水电站建设中的技术难题.ppt

小湾水电站建设中的小湾水电站建设中的几个技术难题几个技术难题 小湾水电站是澜沧江中下游河小湾水电站是澜沧江中下游河段八个梯级电站的第二级，也是该段八个梯级电站的第二级，也是该河段的河段的“龙头水库龙头水库”。水库正常蓄。水库正常蓄水位水位1240m1240m，相应库容，相应库容150150亿亿m m3 3，调，调节库容节库容9999亿亿m m3 3，具有不完全多年调，具有不完全多年调节性能。电站装机容量节性能。电站装机容量4200MW4200MW，保，保证出力证出力1778MW1778MW，多年平均年发电量，多年平均年发电量约约190190亿亿kW.hkW.h。枢纽工程主要由混凝。枢纽工程主要由混凝土双曲拱坝、坝身泄洪孔口、坝后土双曲拱坝、坝身泄洪孔口、坝后水垫塘和二道坝、左岸泄洪洞和右水垫塘和二道坝、左岸泄洪洞和右岸地下引水发电系统组成。最大坝岸地下引水发电系统组成。最大坝高高294.5m294.5m，是已建成的世界最高拱，是已建成的世界最高拱坝。小湾水电工程地形地质条件复坝。小湾水电工程地形地质条件复杂，工程规模巨大，许多技术难题杂，工程规模巨大，许多技术难题没有可供借鉴的经验。没有可供借鉴的经验。技技 术术 难难 题题 700m高工程边坡处理设计高工程边坡处理设计 饮水沟堆积体蠕滑变形治理饮水沟堆积体蠕滑变形治理 坝基岩体开挖卸荷松弛处理坝基岩体开挖卸荷松弛处理 特高拱坝混凝土温控防裂特高拱坝混凝土温控防裂 泄洪消能及雾化研究泄洪消能及雾化研究 高拱坝抗震技术措施高拱坝抗震技术措施 小湾坝址河谷深切、岸坡陡峻、沟梁相间、地应力高。左岸坝顶以上小湾坝址河谷深切、岸坡陡峻、沟梁相间、地应力高。左岸坝顶以上 分布有分布有2 2、4 4、6 6号山梁边坡及饮水沟堆积体、龙潭干沟堆积体边坡。右岸坝号山梁边坡及饮水沟堆积体、龙潭干沟堆积体边坡。右岸坝顶以上主要分布有顶以上主要分布有3 3号山梁边坡、大椿树沟堆积体边坡。边坡出露岩层主要号山梁边坡、大椿树沟堆积体边坡。边坡出露岩层主要是黑云花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩，岩层产状为近横河的是黑云花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩，岩层产状为近横河的EWEW，陡倾上游。，陡倾上游。边坡内边坡内IIIIII、IVIV级结构面发育，按产状主要可分为级结构面发育，按产状主要可分为3 3组：组：近近SNSN向陡倾角组；向陡倾角组；近近EWEW向顺片麻理组；向顺片麻理组；顺坡的中缓倾角组。顺坡的中缓倾角组。这些结构面构成后缘拉裂面、这些结构面构成后缘拉裂面、侧向切割面及顺坡向中缓倾角节理侧向切割面及顺坡向中缓倾角节理裂隙组成的结构体，易向河谷方向裂隙组成的结构体，易向河谷方向呈一陡一缓状滑动破坏呈一陡一缓状滑动破坏,进而向周边进而向周边扩展，形成平面型坍滑扩展，形成平面型坍滑,是边坡稳定是边坡稳定处理的重点。边坡上部的强风化、处理的重点。边坡上部的强风化、强卸荷变形岩体及堆积体强卸荷变形岩体及堆积体,是边坡开是边坡开挖及支护的难点。挖及支护的难点。1 1、700m700m高工程边坡处理设计高工程边坡处理设计 小湾拱坝左岸边坡开挖高度约小湾拱坝左岸边坡开挖高度约700m700m，右岸边坡，右岸边坡高度约高度约600m600m。边坡陡峻，开挖体型复杂，变形破坏。边坡陡峻，开挖体型复杂，变形破坏样式多。小湾工程总结形成了样式多。小湾工程总结形成了“高清坡、低开口、高清坡、低开口、陡开挖、强支护、先锁口、排水超前陡开挖、强支护、先锁口、排水超前”的开挖支护的开挖支护原则。原则。在开口线以外进行较彻底的清坡，做好地表排在开口线以外进行较彻底的清坡，做好地表排水外，并在开口线外侧打三排锚筋桩，采用较陡的水外，并在开口线外侧打三排锚筋桩，采用较陡的开挖边坡，坡面采用系统锚杆、喷混凝土和预应力开挖边坡，坡面采用系统锚杆、喷混凝土和预应力锚索加固、地下排水洞超前施工等综合加固措施。锚索加固、地下排水洞超前施工等综合加固措施。在强风化、强卸荷岩体和崩坍堆积体中，采用组合在强风化、强卸荷岩体和崩坍堆积体中，采用组合螺旋钻跟管钻机造孔、钻孔固壁注浆、土工布包裹螺旋钻跟管钻机造孔、钻孔固壁注浆、土工布包裹锚索止浆等技术，解决了造孔难、穿索难、漏浆量锚索止浆等技术，解决了造孔难、穿索难、漏浆量大等技术难题。对岩质边坡，按大等技术难题。对岩质边坡，按10m10m高度的梯段开高度的梯段开挖，每台阶留挖，每台阶留3m3m宽施工马道，边坡预裂，严格控制宽施工马道，边坡预裂，严格控制主爆破区、缓冲区及预裂爆破的单响装药量，以控主爆破区、缓冲区及预裂爆破的单响装药量，以控制爆破振动影响。随机锚杆紧跟开挖面，系统锚杆制爆破振动影响。随机锚杆紧跟开挖面，系统锚杆及喷混凝土滞后开挖工作面一层，锚索支护滞后二及喷混凝土滞后开挖工作面一层，锚索支护滞后二层，由表及里、自上而下，稳扎稳打，逐层加固。层，由表及里、自上而下，稳扎稳打，逐层加固。1 1、700m700m高工程边坡处理设计高工程边坡处理设计 1 1、700m700m高工程边坡处理设计高工程边坡处理设计 饮水沟堆积体位于左岸坝前，沿饮水沟堆积体位于左岸坝前，沿F7断层形断层形成的山沟两侧岩体崩坍堆积而成。其后缘高程约成的山沟两侧岩体崩坍堆积而成。其后缘高程约1650m，前缘高程为，前缘高程为1180m，总量达，总量达540万万m3，其中其中40万万m3位于水库水位以下。堆积体主要由位于水库水位以下。堆积体主要由块石、特大孤石夹碎石质土、碎石层和砂质粉土块石、特大孤石夹碎石质土、碎石层和砂质粉土组成。堆积体物质总体上相对较为密实，仅局部组成。堆积体物质总体上相对较为密实，仅局部地段较为疏松，并存在架空现象。堆积体底部与地段较为疏松，并存在架空现象。堆积体底部与下伏基岩之间分布有一层颗粒相对较细、厚度不下伏基岩之间分布有一层颗粒相对较细、厚度不等的接触带土。下伏基岩面起伏不平，其总体形等的接触带土。下伏基岩面起伏不平，其总体形态似一倒置的葫芦，上大下小，纵向平均坡度态似一倒置的葫芦，上大下小，纵向平均坡度2530。堆积体部位地下水类型主要为基。堆积体部位地下水类型主要为基岩裂隙潜水和上层滞水，接触带土具有相对隔水岩裂隙潜水和上层滞水，接触带土具有相对隔水层特征。层特征。2 2、饮水沟堆积体蠕滑变形治理、饮水沟堆积体蠕滑变形治理 2 2、饮水沟堆积体蠕滑变形治理、饮水沟堆积体蠕滑变形治理 可研究阶段专题研究表明，堆积体可研究阶段专题研究表明，堆积体在各种工况下是稳定的。招标阶段，初在各种工况下是稳定的。招标阶段，初拟方案是沿堆积体与下伏基岩接触带，拟方案是沿堆积体与下伏基岩接触带，开挖一系列开挖一系列“L”型竖井与平洞，回填钢型竖井与平洞，回填钢筋混凝土，以提高其抗滑能力。考虑到筋混凝土，以提高其抗滑能力。考虑到地下洞井施工的难度及安全风险，决定地下洞井施工的难度及安全风险，决定结合左岸结合左岸1380m高程公路及坝顶公路开高程公路及坝顶公路开挖、缆机平台开挖及挖、缆机平台开挖及1245m高程混凝土高程混凝土拌和系统布置和混凝土供料线的开挖，拌和系统布置和混凝土供料线的开挖，对堆积体采取以挖为主的处理方案。对堆积体采取以挖为主的处理方案。1245m高程以上开挖成稳定边坡，坡顶高程以上开挖成稳定边坡，坡顶设截水沟，坡内设分层排水洞，坡面打设截水沟，坡内设分层排水洞，坡面打排水孔，并用网格梁及植草对坡面进行排水孔，并用网格梁及植草对坡面进行保护。开挖后剩余方量约保护。开挖后剩余方量约170万万m3，其，其中水下部分约中水下部分约24万万m3。在堆积体开挖到在堆积体开挖到1245m1245m高程后，高程后，20042004年年1 1月，因连续降雨，开挖坡面月，因连续降雨，开挖坡面1300m1300m高程左右开始出现拉裂缝，并高程左右开始出现拉裂缝，并逐步向高处延伸，上部裂缝扩展至逐步向高处延伸，上部裂缝扩展至1600m1600m高程，变形监测显示堆积体最高程，变形监测显示堆积体最大蠕滑变形速率达大蠕滑变形速率达2mm/d2mm/d。分析认为。分析认为，饮水沟堆积体局部失稳破坏机制，饮水沟堆积体局部失稳破坏机制以推移式滑动为主，继而可能引发以推移式滑动为主，继而可能引发沿接触面的自下而上牵引式整体滑沿接触面的自下而上牵引式整体滑动，为保证边坡整体稳定，必须立动，为保证边坡整体稳定，必须立即采取相应支护处理措施。即采取相应支护处理措施。2 2、饮水沟堆积体蠕滑变形治理、饮水沟堆积体蠕滑变形治理 饮水沟堆积体采用了饮水沟堆积体采用了“削、锚、排、挡削、锚、排、挡”综综合治理措施。对堆积体上游侧坡的中上高程部位合治理措施。对堆积体上游侧坡的中上高程部位，采取削坡减载。对坡面主要采用预应力锚索加，采取削坡减载。对坡面主要采用预应力锚索加固，共设固，共设1000kN1000kN和和1800kN1800kN预应力锚索预应力锚索14381438束，其束，其中，中，1380m1380m高程以上边坡高程以上边坡435435束，束，1245m1245m1380m1380m高高程间的边坡程间的边坡10031003束，锚索长度一般为束，锚索长度一般为60m60m70m,70m,采用组合螺旋钻跟管钻机造孔、固壁灌浆处理、采用组合螺旋钻跟管钻机造孔、固壁灌浆处理、锚索张拉段采用外裹土工布和细帆布止浆。锚索张拉段采用外裹土工布和细帆布止浆。在在1310m1310m和和1460m1460m变形影响较大地区布置断面变形影响较大地区布置断面为为3m3m5m5m两排抗滑桩，桩顶用联系梁联结，抗滑两排抗滑桩，桩顶用联系梁联结，抗滑桩最深达桩最深达70m70m。在。在1245m1245m高程设置高程设置1515根抗滑桩和根抗滑桩和1 1道基础衡重式挡墙，以钢筋混凝土板墙结构联成道基础衡重式挡墙，以钢筋混凝土板墙结构联成整体，桩、墙后回填石渣至整体，桩、墙后回填石渣至1274m1274m高程，对坡面高程，对坡面反压。在反压。在360m360m高坡体内部设高坡体内部设9 9层排水洞，洞内向层排水洞，洞内向接触带打排水孔，孔内安装反滤透水管。边坡表接触带打排水孔，孔内安装反滤透水管。边坡表面采用挂网喷混凝土、网格梁、自进式锚杆、土面采用挂网喷混凝土、网格梁、自进式锚杆、土锚杆等支护措施。锚杆等支护措施。2 2、饮水沟堆积体蠕滑变形治理、饮水沟堆积体蠕滑变形治理 变形监测成果表明，堆积体经上述综合加固措施后，表面变形和深部变形自2005年8月后已趋于平缓，地表排水和各排水洞实施有效。计算分析成果表明，加固后，饮水沟堆积体运行期稳定安全系数满足规范要求。证明堆积体综合治理措施是非常成功的。围绕饮水沟堆积体处理前稳定性评价和发生蠕滑变形后的争论启示我们，对类似的复杂边坡仅仅依靠数学模型分析是远远不够的，必须根据地质条件，结合变形监测资料综合分析评价。这样，处理措施才更具针对性并行之有效。2 2、饮水沟堆积体蠕滑变形治理、饮水沟堆积体蠕滑变形治理 3 3、坝基岩体开挖卸荷松弛处理、坝基岩体开挖卸荷松弛处理 沿已有裂隙错动、张开和扩展沿已有裂隙错动、张开和扩展 葱皮现象葱皮现象 板裂现象板裂现象 3 3、坝基岩体开挖卸荷松弛处理、坝基岩体开挖卸荷松弛处理 岩爆现象岩爆现象差异回弹和蠕滑现象差异回弹和蠕滑现象 3 3、坝基岩体开挖卸荷松弛处理、坝基岩体开挖卸荷松弛处理 为增强岩体的整体性、均匀性，提高岩体变形模量，对卸荷松为增强岩体的整体性、均匀性，提高岩体变形模量，对卸荷松驰岩体进行了高质量的固结灌浆。在驰岩体进行了高质量的固结灌浆。在12#12#32#32#坝段固结灌浆孔中坝段固结灌浆孔中内布设了长内布设了长12.0m12.0m、入岩、入岩9.0m9.0m的的3 33232锚筋桩共锚筋桩共30663066根，这些坝根，这些坝段坝趾贴角部位的固结灌浆孔内布设了段坝趾贴角部位的固结灌浆孔内布设了16541654根锚筋桩，加上基础根锚筋桩，加上基础二次开挖中设置的二次开挖中设置的20002000根超前锚筋桩，共根超前锚筋桩，共67206720根。另外在坝趾贴