吉沙水電站勘測(cè)設(shè)計(jì)及體會(huì)

吳義航，鄧毅國(guó)，掌于昶，張紅梅

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，北京 100024）

吉沙水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣境內(nèi)的碩多崗河主河道上，是碩多崗河流域規(guī)劃一庫(kù)八級(jí)中的第2個(gè)梯級(jí)電站。由首部樞紐、引水隧洞、調(diào)壓井、高壓管道和地面發(fā)電廠房等組成。電站首部樞紐位于小中甸鎮(zhèn)上吉沙村東側(cè)1.5 km處，廠房位于首部樞紐下游約20.7 km的花椒坡村。水庫(kù)正常蓄水位3132.00 m，死水位3123.00 m，設(shè)計(jì)洪水位3134.20 m，校核洪水位3136.10 m，水庫(kù)總庫(kù)容251.92萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容109.09萬(wàn)m3（天然），為日調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站總裝機(jī)容量120 MW，多年平均發(fā)電量5.628億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4690 h，電站額定水頭485.00 m，單機(jī)發(fā)電流量14.37 m3/s，采用引水式開(kāi)發(fā)，引水系統(tǒng)總長(zhǎng)約15.58 km，為長(zhǎng)引水工程。

工程于2004年4月正式開(kāi)工，2005年1月完成導(dǎo)流洞施工，當(dāng)年河床截流；2004年10月開(kāi)始大壩左右岸邊坡開(kāi)挖和支護(hù)，2005年6月開(kāi)始?jí)误w混凝土澆筑，至2007年12月壩基固結(jié)灌漿和帷幕灌漿結(jié)束，首部樞紐施工完成。引水隧洞工程于2004年5月正式開(kāi)工，2007年5月全線貫通并開(kāi)始襯砌和灌漿施工，至2008年7月完成；引水隧洞5條施工支洞于2008年1月完成封堵。調(diào)壓井開(kāi)挖于2005年3月開(kāi)始，2006年6月結(jié)束，2007年11月襯砌完成。廠房開(kāi)挖于2005年2月開(kāi)始，2005年6月開(kāi)始澆筑混凝土，2007年12月完成。機(jī)電和金屬結(jié)構(gòu)安裝工程于2007年5月開(kāi)始，2007年12月完成。吉沙水電站于2007年12月完成下閘蓄水驗(yàn)收，2008年1月開(kāi)始下閘蓄水，2008年11月兩臺(tái)機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電。2009年11月，吉沙水電站完成了工程竣工安全鑒定。

1 工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要?dú)v程

在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，吉沙為單獨(dú)開(kāi)發(fā)，初擬裝機(jī)容量為60 MW。2002年12月，云南碩多崗河發(fā)電有限責(zé)任公司就吉沙水電站的預(yù)可行性研究、可行性研究、招標(biāo)設(shè)計(jì)和施工詳圖設(shè)計(jì)進(jìn)行招標(biāo)，中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 （以下簡(jiǎn)稱(chēng) “北京院”）通過(guò)投標(biāo)，中標(biāo)承擔(dān)吉沙水電站的勘測(cè)設(shè)計(jì)任務(wù)。北京院在進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)查勘和充分的技術(shù)研究以后，提出了將吉沙水電站和下一個(gè)梯級(jí)一家人電站 (規(guī)劃裝機(jī)40 MW)合并開(kāi)發(fā)的建議方案，并于2003年1月完成了 《云南省迪慶州碩多崗河吉沙～一家人河段開(kāi)發(fā)方式研究 （補(bǔ)充規(guī)劃）報(bào)告》。報(bào)告認(rèn)為，從地形地質(zhì)、水工布置、機(jī)組機(jī)型、電站出線、施工布置和工程投資等方面綜合評(píng)價(jià)，吉沙與一家人合并開(kāi)發(fā)優(yōu)于分級(jí)開(kāi)發(fā)。從規(guī)劃補(bǔ)充階段的成果看，合并后的電站工程總投資、單位電能投資、單位kW投資和電站的年利用小時(shí)數(shù)等均為國(guó)內(nèi)中型電站中經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較優(yōu)越的電站，具有良好的開(kāi)發(fā)條件。

2003年3月，補(bǔ)充規(guī)劃報(bào)告在昆明通過(guò)專(zhuān)家咨詢(xún)及審查。根據(jù)審查意見(jiàn)，合并開(kāi)發(fā)方案有利于水能資源的充分利用，工程投資較少，同意兩級(jí)合并成一級(jí)開(kāi)發(fā)，合并后的電站仍稱(chēng)為吉沙水電站。

2003年1月，北京院組織地質(zhì)、勘探、測(cè)量以及設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，在現(xiàn)場(chǎng)初步擬定了首部樞紐、引水洞軸線和廠址。同時(shí)，對(duì)野外地勘和測(cè)繪工作進(jìn)行了部署，預(yù)可行性研究工作全面展開(kāi)。2003年2月，測(cè)量、地質(zhì)、勘探等專(zhuān)業(yè)相繼進(jìn)點(diǎn)并開(kāi)展工作；2003年5月，完成正常蓄水位初選和裝機(jī)容量的比選工作，推薦本階段正常蓄水位為3130 m，電站裝機(jī)容量為120 MW。2003年6月，基本完成了預(yù)可行研究階段的野外測(cè)量、地勘、水庫(kù)淹沒(méi)調(diào)查、施工外部環(huán)境調(diào)查、施工道路、施工供電、施工主要用材調(diào)查等外業(yè)工作；完成了壓力引水隧洞洞徑的比選和高壓管道條數(shù)的比選工作。初擬引水壓力隧洞洞徑3.3 m。2003年6月，完成首部樞紐位置選擇論證工作，經(jīng)綜合比較，推薦首部樞紐位置在紅旗橋下游約3 km處。2003年6月，完成 《云南碩多崗河吉沙水電站預(yù)可行性研究報(bào)告》，同年8月通過(guò)云南省發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)組織的審查。由于預(yù)可研工作細(xì)致，基礎(chǔ)比較扎實(shí)，在預(yù)可研之后只用了半年的時(shí)間，于2003年12月編制完成了 《云南碩多崗河吉沙水電站可行性研究報(bào)告》，并于2004年1月通過(guò)云南省發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)組織的審查。2004年初，吉沙水電站工程正式開(kāi)工建設(shè)。北京院在安排做好招標(biāo)和施工詳圖設(shè)計(jì)工作的同時(shí)，積極配合現(xiàn)場(chǎng)施工，保證現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)供應(yīng)和設(shè)代配合。 2008年11月工程建成發(fā)電。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與開(kāi)發(fā)任務(wù)

吉沙水電站是一座以發(fā)電為主的Ⅲ等中型工程。大壩、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。按中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖，吉沙電站場(chǎng)地基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.2 g，地震動(dòng)反應(yīng)特征周期為0.4 s。主要建筑物采用洪水標(biāo)準(zhǔn)如下:大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇；廠房設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇；消能防沖建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇。

吉沙水電站位于碩多崗河落差比較集中的河道，無(wú)航運(yùn)、過(guò)木要求。電站下游無(wú)防洪對(duì)象，也無(wú)灌溉供水要求。由于電站庫(kù)容較小，調(diào)節(jié)徑流能力有限，無(wú)力承擔(dān)防洪、灌溉、供水等綜合利用的能力，因此，電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主。

碩多崗河吉沙村至一家人河段全長(zhǎng)20余km，落差500多m，平均比降達(dá)26‰，非常適合采用引水式開(kāi)發(fā)。電站最大水頭達(dá)540 m，水庫(kù)水位變化對(duì)水頭影響很小，但水庫(kù)形成日調(diào)節(jié)庫(kù)容對(duì)電站的電能質(zhì)量十分重要。水庫(kù)為一河道型水庫(kù)，河道兩邊多為懸崖峭壁，形成庫(kù)容較小。通過(guò)綜合分析比較，考慮進(jìn)水口的布置、滿(mǎn)足電站發(fā)電所需日調(diào)節(jié)庫(kù)容的需要，以及水庫(kù)回水不淹沒(méi)峽谷出口處的農(nóng)田等因素，選擇水庫(kù)正常蓄水位為3132.00 m，死水位3123.00 m，設(shè)計(jì)洪水位3134.20 m。

2.2 首部樞紐

首部樞紐位置根據(jù)日調(diào)節(jié)庫(kù)容、水工建筑物布置條件、不淹沒(méi)小中甸平原等因素確定。通過(guò)選擇比較，選定壩址位于紅旗橋下游約3 km的河段上，此段河道狹窄，寬度約20 m左右，兩岸山勢(shì)陡峻，原始森林茂密，經(jīng)樞紐布置滿(mǎn)足引水首部進(jìn)水口布置要求，河道寬度能滿(mǎn)足布置泄水建筑物的要求，采用導(dǎo)流洞方式導(dǎo)流。壩型為混凝土重力壩，壩頂高程3137 m，最大壩高36.2 m。

首部樞紐包括攔河壩、下游消力池、引水系統(tǒng)進(jìn)水口等。壩頂總長(zhǎng)74.75 m，共分5個(gè)壩段。自右至左依次為右岸非溢流壩段 （長(zhǎng)22.3 m）、表孔溢流壩段 （長(zhǎng)20.5 m）、排沙泄洪底孔壩段 （長(zhǎng)11.5 m）、左岸非溢流壩段 （長(zhǎng)14.5 m）和左岸連接壩段 （長(zhǎng)9.75 m），壩頂寬8 m。大壩上游壩面鉛直，下游壩坡坡比 1∶0.75。

岸塔式進(jìn)水口布置在左岸壩前約18 m處，進(jìn)水口底板高程3116.00 m。

2.3 引水系統(tǒng)

碩多崗河蜿蜒曲折，右岸有兩個(gè)大的回頭彎道，如果采用右岸引水方案，順河道裁彎取直布置方式，引水隧洞共4次跨越碩多崗河，采用地下埋管與明管相間設(shè)計(jì)，跨河段設(shè)置管橋，設(shè)計(jì)復(fù)雜，施工難度較大，投資也將增加。右岸引水方案如果采用不跨河方案，引水線要增長(zhǎng)約2 km，不僅工程量增加較多，電站水頭損失也較大。因此，從工程布置，建筑物的安全性、工程造價(jià)、運(yùn)行管理、施工進(jìn)度及復(fù)雜程度等方面比較，左岸引水線路優(yōu)于右岸引水線路，為此，采用左岸裁彎取直的引水線路。

引水系統(tǒng)由岸塔式進(jìn)水口、長(zhǎng)引水隧洞、阻抗式調(diào)壓井、高壓管道等建筑物組成。根據(jù)地形、地質(zhì)條件，以及與大壩、廠房的相互關(guān)系，采用 “一洞兩機(jī)”的引水布置方式。各建筑物均進(jìn)行了水力計(jì)算，其水頭損失、經(jīng)濟(jì)流速、調(diào)壓井穩(wěn)定面積、最高涌浪水位、動(dòng)水壓力等都滿(mǎn)足規(guī)范要求。

引水線路采用全埋藏式布置，系統(tǒng)總長(zhǎng)15.58 km。引水隧洞布置時(shí)，為盡量減小洞線長(zhǎng)度，基本采用順河道裁彎取直布置。同時(shí)，使引水隧洞頂部和側(cè)向均滿(mǎn)足覆蓋層厚度要求，圍巖不產(chǎn)生水力劈裂。隧洞上游部分走向?yàn)?N297°E，下游部分走向轉(zhuǎn)N320.75°W，上覆厚度90～250 m。調(diào)壓井為引水系統(tǒng)襯砌型式變化的分界點(diǎn)，進(jìn)水口至調(diào)壓井段為壓力引水隧洞，全長(zhǎng)14.47 km，設(shè)計(jì)水頭16～105 m，采用鋼筋混凝土和噴混凝土襯砌，調(diào)壓井至廠房段為高壓管道段，全長(zhǎng)約1074 m，設(shè)計(jì)水頭較高，約110～650 m，采用地下埋管鋼板襯砌。高壓管道軸線方向?yàn)镹36.152°E，采用一條主管斜井方案，設(shè)2條中平段，廠房前約38 m處分岔，分為2條支管正向進(jìn)廠。

由于引水隧洞較長(zhǎng)，沿線地質(zhì)條件變化大，大部分洞段地質(zhì)條件差。設(shè)計(jì)全線采用圓形斷面，內(nèi)徑3.3～4.3 m，永久襯砌采用鋼筋混凝土襯砌或噴錨支護(hù)，布置了固結(jié)和回填灌漿。Ⅲ類(lèi)圍巖采取隨機(jī)錨桿、噴混凝土支護(hù)；Ⅳ類(lèi)圍巖采取系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)；Ⅴ類(lèi)圍巖采取全斷面鋼格柵拱架、超前管柵、全斷面系統(tǒng)錨桿和掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。采取上述支護(hù)措施后洞室圍巖基本穩(wěn)定。

調(diào)壓井采用阻抗式，圓形斷面，內(nèi)徑7.5 m，井高104.11 m。調(diào)壓井后設(shè)事故閘門(mén)。調(diào)壓室后為高壓管道，鋼板襯砌，主管內(nèi)徑前段為2.6 m、下平段為2.3 m，流速為5.41、6.92 m/s，支管內(nèi)徑1.4 m，流速9.33 m/s。

2.4 廠房布置與機(jī)組選型

電站地面廠房位于虎跳峽鎮(zhèn)花椒坡村，廠區(qū)建筑物由主機(jī)間、安裝間、上游副廠房和下游副廠房、尾水渠、開(kāi)關(guān)站、機(jī)修間等組成，主廠房尺寸 （長(zhǎng)×寬×高）為58 m×21 m×36 m。主廠房?jī)魧?8 m，2臺(tái)機(jī)組間距19m，安裝場(chǎng)布置在廠房右端，長(zhǎng)度18m。

吉沙水電站屬于高水頭中型水電站，機(jī)組安裝海拔高程較高，適用于本電站水頭范圍的機(jī)型有沖擊式和混流式水輪機(jī)。在廠房土建投資方面，沖擊式機(jī)組尺寸長(zhǎng)度和跨度都要大一些，但由于采用地面廠房布置方案，布置廠房的地形較為開(kāi)闊、平緩，因廠房尺寸增加的土建工程量有限。由于國(guó)內(nèi)500 m水頭段采用混流式機(jī)組的電站很少且無(wú)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。即使是在世界范圍內(nèi)，對(duì)水頭500 m以上的混流式水輪機(jī)有成熟技術(shù)的公司也只有2～3家。500 m水頭段沖擊式機(jī)型技術(shù)較為成熟，生產(chǎn)廠家較多，有利于機(jī)組招標(biāo)采購(gòu)。因此，選用沖擊式水輪機(jī) （進(jìn)口轉(zhuǎn)輪）。經(jīng)招標(biāo)選廠確定，機(jī)組由昆明電機(jī)廠制造提供，水輪機(jī)型號(hào)CJKA001-L-217.2/6×18.1，額定轉(zhuǎn)速為428.6 r/min，額定出力為61.5 MW，額定流量為14.19 m3/s；發(fā)電機(jī)型號(hào)SF60-14/4650，額定容量為70.588 MV·A，額定電壓10.5 kV，額定電流3881 A。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）吉沙水電站引水隧洞長(zhǎng)達(dá)14.5 km，隧洞沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)于這樣的長(zhǎng)引水隧洞工程，不僅要重視前期的勘探和隧洞的開(kāi)挖、支護(hù)設(shè)計(jì)，施工管理更是保證工程質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

（2）長(zhǎng)引水隧洞工程的施工分標(biāo)和施工步序安排、工期控制應(yīng)科學(xué)合理，尤其要重視根據(jù)施工隊(duì)伍的能力和水平合理分標(biāo)，以保證工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。還要重視開(kāi)挖與支護(hù)的進(jìn)度協(xié)調(diào) （避免只顧開(kāi)挖而不及時(shí)支護(hù)），嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求襯砌與灌漿等。采取嚴(yán)格的施工管理措施，處理好施工進(jìn)度與質(zhì)量之間關(guān)系。

（3）合理選擇水輪機(jī)及其主要參數(shù)，對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。吉沙水電站設(shè)計(jì)結(jié)合國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口制造廠家的設(shè)計(jì)制造水平以及本工程的具體條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較，合理選擇確定機(jī)組型式、臺(tái)數(shù)及機(jī)組技術(shù)參數(shù)，取得了良好的運(yùn)行效果。

（4）吉沙水電站工程地處高寒山區(qū)，氣候寒冷，生態(tài)環(huán)境脆弱，森林植被資源非常寶貴。在電站設(shè)計(jì)過(guò)程中要重視保護(hù)生態(tài)環(huán)境，盡量減少占地和取用當(dāng)?shù)夭牧峡赡軐?duì)環(huán)境造成的破壞。在建設(shè)施工過(guò)程中，把生態(tài)環(huán)境保護(hù)放在突出的位置上，施工結(jié)束注意生態(tài)恢復(fù)。

（5）水電工程的建設(shè)應(yīng)和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展緊密結(jié)合。吉沙水電站的建設(shè)為當(dāng)?shù)夭貐^(qū)脫貧致富，促進(jìn)民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和邊疆社會(huì)安定有著十分重要的政治和經(jīng)濟(jì)意義。同時(shí)，為當(dāng)?shù)靥峁┝肆畠r(jià)的電能，實(shí)現(xiàn)以電代柴，減少對(duì)森林的砍伐，促進(jìn)生態(tài)資源的良性循環(huán)，取得經(jīng)濟(jì)效益社會(huì)效益雙贏。