溪洛渡工程規劃設計歷程及關鍵技術研究與實踐

王仁坤

溪洛渡水電站是金沙江下游攀枝花至宜賓河段四級開發的第3級，位于四川省雷波縣和云南省永善縣相接壤的金沙江溪洛渡峽谷，是一座以發電為主，兼有防洪，此外，尚有攔沙和改善庫區及壩下河段航道條件等綜合利用效益的巨型水電水利工程。水庫正常蓄水位600m，汛期限制水位560m，死水位540m，水庫總庫容126.7億m3，防洪庫容46億m3，調節庫容64.6億m3；電站裝機容量13,860MW，國內僅次于長江三峽電站，位居世界第三大水電站。

溪洛渡壩址河道順直，谷坡陡峻，基巖裸露，呈基本對稱“U”字型峽谷，河谷寬高比約2.0；壩基巖體為多期噴溢的玄武巖，整體塊狀結構，強度高，風化卸荷淺，河床覆蓋層僅15.0m～20.0m。壩址區無較大斷層和軟弱巖帶分布，僅玄武巖巖流層中發育有層間層內錯動帶等，地震基本烈度8度，是修建高壩大庫和大型地下洞室群較為優越的壩址。

工程樞紐主要由攔河大壩、泄洪消能設施、引水發電建筑物等組成（見溪洛渡電站樞紐布置圖）。其中攔河大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高285.5m，位居世界特高壩之列。樞紐擋水、泄水建筑物按1,000年一遇洪水設計，10,000年一遇洪水校核，相應洪水流量分別為43,700m3/s和52,300m3/s，泄洪總功率達1億kW，為世界特高拱壩樞紐泄洪功率之最。泄洪消能設施由拱壩壩身7表孔+8中孔和水墊塘消能以及左右岸各2條泄洪洞組成。引水發電建筑物分左、右岸布置，為首部式地下發電廠房，各安裝9臺單機770MW水輪發電機組，分別由取水口、引水洞、主廠房、主變室、尾水調壓室及尾水洞等組成，其中右岸主廠房尺寸為443.3m×31.9m×75.6m(長×寬×高，下同)，主變室尺寸為352.9m×33m×19.8m；尾水調壓室尺寸為316m×95.5m×26.5m；左岸三大洞室尺寸與右岸相近。洞室群規模為地下引水發電工程世界之最。

溪洛渡電站樞紐布置圖。 制圖/點金設計

工程樞紐具有“窄河谷，高拱壩，巨泄量，多機組，大洞群，高邊坡，高抗震”等工程特點，多項技術指標居于世界最高水平，綜合技術難度最大。工程從規劃選點、預可行性研究、可行性研究到招標、技施設計，針對不同階段深度要求，開展了一系列關鍵技術研究論證，尤其樞紐布置及水工建筑物的設計研究，開展了多方案比較，多方法分析，多手段論證，最終提出了安全可靠、技術可行、經濟合理、環境優美的工程建設方案。

一、工程規劃設計歷程

溪洛渡水電站的勘測設計研究工作始于20世紀50年代初的規劃選點，至80年代，先后有長江水利委員會、成都勘測設計院、昆明勘測設計院、武警水電支隊等單位開展了部分現場勘探和規劃研究工作。

1985年12月，原水利電力部水電總局以[1985]水建字第125號文下達水利電力部成都勘測設計院（目前為中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，以下簡稱成都院）開展溪洛渡水電站可行性研究階段的勘測設計工作。

1994年4月，溪洛渡水電站壩址選擇報告通過審查。在選定壩址后，按照電力部[1993]567號文關于調整水電站工程設計階段的精神，開展溪洛渡水電站預可行性研究階段的勘測設計科研工作。

1995年11月，在國務院三峽工程建設委員會五次會議上，李鵬總理指示：“金沙江向家壩、溪洛渡水電站的前期工作要抓緊進行。在‘九五’期間完成可行性研究報告，爭取在‘十五’期間開工建設其中一個電站。中國長江三峽工程開發總公司是建設這兩個工程的業主。”

1996年5月，電力工業部會同四川、云南兩省人民政府和中國長江三峽工程開發總公司（以下簡稱三峽總公司）在北京共同主持審查通過了《金沙江溪洛渡水電站的預可行性研究報告》。隨后三峽總公司根據國務院三建委五次會議紀要的精神，全面組織開展溪洛渡水電站可行性研究階段的前期工作。

1997年2月，根據國家計委辦公廳計辦交能［1997］118號文對溪洛渡和向家壩水電站進行綜合比選的精神，三峽總公司調整了溪洛渡和向家壩水電站的可行性研究工作安排，首先進行兩電站的綜合比選論證工作。

1998年11月，中國國際工程咨詢公司對水規總院組織編制的《金沙江第一期工程向家壩和溪洛渡水電站綜合比選報告》進行了評審。

1999年6月，三峽總公司與成都院正式簽訂勘測設計科研委托合同，委托成都院開展溪洛渡水電站可行性研究，要求2001年底提交可行性研究報告。成都院嚴格按照審定的勘測設計科研大綱要求開展可行性研究論證工作，如期提交了《溪洛渡水電站可行性研究報告》。

2001年3月，全國人民代表大會通過的《國民經濟和社會發展第十個五年計劃綱要》明確要求“抓緊開展長江上游溪洛渡和向家壩水電站的前期論證工作”。

2002年6月，由國家計委組織對溪洛渡和向家壩水電站進行立項評估，同年10月經國務院批準立項。

《溪洛渡水電站可行性研究報告》按照樞紐工程、建設征地和移民安置規劃設計、環境保護設計以及其他重要專題分別組織了審查。

2003年8月，國家發展和改革委員會在北京主持召開了《金沙江溪洛渡水電站可行性研究報告》審查會議，會議基本同意該可行性研究報告。會后，成都院按照審查意見的要求，對有關設計內容進行了復核、調整和完善，修編了建設征地和移民安置規劃設計、設計概算、經濟評價和綜合篇等四個篇章，形成了審定本。2005年5月，水電水利規劃設計總院以水電規水工［2005］0028號文印發了《金沙江溪洛渡水電站可行性研究報告（樞紐工程）審查意見》。

2003年，成都院編報了《金沙江溪洛渡水電站環境影響報告書》和《金沙江溪洛渡水電站水土保持方案報告書》。在有關單位對報告書進行技術審查后，2004年4月，水利部以水函［2004］106號對《金沙江溪洛渡水電站水土保持方案》進行了批復；2005年4月，國家環境保護總局對《金沙江溪洛渡水電站環境影響報告書》進行了批復。2005年6月，水電水利規劃設計總院主持召開了《金沙江溪洛渡水電站可行性研究報告·環境保護設計》審查會議并以水電規［2005］0070號印發了“關于印發《金沙江溪洛渡水電站環境保護設計審查意見》的函”。

2004年9月，水電水利規劃設計總院在北京主持召開了《金沙江溪洛渡水電站工程勞動安全與工業衛生預評價報告》審查會，并以水電規機電［2004］0044號文印發了《金沙江溪洛渡水電站工程勞動安全與工業衛生預評價報告審查意見》。

2005年11月，水電水利規劃設計總院在北京主持召開了《金沙江溪洛渡水電站可行性研究階段建設征地和移民安置規劃設計報告》審查會議。2005年11月，水電水利規劃設計總院以水電規庫［2005］0018號文印發了《金沙江溪洛渡水電站可行性研究階段建設征地和移民安置規劃設計報告審查意見》。

本工程于2003年8月開始籌建，2005年12月，經國務院批準，溪洛渡水電站主體工程開工建設。

二、工程壩址壩線選擇

工程壩址位于金沙江溪洛渡峽谷，河段長約4km，河道順直，谷坡陡峻，基巖裸露，自上游端谷坡高度約600m，左右逐漸變低至下游端谷坡高約300m。經過現場地表地質測繪和大量洞探、鉆探、現場巖土力學試驗等勘探工作表明，壩址河段基巖為玄武巖，總厚度約520m，共分14個巖流層，產狀平緩，總體傾下游偏左岸；無較大斷層和軟弱巖帶切割，主要構造痕跡為發育于玄武巖各巖流層中的層間層內錯動帶。針對壩址河段地形地質條件，結合大壩等建筑物的樞紐布置，研究比選了上壩址、中壩址、下壩址。鑒于中壩址地層產狀相對平緩僅30-50，錯動帶的發育程度相對較弱，玄武巖下伏鋁土質粘土巖和陽性灰巖深埋河床基巖玄武巖之下約80m，發育于玄武巖12、13、14層上部的凝灰巖基本不影響中壩址各樞紐建筑物，尤其中壩址各建筑物的布置靈活，大壩壩址選定為中壩址。在選定中壩址的基礎上，進一步開展了壩線比選研究。經地質條件、樞紐布置、施工條件和工程投資等技術經濟比較，最終選定X線作為溪洛渡水電站混凝土拱壩壩線。

溪洛渡壩址原始河谷。 圖片提供/張沖

三、樞紐布置及主要建筑物

工程樞紐主要由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發電建筑物組成。工程規模巨大，結合地形地質條件，以及水電建設技術發展，研究選擇安全可靠、經濟合理、技術可行、施工方便、運行靈活、環境友好、資源節約的樞紐布置方案是溪洛渡水電站設計的基本任務。從規劃選點、預可行性研究到可行性研究，從壩址壩線比選，到各建筑物的布置設計，包括堆石壩、重力壩、拱壩等比選壩型的多種樞紐布置方案，進行了廣泛而深入的設計分析比較，逐步逼近并遴選出最優的中壩址混凝土雙曲拱壩樞紐格局。

在選定中壩址混凝土雙曲拱壩樞紐格局的基礎上，針對泄洪消能設施、引水發電建筑物及施工導流設施的布置研究，擬定了如下原則:

（1）工程泄洪流量大、水頭高，壩址區河谷狹窄，岸坡陡峻，樞紐泄洪應“分散泄洪、分區消能，按需防護”；由壩身溢流表孔和泄洪深孔以及兩岸泄洪隧洞共同擔負泄洪；各泄洪建筑物的泄量分配，首先研究壩身孔口合理可行的布置方式及泄量規模，然后確定泄洪隧洞的布置型式與條數。考慮機組不參加泄洪和50%的機組參與泄洪兩種工況，通過調洪演算，合理分配泄量。同時為了增強樞紐超泄能力，適當增設表孔溢流寬度；以及利用水庫調蓄作用，減少樞紐下泄流量，減少消能防沖壓力的布置要求；

（2）電站裝機規模大，發電廠房采用地下式，分左、右岸布置，各安裝9臺機組；

（3）施工導流采用斷流圍堰、隧洞導流、基坑全年施工方案。在滿足大壩和水墊塘施工的前提下，優先考慮上下游圍堰和左右岸導流洞的布置；

（4）盡量利用導流洞改建為永久水工建筑物，減少工程投資；

（5）研究工程分期蓄水提前發電的可行性與措施；

（6）結合壩址地形地質條件，合理選擇進、出口建筑物位置與型式，盡可能減小高邊坡；

（7）合理布置各樞紐建筑物位置，避免施工及運行期的相互干擾。

根據上述原則，樞紐泄洪設施具體研究比較了“壩身兩層孔口（表、深孔）＋泄洪洞”和“壩身三層孔口（表、中、深孔）＋泄洪洞”的布置格局及多種布置方案；左右岸引水發電建筑物的布置，針對主廠房位置，研究比較了首廠、中廠和尾廠方案；以及導流洞工程的布置及其導流洞與永久水工建筑物的結合利用研究，通過技術經濟綜合比選分析，形成了最終樞紐布置實施方案。

檔水建筑物為混凝土雙曲拱壩，最大壩高285.5m。泄洪設施由拱壩壩身7表孔＋8深孔和左右岸各2條有壓接無壓洞內龍落尾泄洪洞組成，壩后設水墊塘。左右岸地下引水發電建筑物均采用首部式開發，布置基本對稱；分別由廠房進水口（左岸為露天豎井式，右岸為岸塔式），單機單管引水，主廠房、主變室和尾水調壓室及尾水洞組成。其中尾水系統為“311組合”，即3臺機組共用1個調壓室和1條尾水洞，尾調室為長條形，每岸3個調壓室成一字并行，中設隔墻；左右岸各3條尾水洞。GIS開關站布置在主變洞室內即位于主變室上部，出線豎井與地表出線場相連。

初期導流標準采用50年一遇洪水，流量為32,000m3/s。上、下游土石圍堰擋水，左右岸各布置3條導流洞，其中每岸靠山里的兩條導流洞與廠房尾水洞結合。壩身設6個導流底孔和4個導流中孔，作為工程后期導流并滿足水庫蓄水期間的連續供水需要。

參見樞紐布置三維透視圖。

樞紐布置三維透視圖。 制圖/張沖

四、工程關鍵技術研究與實踐

1、拱壩合理建基面的研究

溪洛渡拱壩高285.5m，承受的總水推力高達1400萬噸，對基礎承載能力、抗滑穩定、變形協調、整體穩定要求極高。溪洛渡壩址河谷狹窄，玄武巖地基強度高，整體塊狀結構，適宜300m級高拱壩建設。但壩址谷坡及河床淺表層巖體受風化卸荷影響，不可利用巖體必須挖除，以滿足大壩建基要求。

通常情況下，拱壩建基面嵌入深度越大，基巖完整性越好，其承載力越高，基礎安全越有保障；但隨之帶來的負面效應是拱跨加大，承受的庫水壓力增大，壩體結構和壩肩抗滑穩定的負擔加重，還有可能引發基礎回彈變形和高邊坡穩定等問題，此外開挖過深必然導致開挖和大壩混凝土工程量增加，經濟性指標變差。反之，拱壩建基面嵌入深度淺一些，開挖和大壩混凝土工程量減少，節省投資，但因風化卸荷影響基巖完整性變差，承載能力降低，基礎變形量加大，對大壩的穩定運行會造成安全隱患。因此，拱壩建基面的確定受到一些相互矛盾的因素制約。如何研究確定拱壩合理建基面成為特高拱壩設計最關鍵的技術問題之一。

溪洛渡拱壩合理建基面的研究確定，是在查清壩址巖體風化卸荷帶劃分、各級巖體質量空間分布以及玄武巖層間層內錯動帶和節理裂隙性狀及其分布的基礎上，結合拱壩結構受力屬性及其對基礎相互作用的影響，擬定幾套可能建基面嵌深方案，通過大壩結構設計，受力分析、基礎穩定及整體穩定的全面分析比較，以及可選方案的整體模型試驗研究，最終提出了大壩安全可靠、經濟合理的建基面嵌深方案。

通過溪洛渡拱壩建基面的研究，開創性地提出了“以巖級為基礎，安全為準則，分壩高區段確定特高拱壩建基面巖體等級”的原則。溪洛渡拱壩實施方案的建基面巖體等級是：上部高程建基巖體以弱風化無卸荷Ⅲ1級巖體為主，部分利用弱風化弱卸荷Ⅲ2級巖體；中部高程建基巖體為弱風化無卸荷Ⅲ1級巖體；下部高程和河床部位建基巖體為Ⅲ1級偏里巖體和微新鮮Ⅱ級巖體。

壩頂高程為610m，河床建基面高程為324.5m，兩岸拱端建基面平均嵌深約43m。如此確定的拱壩建基巖體，與拱壩受水壓荷載作用下的基礎傳力分布相協調，即上部高程基礎水推力相對較少，中部高程區推力加大，至河床底部推力最大；適應基礎變形協調，并較好地滿足了基礎抗滑穩定與拱壩整體穩定及抗震安全的要求。

基礎擴挖區平面布置圖。 制圖/張沖

基礎擴挖區立面布置圖。 制圖/點金設計

2、混凝土雙曲拱壩體型與結構強度設計

拱壩主要是以壓力拱的形式，將水壓荷載傳到兩岸山體，并以壩-基礎的聯合作用，承擔正常的擋水任務。拱壩為空間殼體結構，屬于高次超靜定約束結構，隨著拱壩高度的增加，壩體應力增大，結構設計的難度增高。因此，結合壩址地形地質條件，研究適宜的拱壩體型對工程安全與經濟的統一尤為重要，這就要求設計、施工技術以及筑壩材料等具有較高水平。

溪洛渡拱壩體型設計立足二灘等國內外拱壩建設技術的發展，以及現代計算機技術和試驗科學的發展，開展了多種體型方案的比選研究，包括水平拱圈為橢圓拱、多心圓弧拱、拋物線形拱等體型。采用拱梁分載法分析壩體應力，基本組合時的壓應力按9.0MPa控制，上下游面最大拉應力分別按1.2MPa和1.5MPa控制；同時采用有限元法、結構模型試驗和整體地質力學模型試驗進一步驗證體型結構的合理可行性。在設計院的牽頭組織下，多家高校科研單位分別采用不同的方法分析論證，最終選定了拋物線形雙曲拱壩，拱壩壩頂高程610m，頂拱弧長678.65m，拱冠頂厚14m，拱冠底厚61m，拱端最大厚度64m，厚高比0.216，弧高比2.44，基本壩體混凝土量565萬m3。

拱壩體形及基礎置換區示意圖。 制圖/張沖

拋物線拱壩體形圖。 制圖/點金設計

通過對各種工況包括施工期的壩體應力分析，以及基礎特性等參數的敏感性分析，溪洛渡拱壩應力分布良好，不僅滿足設計要求，而且對基礎條件具有較好的適應能力。壩身表孔、中孔，對大壩整體應力分布及拱壩整體穩定無影響，僅導致孔口附近局部應力集中；通過配筋即可滿足孔口結構需要與運行可靠性。

大壩混凝土強度以C18040控制，主要用作大壩基礎周邊高應力區和孔口區混凝土，其余壩體部位結合應力分區采用C18035和C18030混凝土。混凝土粗骨料采用玄武巖開挖料加工制作，壩址附近開采的灰巖加工制砂。

3、河床壩段基礎處理

兩岸拱肩槽開挖揭示的建基巖體質量與設計勘探預期較為吻合，完全滿足特高拱壩建基要求。但河床底部即360m高程以下的大壩建基面，巖體較為新鮮但錯動帶發育，產狀平緩，總體以Ⅲ1級巖體為主，但局部出露Ⅲ2級巖體和錯動帶風化夾層，不可利用巖體的分布范圍超出設計預期，必須開展科學處理，確保大壩建基要求與大壩工程安全。

通過現場施工地質測繪與分析，結合地基承載與抗變形能力和大壩整體安全分析，研究提出了河床基礎整體適當深挖和加強固結灌漿等綜合處理措施。具體包括：（1）挖出較差巖體，拓展河床壩段建基深度與范圍。其中拱冠壩段深挖7.5m至建基面324.5m高程，清除錯動密集帶對大壩的不利影響；左右兩側緩坡區受錯動帶影響的風化夾層巖體進行梯步刻槽處理，擴挖后的建基面在橫河向整體呈梯形狀；上游沿著原建基面壩踵側槽直接深挖；下游適當擴挖增加壩趾區傳力范圍，即在河床中部324.5m高程向下游擴展寬度約17m，由此漸變至兩岸380m高程與原建基面銜接。（2）加強河床壩段基礎固結灌漿處理，提高建基巖體均勻性和整體抗變形能力。（3）擴展河床壩段基礎梁端結構，均化基礎受力，增強梁端固穩能力。參見河床基礎擴展開挖后的斷面結構圖。

河床壩段基礎開挖置換區。 制圖/張沖

河床基礎擴展開挖后的斷面結構圖。 制圖/張沖

4、拱壩抗滑穩定與整體穩定

溪洛渡壩址巖體發育有多條緩傾角層間層內錯動帶及陡傾節理裂隙，是影響壩肩基礎抗滑穩定和拱壩整體穩定的關鍵。壩肩抗滑穩定分析以三維剛體極限平衡法為主，同時輔以三維剛體彈簧元和三維非線性有限元法，綜合評判壩肩抗滑穩定。針對壩肩巖體的層間層內錯動帶及結構面的分布與特征等，開展了大塊體、階梯狀等各種可能滑塊模式的三維剛體抗滑分析，包括滲壓、巖體及結構面的力學指標和結構面產狀的敏感分析。對應各層間層內錯動帶為底滑面的可能滑塊，考慮帷幕排水作用，滲壓按全滲壓的50%折減，應用純摩公式計算，其安全系數均大于1.3；應用剪摩公式計算，其安全系數均大于3.5；底部高程（左岸380m高程，右岸410m高程）為底滑面的滑塊為控制滑塊；中上部高程因拱推力減少，安全系數富裕較大。壩肩抗滑穩定具有足夠的安全保障。采用三維剛體彈簧元和三維非線性有限元法分析拱壩基礎穩定，同樣得出了壩肩抗滑安全可靠的結論。

拱壩整體穩定分析立足三維非線性有限元法和拱壩整體地質力學模型試驗，考慮壩基不利地質缺陷的影響，研究大壩工作性態和超載能力。計算成果表明：大壩在設計工況下整體處于彈性工作狀態，其應力、變形規律符合一般高拱壩的分布特征；通過地質力學模型試驗超載破壞試驗分析，超載至2.0P0（P0為正常荷載）大壩結構起裂；超載至4.0P0結構出現非線性變形。由此可見，大壩的整體穩定性好，具有較強的超載能力。

5、拱壩抗震

右岸纜機平臺后坡錨索加固處理。 圖片提供/張沖

開挖后的溪洛渡基坑。 攝影/劉鑫

壩址地震基本烈度為8度，按100年基準期超越概率2%確定抗震設防水準，相應基巖水平峰值加速度為0.321g。溪洛渡拱壩高285.5m，已超出現行水工抗震設計規范的限定，需開展專題研究論證。溪洛渡拱壩抗震設計的基本思路是：靜載設計，動載復核；若不滿足抗震需要，重新調整體型或研究抗震措施。溪洛渡拱壩的抗震復核，首先按照現行水工抗震設計規范要求，開展了拱梁分載法和有限元法動力反應分析以及壩肩三維剛體極限平衡法動力穩定分析，計算結果表明：壩體應力與基礎穩定均滿足規范規定的容許應力和抗滑安全系數的要求；僅局部區域的拉應力超限，但范圍不到壩面的5%。

針對此種情況，進一步開展了考慮各種影響因素的三維非線性有限元動力分析和三維整體動力模型試驗，結合高壩抗震設計要求及工程類比分析，綜合評價大壩抗震能力。有限元法動力分析分別研究了輸入機制（包括相差、幅差的敏感分析）、地基輻射阻尼及橫縫張開對大壩動力反應的影響以及同時計入地基輻射阻尼及橫縫張開等的影響；還研究了計入材料非線性和橫縫張開的三維非線性有限元動力分析。動力模型試驗除模擬庫水、橫縫外，首次模擬了大壩基礎及邊界阻尼影響，能夠反映壩基不均勻輸入。無論計算分析，還是模型試驗的成果，均表明溪洛渡拱壩具有較好的抗震能力，模型動力超載至3倍設計動荷載以上，拱壩仍具有較好的整體抗震能力，僅左右拱端高程部位出現一定范圍的開裂區；表明拱壩的動力極限承載能力很高。

正常蓄水位或運行低水位工況下的靜動應力疊加值，都在大壩混凝土動強度所容許的范圍內，拱壩橫縫最大開度不超過10mm，出現在運行低水位工況。按工程類比分析，溪洛渡拱壩的動力反應值及橫縫開度均小于同等規模拱壩，主要是由于河谷相對較窄所致。結合動靜應力分布，合理設置拱壩混凝土分區，如拱冠中上部區，動拉應力較大，對應的混凝土采用C180d30，拱壩周邊高應力區的混凝土為C180d40即可滿足抗震要求。

壩身三層孔口及泄洪消能措施示意圖。 制圖/張沖

溪洛渡拱壩同時開展了100年基準期1%超越概率的動力加載復核分析，計算結果表明，局部應力超限值加大，范圍增加，但占壩面面積仍較小，大壩仍具有較強的抗震能力。大壩澆筑過程中，針對抗震高應力區，提高了混凝土強度等級范圍，并增設了壩面抗震鋼筋，進一步增強了大壩抗震能力。

6、拱壩溫度防裂設計與實踐

拱壩共設置29條橫縫，即30個壩段；不設縱縫，通倉澆筑，最大澆筑倉面超過1600m2。大壩混凝土以C180d40為例，彈性模量達45GPa，極限拉伸值為1.01×10-4，自身體積變形為-38微應變，線膨脹系數為6.5×10-6，屬于典型的高彈模、低極拉混凝土，且自身體積變形呈較大收縮性，雖線膨脹系數低，但混凝土總體抗裂性能不高。加上壩址氣溫晝夜溫差大，氣溫驟降現象多。大壩混凝土溫控防裂問題突出；尤其河床壩段基礎混凝土澆筑塊長，陡坡壩段坡度大，相應部位的溫控防裂更是關鍵。

綜合大壩混凝土抗裂能力以及水文氣象環境和高壩庫水溫度分布特征，研究提出了適宜的拱壩封拱溫度；本著連續澆筑、均勻上升，澆筑塊早冷卻、緩慢冷卻、小溫差降溫原則，首次提出采用兩套冷卻水溫度系統及通水降溫方式，嚴格實施一期冷卻、中期控溫和適當降溫，以及二期冷卻方案，加上配套的表面養護與保溫措施，保持澆筑塊上下左右較小溫度梯度，力爭避免不利溫度裂縫的發生。

在實施過程中通過溫度計、光纖測溫等手段全面了解混凝土溫度變化情況，通過數字大壩體系研究實施了人工智能通水冷卻降溫控溫，嚴格遵循設計要求的控制參數，確保大壩澆筑至今沒有出現任何危害大壩結構安全的溫度裂縫。

7、樞紐泄洪消能

樞紐泄洪消能設施由“壩身7表孔+8深孔及壩后水墊塘消能；左右岸各2條有壓接無壓洞內龍落尾泄洪洞”組成，具有水頭高、泄量大、河谷狹窄，泄洪功率巨大等特點。就高拱壩而言，樞紐總泄量，泄洪總功率遠超世界最高水平。研究落實并協調解決好各套泄洪消能建筑物適宜的流道體型、消能方式和安全可靠的結構措施，確保樞紐泄洪安全是本工程設計研究最突出的關鍵技術問題之一。

壩身泄洪設施考慮壩身泄洪水流歸槽及順應下游河道行洪，將壩身孔口布置在河道中央壩段，采用“分層出流、空中碰撞、水墊塘消能”的布置形式，經多種布置方案比較及物力模型試驗研究，壩身泄洪孔口布置7個表孔和8個中孔，平面上相間布置。其中表孔尺寸為7～12.5m×13.5m（寬×高，下同），溢流堰頂高程586.50m，設弧形閘門，出口為大差動挑流齒坎；中孔尺寸為8～6m×6.7m，孔底高程499.5m～501.0m，進口設平板檢修閘門，孔壁設鋼襯，出口孔口設弧形工作閘門，挑流齒坎出流；壩身孔口泄洪挑流水舌均勻歸槽至壩下水墊塘，水墊塘長360m，末端設二道壩。壩身孔口最大泄量30902m3/s，約占樞紐總泄量的60%。通過一系列模型試驗和數值模擬研究，包括常規水力學模型試驗和單孔減壓箱模型試驗，反復研究論證了各孔口流道體型及出流消能方式。實施方案的壩身孔口具備體型設計合理，進口水流條件良好，流態穩定，在各種水位工況下，壩身泄洪水流歸槽良好，且由于水墊塘水深達60～80m，水墊塘底板最大動水沖擊壓力不大，僅在宣泄校核洪水時測值達到15.1×9.8kPa，與二灘水平相當。壩身孔口宣泄30,000m3/s流量是可行的。

主廠房開挖。 圖片提供/張沖

有壓接無壓洞內龍落尾型泄洪洞左右岸各2條泄洪洞的進口置于大壩與廠房進水口之間，出口位于廠房尾水洞出口下游。泄洪洞在平面上呈內彎布置，為有壓接無壓洞，即進口至彎段末端為圓形有壓洞，有壓洞口設地下弧形工作閘門室，后接無壓洞，無壓洞后段為龍落尾型，出口設扭曲斜切挑坎，挑流水舌直接歸槽至金沙江。每岸兩條泄洪洞平行布置，左右岸基本對稱。泄洪洞長1483.5m～1824.5m。進口底高程545m，設平板檢修閘門；工作閘門孔口尺寸為14m×12m，底高程為540.00m，出口挑坎高程425m，左右岸泄洪洞出口對稱挑流，水下碰撞消能。4條泄洪洞最大總泄量為19,252m3/s，約占樞紐最大總泄量的40%。通過多年水力學模型試驗研究，實施方案的泄洪洞，洞內流態穩定，水流銜接順暢，結合龍落尾段摻氣底坎和側坎的設置，動水壓強沿程分布基本正常，未出現負壓，左右岸對沖出流后，與下游河道銜接良好。

水墊塘兩岸受泄洪霧化影響區均采取了合理的保護及排滲措施。

8、超大型地下洞室群

溪洛渡水電站左右岸地下引水發電建筑物由并行布置的主廠房、主變室和尾水調壓室以及引水道、尾水管、母線道、尾水洞、電纜出現井等洞室組成，他們空間交匯，相互聯系，構成龐大洞室群。其中，每岸主廠房尺寸為443.3m×31.9m×75.6m(長×寬×高，下同)，主變室尺寸為352.9m×33m×19.8m；尾水調壓室尺寸為316m×95.5m×26.5m；主廠房與主變室中心間距76m，主變室與調壓室中心間距為73m。洞室群規模堪稱世界水電之最。

左右岸主廠房均布置在拱壩上游約200m的庫岸山體內，水平埋深300m～350m，垂直埋深450m左右。洞周圍巖為玄武巖，新鮮堅硬，完整性較好，多呈塊狀結構；地層產狀總體平緩，主要結構面為層間、層內錯動帶和節理裂隙；地應力以近水平向構造應力為主，最大主應力15MPa～20MPa，方向與主廠房軸線相近。圍巖成洞條件和自穩能力總體較好，但因洞室規模巨大，層內層間錯動帶及節理裂隙容易構成頂拱、洞壁及洞室交匯區等局部不穩定塊體，進而威脅圍巖穩定、施工安全與洞室運行安全。

超大洞室群的圍巖穩定取決于圍巖條件的掌握與支護設計、開挖步序、開挖與支護程序及支護時機的把握，以及施工過程的及時反饋，動態設計，嚴控施工程序與管理等。溪洛渡洞室群圍巖穩定與支護設計，首先從既有利于洞室群的圍巖穩定，又滿足施工組織設計要求，避免施工干擾出發，開展了地下廠房洞室群施工的計算機摸擬和不同的開挖步序對圍巖穩定的影響分析，結合已建工程經驗，確定三大洞室的開挖順序為“主廠房和尾調室同時開挖，主變室在主廠房和尾調室上部開挖完成后再開挖”的方案。

超大型地下洞室群三維透視圖。 制圖/點金設計

施工中的出線豎井。 圖片提供/張沖

左岸谷肩堆積體治理。 圖片提供/張沖

洞室群的圍巖加固遵循“以錨噴支護為主，局部鋼筋混凝土襯護為輔；以系統支護為主，局部加強支護為輔，系統與隨機支護相結合”的設計原則。結合數值計算分析和工程類比，確定合理的支護參數。根據廠區地質條件、初始地應力場、洞室規模、空間交匯、開挖順序和支護參數，通過運用多種數值方法分析和洞室地質力學模型試驗驗證，設計提出的頂拱以錨桿支護和噴護為主，邊墻和隔墻以錨索、錨桿支護和噴護為主，洞室交匯區的超前擴挖與超前支護的方案以及嚴格的開挖支護程序，較好地指導了現場施工，確保了洞室圍堰穩定。從洞室圍巖變形監測成果分析表明，溪洛渡三大洞室的圍巖變形一般在2～3cm，僅局部變形約5.0cm左右，洞室穩定狀況十分良好。

9、巨厚復雜覆蓋層大斷面豎井的設計與施工

左右岸地下廠房各布置2條出線豎井，其中有3條豎井內徑為10m，1條豎井內徑為11m；豎井深度左岸為488.5m，右岸為493.50m。豎井至地表均需穿越厚達120m的巨厚覆蓋層。覆蓋層組成復雜，自底至表，由老到新，分別為古滑坡堆積體厚約30～40m、冰水冰川堆積體厚約40～50m和上部洪積層厚約40m左右；地下水發育，汛枯水位變幅大。電纜豎井需要穿越如此巨厚覆蓋層且開挖斷面直徑約14m～15m，在水電工程及其他礦井工程中尚無先例。如何設計？如何施工？又如何確保覆蓋層豎井大斷面施工的井壁穩定安全和豎井長期運行安全？這些確是溪洛渡工程建設又一個棘手的問題。

設計院在大量工程調研并收集已有礦井工程施工經驗的基礎上，結合本工程特點和電纜豎井運行要求，針對深厚覆蓋層豎井結構的設計與施工面臨的關鍵技術問題，開展多種施工方案和井壁襯砌結構設計方案研究，通過數值計算、模型試驗研究，打破現有傳統經驗，創新性地提出了“井壁雙襯，分期實施；初襯固穩，再襯強壁并與井內支撐結構同步施工。井口鎖固，自上而下，邊挖邊襯并結合中空錨桿注漿，確保初襯井壁與覆蓋層結合緊密”的設計和施工方案。

該方案既確保了豎井施工過程中的井壁穩定和安全；又滿足了機電預埋件和設備安裝的定位和精度要求。解決了水電工程在巨厚覆蓋層復雜地質條件下超深豎井結構的設計與施工關鍵技術問題。

目前左、右岸出線豎井均已建成，通過施工期和建成后的監測資料顯示，豎井整體穩定、結構安全，滿足設計和運行要求。

10、谷肩巨厚覆蓋層開挖邊坡的治理

壩址兩岸谷肩上部為堆坡積體。堆積體谷坡范圍大，物質組成特殊，其中左岸自下而上為古滑坡堆積體、冰水冰川堆積物、洪積物，總厚約110～150m；右岸自下而上為冰水冰川堆積物、洪積物，總厚約60m～80m。經勘探揭示，右岸穩定較好，易于治理；左岸堆積體底部基巖地層平緩，但淺表砂巖含鋁土質粘土巖、粉砂巖夾頁巖，屬易滑地層，且地下水豐富。左岸堆積體前緣地形起伏，臨谷物質零亂，潛在淺表坡體不同程度的滑動、蠕動，直接威脅下部樞紐工程的運行安全，必須實施削坡和坡面加固處理。

鑒于溪洛渡谷坡堆積體范圍大，厚度超過100多米，而且臨谷，不具備緩坡大開挖條件，否則工程量巨大。如何治理，面臨諸多技術難題。

設計在全面查清坡體物質組成及水環境條件的基礎上，針對坡體物質屬性及各種可能破壞滑移方式，開展一系列模擬分析研究，提出了分區分梯段削坡，坡面網格結構及注漿錨桿保護與灌木綠化，坡腳混凝土襯護和預應力錨索鎖固，坡頂坡面排水和基巖排水洞排水孔等綜合治理方案。

堆積體邊坡治理于2008年完成，運行至今，監測成果表明整體穩定良好。