左溢流坝段（180.50m）、纵向围堰坝段（25.50m）、右溢流坝段（右区45.00m）、船闸坝段（45.00m）、右岸非溢流坝段（54.00m）。

施工采用三期导流方式，一期施工由原河床泄流、通航，一期围右岸，在预留岩埂围堰保护下施工右岸导流明渠、混凝土纵向围堰，同时进行右岸非溢流坝段和通航建筑物一期开挖工程施工;二期施工由导流明渠泄流和通航，二期围左岸，在全年挡水土石围堰保护下进行河床8孔溢流坝段、电站厂房和左岸非溢流坝段的施工;三期施工，再次修筑右岸导流明渠进、出口土石围堰，枯水期由已建成的中区4孔溢流表孔泄流，汛期洪水则从左区4孔和中区4孔溢流表孔下泄，在全年挡水土石围堰保护下进行右岸非溢流坝段、2孔溢流坝段和船闸施工，枯水时段在闸门保护下进行左区4孔溢流坝预留缺口的混凝土浇筑和弧形闸门安装，三期围堰同时具有挡水发电的任务，三期截流后坝址处断航，直至船闸建成通航。工程总工期77个月，首台机组发电工期55个月。

该方案充分利用右岸的台阶地形布置导流明渠，解决一、二期施工导流与通航，具有一期工程干地施工，工期有保障，能利用三期围堰挡水提前发电等优点，但工程后期断航29个月，需采取过坝转运措施解决。

方案2:右岸厂房+左岸船闸+河床泄洪表孔。枢纽布置格局:电站建筑物布置在河床靠右侧，泄洪建筑物布置在河床靠左侧，船闸布置在左岸。利用纵向围堰坝段向上、下游延伸形成混凝土纵向围堰，施工采取二期导流方式。

枢纽布置（从左至右）:左岸非溢流坝段（140m.00）、船闸坝段（60.80m）、河床非溢流坝段（46.00m）、左溢流坝段（左区90.00m）、纵向围堰坝段（25.50m）、右溢流坝段（右区130.00m）、河床式电站厂房坝段（142.10m）、安装场坝段（55.00m）、右岸非溢流坝段（53.00m）。

施工时先填筑右岸一期土石围堰（枯水期挡水），在该围堰的保护下施工混凝土纵向围堰，利用混凝土纵向围堰和岩埂围堰全年挡水，进行右岸6孔溢流坝段和电站厂房施工，同时进行左岸坝肩开挖施工，一期施工期间原河床泄流、通航（一期土石围堰拆除前断航）。二期施工采用已建成的右岸6孔溢流坝段泄流，在二期全年挡水土石围堰保护下开挖基坑，进行河床4孔溢流坝段、船闸和左岸非溢流坝段的施工。二期围堰建成后，第1台机组发电。一期土石围堰运行期间和二期围堰截流后坝址处断航，需采取临时过坝交通转运措施，直至船闸建成通航。工程总工期90个月，首台机组发电工期64个月。

该方案的特点是整个工程施工程序简单，只分两期施工。但总工期和首台机组发电工期较长，一期土石围堰运行期间和二期围堰截流后坝址处断航，需采取临时过坝交通转运措施解决，直至船闸建成通航。

方案3:左岸厂房+右岸船闸+河床泄洪表孔。枢纽布置格局:电站建筑物布置在河床靠左侧，泄洪建筑物布置在河床靠右侧，船闸布置在右岸。施工采取二期导流方式。

枢纽布置（从左至右）:左岸非溢流坝段（103.00m）、安装场段（55.00m）、河床式电站厂房段（142.10m）、左溢流坝段（95.00m）、纵向围堰坝段（25.50m）、右溢流坝段（右区125.00m）、船闸坝段（45.00m）、右岸非溢流坝段（48.00m）。

由于该方案混凝土纵向围堰较三期导流方案向河床移动了40m，施工时先填筑右岸一期土石围堰（枯水期挡水），在该围堰的保护下施工混凝土纵向围堰，利用混凝土纵向围堰和岩埂围堰全年挡水，进行右岸6孔溢流坝段和通航建筑物施工，同时进行左岸坝肩及厂房水上部分基础开挖施工，一期施工期间原河床泄流、通航（一期土石围堰拆除前断航）。二期施工采用已建成的右溢流坝段泄流，通航建筑物同时投入使用，在全年挡水土石围堰保护下进行河床4孔溢流坝段、电站厂房和左岸非溢流坝段的施工。工程总工期79个月，首台机组发电工期67个月。

该方案的特点是施工期基本不断航，整个工程施工程序简单，只分两期施工。但首台机组发电工期和总工期较长。

4.3 选定的枢纽布置

经枢纽和导流建筑物布置、施工工期及工程投资等方面的综合比较，方案1较方案2少投资43700万元，发电效益多54900万元;方案1较方案3少投资5400万元，发电效益多73300万元。因此，从工程投资和总工期来看方案1工期短，且能提前发电，明显优于方案2和方案3。因此，选定方案1为本工程的枢纽布置方案。

银盘水电站枢纽布置为电站建筑物在河床靠左侧，泄洪建筑物在河床靠右侧，船闸在右岸。施工采取三期导流方式，导流明渠在右岸，利用导流明渠作为通航渠道。大坝采用混凝土重力坝，坝顶高程227.50m，最大坝高78.50m。坝顶总长600.10m，见图1。

（1）大坝。溢流坝段及纵向围堰坝段共13个，总长251.00m。左岸非溢流坝段共3个，总长53m。右岸非溢流坝建共3个坝段，总长48.00m。

为满足泄洪要求，布置10个泄洪表孔，表孔堰顶高程为195.00m，孔宽15.50m，中闸墩宽4.50m。采用面流和底流消能。结合施工导流方式，泄洪表孔分3区布置，左、中区位于河床中部（各4孔），兼作三期截流及导流的泄洪设施。同时，在左区4孔溢流坝中预留缺口（缺口底高程180.0m），可满足蓄水期间下游供水。右区（2孔）位于纵向围堰坝段右边。

（2）厂房。水电站厂房布置于左岸，左侧接左岸非溢流坝段，右侧接左溢流坝段，整个电站建筑物包括主厂房，安装场，尾水渠等。电站为河床式，安装4台150MW水轮发电机，装机高程175.80m，机组间距34.70m，自左向右分别为安Ⅰ、Ⅱ段，1～4号机组段。安装场总长55.00m，4个机组段总长142.10m，整个厂房总长197.10m。坝区公路布置在边坡上高程227.50m处，通过交通桥连接至安Ⅰ段尾水平台及上坝顶。

（3）船闸。船闸布置于右岸，采用单线单级船闸，总长1433.15m。由上游引航道、船闸主体段和下游引航道组成。船闸主体段由上闸首、闸室、下闸首及输水系统组成，挡水前缘宽度为45.0m。船闸最大工作水头35.12m，闸室平面有效尺寸为120.0m×12.0m（长×宽）。闸首、闸室均采用整体式结构。

5 结语

乌江银盘水电站不仅具有对彭水电站进行反调节的作用，同时具有发电、渠化航道的功能，开发条件好，是河段规划推荐的重要开发梯级工程。在各个阶段大量勘察、设计和科研工作的基础上，经坝址比较、坝轴线选择及多个枢纽布置方案研究比较，提出了首台机组发电工期短、施工期断航时间少、总工期短、节省投资、施工方便、经济合理的枢纽布置方案。充分利用地形地质条件，合理安排枢纽布置格局，优化边坡开挖支护和建筑物结构型式，缩短坝线长度;发挥泄洪调度运行优势，减少淹没损失;利用施工围堰挡水提前发电;确保蓄水期间下游供水。

作者简介: 胡进华，男，长江水利委员会设计院枢纽处银盘水电站项目设总，教授级高级工程师。

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