猴子巖水電站開關站布置設計

李治國，張羅彬，劉一

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，是大渡河干流水電規劃調整推薦22級開發方案中的第9個梯級電站，上游為丹巴水電站，下游為長河壩水電站。電站距省會成都市約402 km，對外交通條件較好。電站裝機容量1700 MW(425 MW×4臺)，單獨運行多年平均年發電量70.15億kW·h，上游出現雙江口水庫后多年平均年發電量73.64億kW·h。

在猴子巖水電站建成前期，丹巴水電站以2回出線接至康定(大杠)550 kV 變電站，猴子巖水電站投產后，將這2回500 kV 線路“Ⅱ”接入猴子巖水電站，丹巴水電站的電能通過猴子巖水電站送出至康定(大杠)。另新建1回猴子巖～康定(大杠)的500 kV 線路，最終本電站以3回出線接入康定(大杠)550 kV 變電站。因此，本電站的接入系統方式為:電站以500 kV 一級電壓接入系統，出線5回，其中2回至丹巴變電站，3回至康定(大杠)變電站。

2 地形地質條件

猴子巖水電站壩址河谷狹窄，形態呈較對稱的“V”型谷，無較寬闊的階地分布。河谷兩岸地形陡峻，臨河坡高大于800 m，左岸1900 m 高程以下地形坡度一般為60°～65°，以上變緩為30°～40°，右岸2000 m 高程以下地形坡度一般為55°～60°，以上為40°～50°。壩址區河床覆蓋層一般厚度為41.2～67.77 m，最大厚度為85.5 m。

3 地面場址比選及結論意見

3.1 地面場址比選

無論地面開關站或地下開關站都需要一個地面的場地來布置相應的GIS 設備或出線設備。根據壩址區的地形地質條件、樞紐總體布置格局、出線設備布置及霧化等因素，擬定了2個方案進行比較。方案一:壩軸線下游約480 m 處右岸高程1850 m 坡地場址方案;方案二:壩下游壓重體場址方案。

3.1.1 方案一:壩軸線下游約480 m 處右岸高程1850 m 坡地場址方案

(1)工程地質條件。

圖1 右岸場地后坡地形地貌圖

方案一中的場址布置于壩軸線下游約480 m處右岸1850 m 高程坡地(圖1)。場址以上的自然邊坡高約700 m，自然邊坡總體走向SN，順河長度約200 m。地形坡度陡緩相間，1850～2000 m 高程邊坡坡度約為45°，2000～2200 m 高程為陡崖，坡度約為75°，2200 m 高程以上約為40°。在陡崖坡腳處高程2000～1750 m 處、陡崖頂部2200 m 高程以上地形稍緩地帶，分布有一些崩坡積物的覆蓋層，其厚度為6 m 左右，崩坡積物的覆蓋層主要由塊碎石土組成，較松散，其他大部分基巖祼露;2200 m 高程以上地形稍緩地帶植被發育較好，陡崖處植被不發育。

該場址置于弱風化上帶、強卸荷帶巖體上，場地整體穩定，但巖體破碎，呈塊裂結構，其承載力和抗變形能力基本滿足要求。經過地表地質調查，場址以上自然邊坡分布較多危險源，主要以危石群為主，分布于后坡陡崖地段。自然邊坡分布的危石和危巖體在風化、卸荷、地震等外因的作用下可能會發生滑落、崩塌破壞，總體穩定性差。

(2)地面建筑物的基礎處理及邊坡防護設計。

場址基礎座落在基巖上，承載力和變形能力基本滿足要求。場址后緣自然邊坡為崩坡積堆積，其厚度為6 m 左右，基座較陡。開挖邊坡處理措施為:將場址后緣陡崖下的崩坡積堆積全部清除，并對該部分邊坡進行噴錨支護處理，擬定的支護參數為:錨桿φ28/φ25，L=6/4.5 m，間、排距1.5 m;掛網φ6.5，間排距0.15 m，噴C20混凝土厚0.15 m，隨機預應力錨索180 t，L=45 m。在開挖邊坡底部設置混凝土擋墻(圖2)。

圖2 混凝土擋墻布置圖

對于崩坡積體以上自然邊坡，根據相應的地質條件，對危巖體進行清除和嵌補，采用主動網防護，并在邊坡較緩部位以及陡崖頂部設置被動網，層層攔截滾石。

3.1.2 方案二:壩下游壓重體場址方案

(1)工程地質條件。

圖3 壩肩危石群

方案二中的場址布置于壩后壓重體上，場地開闊，地基屬壩體的一部分，經分層碾壓后密實度有所提高，其承載力基本滿足要求。但該場址兩岸自然邊坡高陡，約800～1000 m，河谷強烈下切導致谷坡向臨空方向產生較強烈卸荷(圖3)。在構造地質作用及物理地質作用下，自然邊坡上多發育危石及危巖體等危險源，多以落石等形式產生坡面地質災害。

(2)地面建筑物基礎處理及邊坡防護設計。

場址位于壩后壓重體上，為滿足基礎承載力及不均勻沉降，需對基礎進行特別處理，方法為壓重體的堆石料采用與壩體相同質量的堆石料并采用一樣的施工工藝。

場址無開挖邊坡，但兩岸自然邊坡需要進行處理。根據相應的地質條件對危巖體進行了清除，并采用主動網防護，防護范圍順河方向:壩軸線下游至尾水渠上游高程1750～2200 m 左右，并在高程2200 m 左右布設被動網，以防護高程2200 m 左右以上的滾石。

3.2 結論

(1)基礎條件比較:方案二中的場址布置在壩后壓重體上，堆石填筑的最大厚度約為80 m。雖然采用了特別處理措施，但基礎的沉降變形仍存在不可控性。方案一中的場址置于弱風化、強卸荷帶巖體上，場地整體穩定，基礎承載力和抗變形能力滿足要求。

(2)自然邊坡的影響比較:方案二中的場址布置在壩后壓重體上且場地面積較大，左右兩岸邊坡的滾石都會對其構成威脅。為保證場地安全，需對壩下游側左右兩岸自然邊坡的危石(群)進行處理且處理范圍較大，處理工作量和難度也很大。方案一由于場址布置在一側岸坡且高程較高，相對而言影響其安全運行的自然邊坡的危石(群)范圍相對較小，就自然邊坡支護工程量而言，方案一比方案二小。

根據對基礎條件和自然邊坡進行的影響分析，方案一將場址選在右岸1850 m 高程基礎處理較為落實，從而最大限度地避免了自然邊坡危險源的影響。

4 開關站布置位置比選及結論

4.1 布置位置比選

鑒于GIS 設備可能布置于地面或地下，開關站相應的分為地面開關站和地下開關站。

(1)地下開關站方案。GIS 設備布置于地下，500 kV 設備運行的可靠性和安全性有所提高。

(2)地下開關站方案。GIS 布置在地下洞室內，受地質條件的限制，地下GIS 室的寬度較小，現場耐壓試驗具有一定難度:若GIS 和GIL 分別作耐壓試驗，則GIS 的耐壓試驗受地下洞室的空間限制，試驗設備只能布置在地面出線場附近。通過對GIL 對GIS 進行耐壓試驗，同時完成GIL的試驗，試驗設備容量需滿足所試GIS 和GIL 之和，試驗設備參數高、試驗難度大。地下開關站方案的現場試驗比地面開關站方案復雜、投資相對較大。

(3)根據目前的接入系統方案，電站500 kV出線5回，其中2回至上游的500 kV 丹巴變電站，3回至下游500 kV 康定(大杠)變電站。開關站布置在地下，丹巴變電站輸送的電能需先從地面出線場引下至地下GIS，再從出線洞送回地面出線場，輸電損耗略有增加，輸電潮流合理性相對較差。

4.2 結論

GIS 設備布置在地下，設備運行可靠性較高，但耐壓試驗難度大，輸電損耗略有增加，土建投資增加，輸電潮流合理性相對較差。GIS 布置在地面GIS 樓內，設備運行可靠性相對較低，但在采取必要的自然邊坡和結構處理措施后，可以提高GIS 等機電出線設備運行的可靠性(圖4)。

5 猴子巖水電站500 kV 開關站布置方案

在綜合考慮地形地質、建筑物、機電設備布置等主要因素并通過比選設計后，將地面開關站布置于壩軸線下游約480 m 處右岸1850 m 高程坡地。

圖4 地面開關站邊坡開挖支護圖

具體設計方案為:地面開關站布置于右岸壩軸線下游約480 m、1850 m 高程的坡地。開關站采用長條型布置，尺寸為160 m×20 m。為盡量減少邊坡滾石對GIS 設備的危害，在GIS 樓后部設置擋墻以攔截滾石。主變壓器布置于壩下游側右岸山體內平行于主廠房洞室的主變室內。主變室和開關站通過一條布置有4回500 kV 電纜的出線洞連接。

開關站后緣邊坡為崩坡積體堆積，且基座較陡，在邊坡處理時，需將其全部清除。擬定支護參數如下:采用錨桿φ28/φ25，L=6 m/4.5 m，間、排距1.5 m;掛網φ6.5，間排距0.15 m，噴C20混凝土0.15 m，隨機預應力錨索180 t，L=45 m。崩坡積體以上自然邊坡總體走向SN，順河長度約為200 m。2000～2200 m 高程為陡崖，坡度約75°，高程2200 m 以上約為40°。根據相應的地質條件，對危巖體進行了清除和嵌補，采用主動網防護，并在邊坡較緩部位以及陡崖頂部設置被動網，層層攔截滾石。

6 開關站布置設計特點

6.1 自然邊坡問題

對于高山峽谷地區，在做好開挖邊坡支護的同時，自然邊坡的防護目前也是邊坡整治的重點。自然邊坡的防護不僅要考慮施工期工程區的安全，而且在有建筑物布置時，還需考慮其運行期的安全。自然邊坡防護的投資占工程投資的很大部分，且其工期也可能影響到主體工程的開工時間。因此，在做地面建筑物設計時首先要考慮這方面的影響。方案一中的場址布置在一側岸坡，且高程較高，相對而言，影響其安全運行的邊坡(特別是環境邊坡)的危石(群)范圍、處理工作量和難度相對較小。

6.2 建筑物基礎問題

該工程壩址區河床覆蓋層一般厚度為41.2～67.77 m，最大厚度為85.5 m。設計中比較的場址布置于壩后壓重體上的方案場地開闊，地基屬壩體的一部分，為填筑的塊碎石土，結構不均一，經分層碾壓后密實度有所提高，承載力基本滿足要求，但基礎的不均勻沉降依然存在，將影響設備的運行。方案一中的場址布置于右岸邊坡開挖出的平臺上，基礎承載力和抗變形能力滿足要求。

6.3 GIS 設備布置問題

GIS 設備布置于地下，運行的可靠性和安全性有所提高，但地下洞室的開挖跨度亦將增加，且試驗設施的難度也隨之增加。猴子巖水電站500 kV 出線5回，丹巴變電站輸送的電能需通過本工程的GIS 設備。如果將GIS 設備布置于地下，那么，輸電損耗將略有增加，輸電潮流合理性相對較差。方案一采用地面GIS 方案輸電潮流合理，將GIS 布置在地面GIS 樓內，設備運行可靠性相對較低，但除進行必要的自然邊坡處理外，在GIS 樓后方設置擋墻攔截滾石，通過層層防護，在很大程度上提高了GIS 等機電出線設備運行的可靠性。