金漢拉扎水電站首部樞紐設計

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金漢拉扎水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣東部的洛吉鄉境內，是尼汝河梯級開發的第2級，以發電為主，為高水頭引水式電站，最大水頭420 m，主要建筑物由首部樞紐、引水系統及發電廠房三大部分組成。壩址位于尼汝河金漢拉扎附近，下距尼汝河第一大支流洛吉河河口約12 km。引水系統及發電廠房均位于尼汝河右岸，引水隧洞長8.93 km。壩址控制流域面積457.1 km2，多年平均流量為11.6 m3/s，正常蓄水位2 325 m，最大壩高22 m，裝機容量為2×29 MW，多年平均發電量為2.65億kW·h。

1 工程概況

根據《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》(DL5180—2003)，該工程為三等中型工程，擋水建筑物、引水系統及電站廠房等主要建筑物為3級?；炷灵l壩50 a一遇設計洪水流量255 m3/s，500 a一遇校核洪水流量448 m3/s。

1.1 水文氣象及泥沙條件

尼汝河位于低緯度高原橫斷山脈中部，流域內地勢高低懸殊，立體氣候極為明顯，四周分水嶺終年積雪不化。流域上游屬高寒山區氣候，下游屬中暖和低熱氣候。受大氣環流形勢及地形的影響，具有干濕季節分明，低緯度高原季風氣候特點。多年平均氣溫為5.9℃，極端最高氣溫25.6℃，極端最低氣溫-27.4℃；多年平均降水量為636.5 mm，降水量年內分配亦不均勻，6～9月約占年降水總量的73.6%；多年平均風速為2.3 m/s，最大風速為22.0 m/s，多年平均日照為2 155.9 h，多年平均蒸發量為1 670.6 mm，多年平均濕度為70%。

壩址處多年平均輸沙量為2.32萬t，其中多年平均懸移質輸沙量為2.02萬t，多年平均含沙量0.055 kg/m3。

1.2 工程地質條件

(1) 區域地質與地震。尼汝河流域屬滇西山地峽谷區中的麗江山原湖盆亞區地貌單元，地處橫斷山脈高山峽谷與云南高原接壤地帶。工程區位于松潘-甘孜褶皺系中甸褶皺帶和揚子準地臺麗江臺緣褶皺帶接壤部位，屬基本穩定區。主要區域性活動斷裂位于工程區西南側，距工程區較遠，因此整個工程區屬基本穩定區。工程區根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306—2001)，壩址區50 a超越10%地震動峰值加速度為0.1 g，對應的地震基本烈度為Ⅶ度。

(2) 首部樞紐地質條件。 壩址區屬深切割高山峽谷地形，河道較狹窄，水流湍急，兩岸無沖溝發育。壩址區出露的基巖為華力西期侵入輝綠巖體，第四系覆蓋層主要為沖積、崩沖積、崩坡積和冰川堆積。首部樞紐大部分地基上部11～14.5 m為砂礫卵石夾漂石、碎塊石，下部20～22 m為漂石含砂礫卵石夾一層厚約5 m的碎石混合土；下伏基巖為輝綠巖，微新狀態，構造裂隙較發育或不發育。

2 首部樞紐設計

首部樞紐擋水建筑物從左到右依次為混凝土溢流壩、沖沙閘和右岸連接段等，上游布置鋪蓋、取水槽和進水塔，下游布置消力池和海漫，溢流壩右岸墩墻內設生態供水管。攔河壩壩頂總長91.15 m，最大壩高22 m。該工程采取開敞式和閘控相結合的方式，滿足泄洪及沖沙要求。泄洪、沖沙建筑物由寬46 m的開敞式溢流堰及孔口5 m×4 m(寬×高)的沖沙閘組成。下游消能建筑物采用底流消能型式。

(1) 混凝土溢流壩的設計?；炷烈缌鲏味伍L62.5 m，分為4個壩段，溢流前緣長46 m，堰頂高程2 325 m。堰頂采用WES堰面曲線，上游壩坡1∶1，下游與1∶0.8的直線段相切，直線段下部與半徑7.5 m的反弧段相切，后與下游護坦相接。為更好地適應地形，減少開挖，并與下游護坦很好地銜接，將溢流壩底部設計為折坡型式。溢流壩底部上游設寬6.3 m齒墻，墻底高程2 305 m，齒墻底部接防滲墻；下游齒墻寬11.5 m，墻底高程2 303.5 m；中間水平段壩底高程2 306 m，中間水平段和上下游齒墻段分別通過1∶2坡相接。

對壩體混凝土進行分區設計，溢流壩底部和上游迎水面采用C25混凝土，內部采用C15混凝土，溢流面采用厚1 m的C35混凝土。

(2) 沖沙閘的設計。沖沙閘為胸墻式平底閘，左接混凝土溢流壩段，右接右岸連接壩段。沖沙閘總寬13.3 m，順流向長25 m，左側閘墩厚2 m。為減小沖沙閘尺寸，充分利用右側回填土重來增加抗滑穩定性，右側閘墩設計為變截面型式，頂寬2 m，以1∶0.3坡接高程2 315 m處的承臺。沖沙孔進水口底高程1 896 m，設工作門和事故門，均采用平板鋼閘門控制。工作門和事故門共用一道胸墻，事故門采用后止水與胸墻連接，工作門與胸墻間采用前止水。胸墻在高程2 317.51 m以上厚1 m，門頂附近厚3 m。孔頂采用橢圓曲線，后接1∶6的直線段。閘頂高程2 328 m，底板頂部高程2 310 m，底板厚2.5 m。上下游均設齒墻，齒墻深1 m。上游齒墻寬2.8 m，底部接防滲墻，下游齒墻寬1.5 m。

(3) 引水、防沙和沖沙設計。金漢拉扎水電站為高水頭引水式電站，水輪機對泥沙含量及粒徑要求較高。為有效解決懸移質過機泥沙和節省工程投資，電站可不設沉沙池，設計中采用以庫代池方案，采取導、攔、沉、沖相結合的工程措施。為保持原河道走勢和泄流沖沙順暢，溢流壩及沖沙閘等主要建筑物布置在主河床上，電站進水口布置在沖沙閘右岸上游，進水口和沖沙閘之間用圓弧段擋墻連接，進水口和溢流堰之間設置隔墻，進水口底板頂部高程2 312 m，沖沙閘底板頂部高程2 310 m，形成2 m高攔沙坎，將沉積在進水口的泥沙通過沖沙閘排向下游，形成正面泄洪、排沙，側面引水的樞紐布置格局。

(4) 右岸連接段的設計 。沖沙閘與右岸山體之間連接段長約15 m，若采用混凝土非溢流壩段，則會增加山體開挖及混凝土工程量。通過分析比較，在該連接段澆筑厚1 m的混凝土板，混凝土板上下游側利用開挖料回填，分層澆筑、及時回填，形成類似于土石壩心墻的混凝土刺墻。對混凝土板底部與下部混凝土防滲墻，通過擴大斷面的踵板連接。為使混凝土板更好地適應上下游側回填土沉降的壓縮變形，對混凝土板進行分縫分塊處理，設置水平縫和豎直縫，縫間設厚為2 cm的泡沫板。

(5) 基礎處理及防滲設計。溢流壩及沖沙閘基礎位于第四系覆蓋層上，若將該覆蓋層全部挖除，工程量太大。由于首部樞紐建筑物不高，覆蓋層承載力可以滿足建筑物要求，只需清除表層的根系土或地表雜物，平整碾壓密實后即可以充分利用，對局部實施固結灌漿或置換處理。

防滲設計以“上堵下排”為原則，由鋪蓋、垂直防滲體、齒墻和止水等組成。溢流壩上游設長6 m、厚1 m的鋼筋混凝土防滲鋪蓋，其頂部高程2 307.5 m。垂直防滲體采用混凝土防滲墻+帷幕灌漿型式，防滲墻厚0.6 m，深入弱風化基巖1 m，頂部嵌入上部建筑物齒墻內40 cm，頂部現澆厚20 cm的混凝土，設置紫銅止水片并填以麻絲瀝青。帷幕灌漿深入5 Lu以下。

刺墻分縫設紫銅止水片，刺墻與右岸山坡間設置混凝土止水梗。止水梗呈梯形斷面，頂部寬1 m，底部寬1.4 m，厚50 cm，與巖體通過錨桿錨固，與刺墻間設紫銅止水片。

3 結 語

金漢拉扎水電站首部樞紐采用開敞式溢流堰和閘控相結合的泄洪方式，形成正面泄洪、排沙，側面引水的樞紐布置格局；采取導、攔、沉、沖相結合的工程措施，較好地解決了引水沖沙問題。該首部樞紐布置能充分適應地形地質條件，建筑物結構型式簡單、布置合理、技術可靠且安全經濟，可為山區河流引水式電站首部樞紐布置提供參考。