董箐水电站设计创新技术与应用

'学兔兔www.xuetutu.com水利水电技术第44卷2013年第8期董箐水电站设计创新技术与应用湛正刚(中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵州贵阳550081)摘要：贵州北盘江董箐水电站是“西电东送”的重要电源项目，被贵州省列为“抢救性”开发的重点工程。在勘测设计周期有限的情况下，还存在“高坝，软硬岩、大泄量、高尾水变幅”等较复杂的工程技术问题，通过“软硬岩料筑坝及其变形控制、高水头大泄量泄洪消能安全控制、高尾水变幅发电厂设计、高坝施工水流安全控制”等设计技术创新和20余项新技术的应用，解决了制约工程建设的多项技术难题，取得了质量高、进度快、投资省的良好效果，社会经济效益显著，可供有关类似工程借鉴和参考。关键词：创新技术；软硬岩料；高尾水变幅；泄洪消能；董箐水电站中图分类号：TV6+TV7(273)文献标识码：B文章编号：1000—0860(2013)08—0027—05InnovativetechnologiesfordesignDongqingHydropowerStationandtheirapplicationsZHANZhenggang(HydrochinaGuiyangEngineeringCorporation，Guiyang550081，Guizhou，China)Abstract：DongqingHydropowerStationonBeipanjiangRiverinGuizhouProvinceisanimportantpowersourcefortheWest—EastPowerTransmissionProjectandlistedasakeydevelopmentprojectof“salvaging”intheprovince．Underaconditionoflimitedinvestigationanddesignperiodwithsomecomplicatedtechnicalproblemssuchashighdam，soft—hardrock，largerdischarge，highvariableamplitudeoftail—water，etc．，severalproblemsthoserestrictingtheprojectconstructionaresolvedthroughthe印一plicationsofthedesigninnovationsandover20newtechnologies．i．e．damconstructionwithsoft—hardrockmaterialanditsde-formationcontrol，safetycontrolofdissipationforflooddischargeunderhigh—headandlargedischarge，designofpowerhousewithhighvariableamplitudeoftail-water，flowsafetycontrolduringconstructionofhighdam，etc．，andthenabetterconstructiontar—getofhighconstructionquality，quickconstructionprogressandsavedinvestmentfortheprojectisgotwithasignificantsocialandeconomicbenefit；whichcanprovideareferenceforthesimilarprojectconcerned．Keywords：innovativetechnology；soft—hardrockmaterial；highvariableamplitudeoftail—water；dissipationofflooddischarge；DongqingHydropowerStation板堆石坝最大坝高150m。1引言该水电站下游在望谟蔗香与南盘江汇合后进入红北盘江董箐水电站是贵州省“西电东送”工程第水河接龙滩水电站库区，由于龙滩水电站建成蓄水的二批电源点之一，位于贵州省镇宁县与贞丰县的交界影响，将淹没董箐坝址，使董箐水电站失去建设可处，距贵阳市221km。水电站的开发任务是“以发电能，为此，于2005年初贵州省委省政府提出了“抢救为主，航运次之”，为Ⅱ等大(2)型工程。正常蓄水性”开发董箐水电站的号召。然而，该工程坝址位于位490ITI，总库容9．55亿m，装机容量880MW，多砂岩与泥岩互层区，面临着“高坝，软硬岩、大泄年平均发电量30．26亿kW·h，枢纽建筑物由钢筋混凝土面板堆石坝，左岸开敞式溢洪道，右岸放空洞，收稿日期：2013—05—13右岸引水系统和地面发电厂房等组成，钢筋混凝土面作者简介：湛正刚(1968一)，男，教授级高级工程师，副总工程师。，ResourcesandHydropowerEngineeringVo1．44No．8 学兔兔www.xuetutu.com湛正刚∥董箐水电站设计创新技术与应用量、高尾水变幅”等诸多技术难题丞待解决，在设计在高速水流安全控制技术和溢洪道布置方面，尚有较周期有限的情况下，客观要求设计突破常规，努力大技术难度。创新才能满足工程建设需要。通过科技攻关，创新(4)高尾水变幅厂房对结构设计要求高。董箐水设计，解决了软硬岩混合石料填筑高面板堆石坝、电站下一梯级为龙滩水电站，其设计正常蓄水位为高面板堆石坝大泄量溢洪道泄洪消能安全控制、适400m，建设实施正常蓄水位为375m。因水库淹没应高尾水变幅的发电厂房设计、高面板堆石坝施工影响较大，龙滩正常水位要达到400m高程运行尚有水流控制等多项工程技术难题，达到了保证工程质较大难度，同时需要较长的时间。因此，为了合理利量、加快施工进度和节约工程投资的目的，实现了用水能资源，获得更大的经济效益，并减少前期工程工程安全、环保、节能的目标，为“西电东送”做出投资，董箐水电站采取分期建设的设计思路。工程受了重要贡献。下游龙滩水库运行方式影响，发电厂房承受的最大水水电站于2005年3月开始施工准备和筹建工作，头高达61．8m，厂房整体稳定、应力、变形等要满于2006年11月15日实现大江截流。2009年8月下足规程规范要求，对厂房布置、结构型式及防渗、防裂措施等提出了新的要求，构成了高尾水厂房设计技闸蓄水，2009年12月两台机组投产发电，2010年6术难题。月，全部四台机组投产发电，工程完工。(5)施工水流控制需有效规避风险。董箐水电站2工程设计的难点被贵州省人民政府列为抢救性开发的项目，具有工期紧的特点，因涉及砂泥岩石料筑坝，施工期水流控制(1)枢纽布置受限于相关建筑物材料及结构设较复杂，施工风险较突出，施工期水流控制作为影响计。本工程中砂泥岩能否筑坝，高尾水变幅下如何合工程施工期安全度汛和建设工期的重要因素，在高面理利用水能、水轮发电机组的适应性以及建筑物结构板堆石坝工程中具有重要作用。国内外已建多个工程防护等是制约枢纽布置选择的主要技术问题。枢纽布经验证明，提前规划工程施工期的水流控制、施工导置时，尚需考虑如何利用溢洪道开挖的砂泥岩料筑流程序，对保证工程施工期安全以及施工工期，规避坝，实现“挖填平衡”的设计。工程施工期风险都有重要意义。(2)软硬岩料筑坝变形控制难度大。董箐水电站大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高150m，大3工程设计创新技术坝填筑总方量1025万m(含上游铺盖料)。坝址区3．1紧凑顺畅的枢纽布置岩体为砂岩、粉砂岩夹泥岩，拟用于坝体堆石料的按照水电开发与“生态保护、节能降耗、环境友溢洪道开挖料为砂岩和泥岩互层，其中砂岩占65％好”等相适应的设计理念，针对工程砂泥岩筑坝、高～85％，泥岩占15％～35％。砂岩属中硬岩，其干尾水变幅、高水头大泄量泄洪消能等设计条件，枢纽抗压强度一般大于70MPa，饱和抗压强度在46～布置巧妙利用两冲沟间的有利地形建坝，过水建筑物60MPa之间；而泥岩属软岩，其干抗压强度一般为截弯取直，扬长避短，解决了泄洪消能、引水发电工20—30MPa，饱和抗压强度为10—20MPa。堆石料程布置等关键技术问题，实现了紧凑、顺畅、经济的采用砂泥岩料填筑，坝体变形控制难度是前所未有目标。枢纽布置(见图1)于河道右岸的洗鸭沟和河道的。左岸的坝坪沟之间，主要有三个特点：一是在平面布(3)高水头泄洪消能可能发生破坏。在水电水利置上巧妙利用了两个冲沟有利的地形条件，将大坝布工程中，泄水建筑物是保证工程安全的关键设施，但置于上、下冲沟之间，使左岸溢洪道在坝坪沟消能，是，很多工程泄水建筑物由于结构体型、布置方式等右岸引水系统及放空洞进口易于布置，且工程量少；原因，造成泄水建筑物在高速水流条件下发生空蚀二是坝体的下游坝坡采用了1：1．5，比通常的面板坝或冲刷破坏，严重危及工程安全，且一旦发生事故下游坝坡略缓，这主要考虑到砂泥岩筑坝是首次使用必定造成重大的经济损失。董箐水电站溢洪道泄量和放缓下游坝坡对抗震有利而采取的安全措施；三是13347．07m／s，最大单宽流量266．94m／(s·m)，大坝下游设混凝土挡墙，在满足了坝体渗流监测的同最大流速37．64m／s，董箐水电站溢洪道在国内外同时，防止发电厂房尾水对坝脚的掏刷。类工程中，泄洪规模、流速及单宽流量等水力学指标3．2高面板堆石坝筑坝材料和变形控制技术取得重均居前列，具有中高水头泄水建筑物的共性。由于溢大创新和突破洪道开挖料与大坝填筑相辅相成的特殊关系，所以，(1)提出了用于高面板堆石坝填筑的软硬岩混合水利水电技术第44卷2013年第8期 学兔兔www.xuetutu.com 学兔兔www.xuetutu.com湛正刚∥董箐水电站设计创新技术与应用在已有的变形控制技术基础上，根据软硬岩的堆石设计思路和设计理念，通过研究成功地解决了制约料的特性，提出了采用堆石体模量控制坝体变形、工程的水轮机和厂房结构的技术难题，充分利用了蓄水过程控制坝体变形以及有害变形控制坝体变形水能资源，避免了远景的重复性投资和资源浪费。的新思想。从董箐坝的蓄水过程分析，通过蓄水前主要成果有：(1)创造性地提出“近、远结合利用水长约8个月的沉降周期，使20cm的有害变形转化能资源”的设计思路和设计理念。(2)研究提出了为无害变形，坝体变形87％均在蓄水前完成。通过“近期、远景采用同一转轮同一转速的水轮机组型蓄水过程的缓慢加载，又削减了15em的有害变式”。(3)研究提出了高尾水变幅作用下保证水轮形，使坝体有害变形又降低了60％左右，最终的残机稳定运行和防止水轮机转轮产生裂纹的方法。余变形仅为10cm，为坝高的0．07％。坝体总沉降变(4)研究提出了适应高尾水变幅的“两台机组段上形205em，为坝高的1．37％。分下连的机组分缝”等厂房结构型式和防裂抗渗混另外，还发展了高面板堆石坝挠度、渗漏量等监凝土材料。(5)研发了在混凝土内掺入MgO和PSI测技术，拓展了冲碾压实技术的应用范围。一400的组合外掺材料，大幅地提高了混凝土的防3．3高面板堆石坝大泄量溢洪道泄洪消能安全控制裂防渗性能。取得重大发展3．5高面板堆石坝施工水流控制技术取得重要进步(1)创新提出了高速水流结构变形缝处理技术，施工期水流控制作为影响工程施工期安全度汛和提出了新型消能防冲结构，通过对消力池的水力学建设工期的重要因素，在高面板堆石坝工程中具有重条件、消能指标综合分析，消力池消能效果较好，要作用。董箐水电站为“抢救性”开发工程，建设工满足溢洪道在各种工况下的泄洪要求，结构安全可期极为紧张，施工也几乎没有筹建期，工程在建设过靠。程中的不可预见性因素较多，常规的水流控制规划已(2)发展了HF抗冲耐磨混凝土的应用范围，研不能满足工程进度要求。通过对高面板堆石坝施工过发了高掺粉煤灰高性能混凝土(HVFAC)抗冲磨材料，程中的水流控制风险、施工进度措施、汛期下闸蓄水并在溢洪道中应用和检验。风险等进行了系列的研究和实践。取得的主要成果3．4创新了高尾水变幅发电厂房设计有：(1)提出了高堆石坝工程在汛期下闸蓄水的风受下游龙滩水库运行水位不确定性的影响，为险、研究思路，以及风险控制措施和应急预案。(2)充分利用水能资源，发电厂采取近期、远景结合的提出了能适应多种导流方案、规避度汛风险的研究思表1董箐水电站使用新技术新工艺及新材料一览序号新技术、新工艺、新材料名称来源说明1一种软硬岩混合料填筑的面板堆石坝结构吸收创新新技术2采用堆石体模量控制坝体变形、蓄水过程控制坝体变形以及有害变形控制坝体变形的新思想吸收创新新技术3适合检修的渗漏监测截水沟新结构引进创新新技术4光纤陀螺面板挠度技术引进新技术5堆石冲碾压实技术应用引进新技术6宽大泄槽高速水流掺气结构体型引进新技术7一种高速水流水工建筑物变形缝结构引进创新新技术8一种利用天然冲沟消能的泄水建筑物布置方式引进新技术9“近、远结合利用水能资源”的设计思路和设计理念引进创新新技术1O“近期、远景采用同一转轮同一转速的水轮机组型式”引进新技术1l高尾水变幅作用下保证水轮机稳定运行和防止水轮机转轮产生裂纹的方法引进新技术12适应高尾水变幅的“两台机组段上分下连的机组分缝”等厂房结构型式引进新技术13高坝工程汛期下闸蓄水吸收创新新技术14施工期水流控制风险及控制措施引进新技术15水工隧洞围岩“固结圈”承担外水压力新理论吸收创新新技术l6一种新的导流洞堵头封堵施工工艺引进新工艺17溢洪道溢流堰无裂缝快速施工技术吸收创新新工艺l8用于高面板堆石坝填筑的软硬岩混合材料引进创新新材料19高掺粉煤灰混凝土在重要水工建筑物中的应用引进创新新材料20抗冲耐磨混凝土在泄洪工程中的应用分区引进新材料2l内掺MgO、外掺PSI一400的防渗抗裂混凝土引进创新新材料30水利水电技术第44卷2013年第8期 学兔兔www.xuetutu.com湛正刚∥董箐水电站设计创新技术与应用路和研究方法。(3)提出了一种新的导流洞堵头封堵247．2mm，仅占总沉降量的13％，稳定渗漏量约14施工工艺，改善了传统的导流洞堵头封堵过程中存在～30L／s。由此可见，董箐大坝经受了正常蓄水位的的施工工期慢、作业环境差等不利影响，对加快导流考验，其有害变形量和渗漏量在国内外已建同类面板洞堵头封堵施工，规避风险、改善施工环境具有重要坝中都是较小的。溢洪道和放空洞均已经受了泄洪运意义。行的检验。引水发电系统及厂房新结构运行良好。水库渗漏量很小，防渗帷幕可靠。各项主要监测指标均4新技术、新材料、新工艺应用处于目前国内已建、在建工程的前列。通过设计创董箐工程在常规设计和计算基础上，大量采用新、新技术及新材料等的应用，由于工程量的节约，现场试验、模型试验、有限元计算和仿真分析等方按2008年下半年物价水平计算，共节约直接工程投法，开展创新设计，大量采用新技术、新工艺、新资3．34亿元，提前工期6个月；多项科研成果和新材料。从工程开工后，在工程中开展的设计创新及技术在同类工程中得到借鉴和应用。推广应用的新技术、新工艺、新材料达21项，见参考文献：表1。实践证明，新技术、新工艺、新材料的应用解[1]中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院．董箐水电站关键技术研究[R]．贵阳：中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，决了多项工程技术难题，使工程建设质量更好、进2013．度更快、投资更省，并且进一步地说明，科技创新[2]湛正刚，等．董箐水电站面板堆石坝设计[J]．贵州水力发电，是工程建设的灵魂，为工程建设提供了坚实的技术2009(5)．支撑。[3]慕洪友，等．董箐水电站工程枢纽布置[J]．贵州水力发电，2007(5)．5工程应用效果[4]陈本龙，等．董箐水电站高尾水变幅发电厂房设计[J]．贵州水力发电，2009(5)．董箐水电站工程已经过了近3年工程运行的实践[5]李晓彬，等．董箐水电站溢洪道设计[J]．贵州水力发电，检验，2010年1月水库接近正常蓄水位，2011年82009(5)．月水库达到或超过正常蓄水位，工程没有出现任何设[6]湛正刚，等．混凝土面板堆石坝安全监测技术实践与进展[M]．计和施工质量问题，各项监测数据稳定、正常。2012北京：中国水利水电出版社，2010．年5月监测数据表明，坝体最大沉降2053．2mm，[7]刘雯，郭勇．北盘江董箐水电站截流设计与施工[J]．水电勘测设计，2007(1)．占坝高的1．37％，坝体87％的沉降变形在蓄水前完成，近期月沉降率仅为1mm／月，蓄水后沉降为(责任编辑欧阳越)(上接第26页)化大多为相对独立的，系统集成程度低，给处于顶层4．2．4信息化实施的信息化管理提出更高的要求。对企业现行的信息化进行分析和评估，根据各5结语生产流程实际运行情况提出需要改进的组织结构模式，需要组合的软件平台，然后根据企业发展目工程数字化是企业生产手段信息化的过程，与企标，生产需求，结合当前信息化平台的发展趋势，业信息化一样是企业先进生产手段和管理水平的综合确定信息化平台实施方案和架构。在总系统平台体现，都具有研发周期长、推广难度大，时代性明显的条件下划分企业的流程板块，如人力资源、财的特征。从工程设计到产品整个过程全部采用数字信务、生产管理等。建立系统的、统一的企业信息息来表达，为计算机对其进行处理和控制创造了条化底层数据库，为系统集成、后期功能升级提供件，实现了设计过程的数字化、成果应用的多元化、了条件。管理水平的智能化。工程数字化为企业对工程的管理对于工程设计单位来说，企业信息化建设更显得提供了操作的接口，同时给企业的生产过程、技术质复杂，因为生产手段信息化是企业信息化中的重要部量等管理提出了更高的要求，促进了企业以生产过程分，各种生产手段给企业生产流程控制、成本管理、为核心的信息化建设。技术及质量管理提出了不同需求，另外生产手段信息(责任编辑郭利娜)水利水电技术第44卷2013年第8期31'