第一篇：溪洛渡电站设计中的重大技术问题研究(上)
溪洛渡电站设计中的重大技术问题研究（上）
摘要：总装机容量达12 600 MW的溪洛渡工程是我国继三峡工程之后的又一座巨型水电工程。工程以水力发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合利用效益。溪洛渡混凝土双曲拱坝足建在基本烈度Ⅷ度的高地震区的特高拱坝。在溪洛渡枢纽设计中，对几个关键技术问题进行了深入的研究，即：大坝基建面的选择、拱坝的体型设计，大坝应力分析，坝肩稳定分析，大坝的抗震设计、泄洪消能和超大型地下洞室群的设计。随着前期工程的进展，这些技术问题将深入研究，并会取得满意结果。
关键词：重大技术问题；设计；溪洛渡水电站；金沙江概述
溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境，坝址距离宜宾市(金沙江河口)河道里程184km，坝址控制金沙江：流域面积45.44万km2，占金沙江总流域面积的96%。是金沙江上控制性的枢纽工程，业主为中国三峡总公司。电站开发任务以水力发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合利用效益，供电华东、华中地区，兼顾川渝、滇的用电需要。它是金沙江“西电东送”距离最短的骨于电源之一，也是落实国家西部大开发战略，实现“西电东送”的骨于工程。
水库正常蓄水位高程600m，死水位高程540m，汛期防洪限制水位高程560m。大坝壅高水位约230m，形成一座长约200km，平均宽度690m的河道型大水库。水库总库容126.7亿m3，正常蓄水位600m以下的库容115.7亿m3，其中死库容51.1亿m3，调节库容64.6亿m3，具有不完全年调节能力。
电站枢纽在左、右两岸各设一座地下厂房，各安装9台 700MW混流式水轮发电机组，总装机容量12 600MW。初期保证出力3 395MW，多年平均年发电量576.7亿kW?h，其中枯水期电量145.1亿kW?h。
溪洛渡工程综合效益显著：
(1)防洪 水库控制了金沙江流域面积96％，占长江宜昌以上流域面积47.8％，汛期洪水总量约占宜昌洪量的1／3以上。是长江防洪体系的重要组成部分。水库厂游紧临川江，具有控制洪水比重大，距离防洪对象近的特点。利用水库的46.5亿m3防洪库容调蓄洪水，配合其它措施，可以提高下游
沿江重要城市宜宾、泸州和重庆的防洪标准。
三峡水库是长江中下游防洪的主体工程，有防洪库容 221.5亿心，对长江中下游防洪作用巨大，使荆江河段的防洪标准提高到100年以上。溪洛渡水库汛期拦蓄金沙江洪水，减少了直接进入三峡水库的洪量。如与三峡水库联合进行防洪调度，在遭遇特大洪水时，可以减少长江中下游分洪量25～40亿m3，平均防洪效果系数(削减下游分洪量／预留防洪库容)58％。
(2)拦沙 金沙江是一条多泥沙河流，多年平均含沙量1.7kg／m3，在溪洛渡坝址悬移质年输沙量达2.47亿t，推移质年输沙量180万t。通过重庆市寸滩水文站的输沙量有一半来自金沙江。溪洛渡水电站位于金沙江产沙区的末端，利用大坝壅高水位达230m，对河道天然输沙条件的改变较大，有巨大的死库容的优势，辅以水库合理调度，大量拦截泥沙，减少三峡水库的入库泥沙，且使三峡水库入库泥沙颗粒细化，可有效地减少三峡水库库尾的泥沙淤积，有利于三峡水库的长期使用和综合效益的发挥。
(3)发电补偿效益 长江水系汛期水量丰沛，各电站汛期电量比重均较大，特别需要调节水库将汛期水量调配到枯水期发电。溪洛渡水库具有64.6亿m3的调节库容，由于它的凋蓄作用，能使三峡、葛洲坝电站的供水期增加一个月，保证出力共增加379.2MW，枯水期电量18.86亿kW?h。使向家坝水电站设计枯水年的枯水期平均出力增加保证出力336MW，发电量13?54亿kW?h。
(4)航运 枢纽位于不通航河段。经水库调节，在枯水期可增加下泄流量约500m3／s，较大地改善下游川江航道的枯水期航运条件。枢纽布置
坝区位于豆沙溪沟口至溪洛渡沟口，全长约4km的峡谷河段，在峡谷进口金沙江呈近90°拐弯，峡谷段内河道顺直,谷坡陡峻，临江坡高从进口的大于400m，向下游逐渐降为 300m左右。河谷断面呈窄“U”型，河谷的宽高比约为2，枯水期水面宽70～110m，在水面抬高230m到达正常蓄水位 600m时，水面宽度仅有530m左右。整个峡谷无冲沟，地形十分完整，且在峡谷中段两岸地形向下游略呈收敛之势，具备修建高拱坝的良好的地形条件。
坝区河床基岩及两岸谷坡主要由二叠系上统峨眉山玄武岩(P2β)组成，系一总体缓倾下游偏左岸的单斜构造，岩层产状在峡谷进口和出口附近有明显转折，形成“陡一缓一陡”的平缓褶曲，峡谷中段产状平缓，倾角3°～5°。岩流层厚达490～540m，岩体致密、坚硬、均一，没有断层分布，发育于岩流层层间和层内的的错动带是其主要的结构面。茅口组石灰岩(P1m)出露于峡谷进口谷底，向下游倾伏于玄武岩之下，在峡谷中段埋深达100m左右。河床冲积层一般厚度15～20 m，在峡谷出口段附近增加为40m左右。大量的地质勘察成果表明，在峡谷河段具有修建高拱坝的工程地质条件。
电站枢纽由拦河大坝、泄洪设施、引水发电建筑物等组成。具有“高拱坝、大泄量、多机组”的特点。根据坝址区河谷狭窄，基岩新鲜完整的地形地质条件，结合金沙江的水文特性及工程的开发目标及综合利用要求，枢纽布置中考虑的原则：
(1)枢纽布置必须紧凑，充分利用峡谷河段的地形地质条件，将枢纽建筑物(含消能区和导流建筑物)全部布置在4km峡谷河段玄武岩出露段之内，与之相匹配，拱坝的坝线位置宜在峡谷中段。
(2)充分利用水库调节库容大的特点，调蓄洪水减少枢纽的下泄流量，降低下游河床消能防冲的难度。
(3)由于枢纽泄洪流量大，泄洪功率近100 000MW，居世界高拱坝之首。泄洪消能设施布置采用“分散泄洪、分区消能、按需防护”的原则，由坝身孔口和泄洪隧洞及非常泄洪隧洞等多套泄洪设施共同宣泄洪水。坝下游消能分为两个区：坝下游设二道坝壅高水位形成水垫塘，消刹坝身孔口挑射水流的能量；隧洞出口消能区远离水垫塘，隧洞出口挑射水流在水下碰撞和漩滚消能。这种布置方式增加了运行的灵活性和安全度。
(4)高度重视泄洪雾化对枢纽布置的影响。已建工程的实例表明，狭窄河谷中采用挑跌流的泄洪方式，泄洪雾化是不可避免的，雾化强度及范围均较大。在枢纽布置中首先考虑避让的原则。在强雾化区及较强雾化区不布置水工建筑物；其次对雾化区内的边坡不稳定岩体及其他存在地质缺陷的岩体采取挖除或其它工程加固措施，加强坡面排水，确保两岸边坡的稳定性。
(5)河芥狭窄，不具备布设坝后厂房的条件，利用河床左右两岸地形地质条件基本对称，山体雄厚，围岩条件好的特点，将18台机组均匀分设在左、右两岸的地下厂房，每座厂房装机容量6 300MW。
(6)初期施工导流采用断流围堰、隧洞导流、基坑全年施工的方案。在左右两岸共布置6条大断面导流隧洞。在枢纽布置时尽量考虑将导流隧洞与永久建筑物相结合，后期略加改建便可成为永久建筑物。这样不仅减少工程量节省投资，而且使处于狭窄河谷的枢纽布置更加紧凑。
(7)兼顾分期蓄水提前发电，提早发挥工程效益，降低工程总投资。
对多个枢纽布置方案进行了全面的技术经济比较，提出推荐的枢纽布置方案(参见图2)，其优点如下：
(1)充分利用玄武岩出露的4km长的峡谷河段布设整个水工枢纽。坝轴线选择在峡谷中段，地形微向下游收敛，河床覆盖层厚
第二篇：溪洛渡电站设计中的重大技术问题研究
溪洛渡电站设计中的重大技术问题研究
肖白云
(成都勘测设计研究院，四川成都610072)摘要：总装机容量达12 600 MW的溪洛渡工程是我国继三峡工程之后的又一座巨型水电工程。工程以水力发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合利用效益。溪洛渡混凝土双曲拱坝足建在基本烈度Ⅷ度的高地震区的特高拱坝。在溪洛渡枢纽设计中，对几个关键技术问题进行了深入的研究，即：大坝基建面的选择、拱坝的体型设计，大坝应力分析，坝肩稳定分析，大坝的抗震设计、泄洪消能和超大型地下洞室群的设计。随着前期工程的进展，这些技术问题将深入研究，并会取得满意结果。关键词：重大技术问题；设计；溪洛渡水电站；金沙江概述
溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境，坝址距离宜宾市(金沙江河口)河道里程184km，坝址控制金沙江：流域面积45.44万km2，占金沙江总流域面积的96%。是金沙江上控制性的枢纽工程，业主为中国三峡总公司。电站开发任务以水力发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合利用效益，供电华东、华中地区，兼顾川渝、滇的用电需要。它是金沙江“西电东送”距离最短的骨于电源之一，也是落实国家西部大开发战略，实现“西电东送”的骨于工程。
水库正常蓄水位高程600m，死水位高程540m，汛期防洪限制水位高程560m。大坝壅高水位约230m，形成一座长约200km，平均宽度690m的河道型大水库。水库总库容126.7亿m3，正常蓄水位600m以下的库容115.7亿m3，其中死库容51.1亿m3，调节库容64.6亿m3，具有不完全年调节能力。
电站枢纽在左、右两岸各设一座地下厂房，各安装9台 700MW混流式水轮发电机组，总装机容量12 600MW。初期保证出力3 395MW，多年平均年发电量576.7亿kW•h，其中枯水期电量145.1亿kW•h。
溪洛渡工程综合效益显著：
(1)防洪 水库控制了金沙江流域面积96％，占长江宜昌以上流域面积47.8％，汛期洪水总量约占宜昌洪量的1／3以上。是长江防洪体系的重要组成部分。水库厂游紧临川江，具有控制洪水比重大，距离防洪对象近的特点。利用水库的46.5亿m3防洪库容调蓄洪水，配合其它措施，可以提高下游 沿江重要城市宜宾、泸州和重庆的防洪标准。
三峡水库是长江中下游防洪的主体工程，有防洪库容 221.5亿心，对长江中下游防洪作用巨大，使荆江河段的防洪标准提高到100年以上。溪洛渡水库汛期拦蓄金沙江洪水，减少了直接进入三峡水库的洪量。如与三峡水库联合进行防洪调度，在遭遇特大洪水时，可以减少长江中下游分洪量25～40亿m3，平均防洪效果系数(削减下游分洪量／预留防洪库容)58％。
(2)拦沙 金沙江是一条多泥沙河流，多年平均含沙量1.7kg／m3，在溪洛渡坝址悬移质年输沙量达2.47亿t，推移质年输沙量180万t。通过重庆市寸滩水文站的输沙量有一半来自金沙江。溪洛渡水电站位于金沙江产沙区的末端，利用大坝壅高水位达230m，对河道天然输沙条件的改变较大，有巨大的死库容的优势，辅以水库合理调度，大量拦截泥沙，减少三峡水库的入库泥沙，且使三峡水库入库泥沙颗粒细化，可有效地减少三峡水库库尾的泥沙淤积，有利于三峡水库的长期使用和综合效益的发挥。(3)发电补偿效益 长江水系汛期水量丰沛，各电站汛期电量比重均较大，特别需要调节水库将汛期水量调配到枯水期发电。溪洛渡水库具有64.6亿m3的调节库容，由于它的凋蓄作用，能使三峡、葛洲坝电站的供水期增加一个月，保证出力共增加379.2MW，枯水期电量18.86亿kW•h。使向家坝水电站设计枯水年的枯水期平均出力增加保证出力336MW，发电量13•54亿kW•h。
(4)航运 枢纽位于不通航河段。经水库调节，在枯水期可增加下泄流量约500m3／s，较大地改善下游川江航道的枯水期航运条件。2 枢纽布置
坝区位于豆沙溪沟口至溪洛渡沟口，全长约4km的峡谷河段，在峡谷进口金沙江呈近90°拐弯，峡谷段内河道顺直,谷坡陡峻，临江坡高从进口的大于400m，向下游逐渐降为 300m左右。河谷断面呈窄“U”型，河谷的宽高比约为2，枯水期水面宽70～110m，在水面抬高230m到达正常蓄水位 600m时，水面宽度仅有530m左右。整个峡谷无冲沟，地形十分完整，且在峡谷中段两岸地形向下游略呈收敛之势，具备修建高拱坝的良好的地形条件。
坝区河床基岩及两岸谷坡主要由二叠系上统峨眉山玄武岩(P2β)组成，系一总体缓倾下游偏左岸的单斜构造，岩层产状在峡谷进口和出口附近有明显转折，形成“陡一缓一陡”的平缓褶曲，峡谷中段产状平缓，倾角3°～5°。岩流层厚达490～540m，岩体致密、坚硬、均一，没有断层分布，发育于岩流层层间和层内的的错动带是其主要的结构面。茅口组石灰岩(P1m)出露于峡谷进口谷底，向下游倾伏于玄武岩之下，在峡谷中段埋深达100m左右。河床冲积层一般厚度15～20 m，在峡谷出口段附近增加为40m左右。大量的地质勘察成果表明，在峡谷河段具有修建高拱坝的工程地质条件。
电站枢纽由拦河大坝、泄洪设施、引水发电建筑物等组成。具有“高拱坝、大泄量、多机组”的特点。根据坝址区河谷狭窄，基岩新鲜完整的地形地质条件，结合金沙江的水文特性及工程的开发目标及综合利用要求，枢纽布置中考虑的原则：
(1)枢纽布置必须紧凑，充分利用峡谷河段的地形地质条件，将枢纽建筑物(含消能区和导流建筑物)全部布置在4km峡谷河段玄武岩出露段之内，与之相匹配，拱坝的坝线位置宜在峡谷中段。
(2)充分利用水库调节库容大的特点，调蓄洪水减少枢纽的下泄流量，降低下游河床消能防冲的难度。(3)由于枢纽泄洪流量大，泄洪功率近100 000MW，居世界高拱坝之首。泄洪消能设施布置采用“分散泄洪、分区消能、按需防护”的原则，由坝身孔口和泄洪隧洞及非常泄洪隧洞等多套泄洪设施共同宣泄洪水。坝下游消能分为两个区：坝下游设二道坝壅高水位形成水垫塘，消刹坝身孔口挑射水流的能量；隧洞出口消能区远离水垫塘，隧洞出口挑射水流在水下碰撞和漩滚消能。这种布置方式增加了运行的灵活性和安全度。
(4)高度重视泄洪雾化对枢纽布置的影响。已建工程的实例表明，狭窄河谷中采用挑跌流的泄洪方式，泄洪雾化是不可避免的，雾化强度及范围均较大。在枢纽布置中首先考虑避让的原则。在强雾化区及较强雾化区不布置水工建筑物；其次对雾化区内的边坡不稳定岩体及其他存在地质缺陷的岩体采取挖除或其它工程加固措施，加强坡面排水，确保两岸边坡的稳定性。
(5)河芥狭窄，不具备布设坝后厂房的条件，利用河床左右两岸地形地质条件基本对称，山体雄厚，围岩条件好的特点，将18台机组均匀分设在左、右两岸的地下厂房，每座厂房装机容量6 300MW。
(6)初期施工导流采用断流围堰、隧洞导流、基坑全年施工的方案。在左右两岸共布置6条大断面导流隧洞。在枢纽布置时尽量考虑将导流隧洞与永久建筑物相结合，后期略加改建便可成为永久建筑物。这样不仅减少工程量节省投资，而且使处于狭窄河谷的枢纽布置更加紧凑。(7)兼顾分期蓄水提前发电，提早发挥工程效益，降低工程总投资。
对多个枢纽布置方案进行了全面的技术经济比较，提出推荐的枢纽布置方案(参见图2)，其优点如下：(1)充分利用玄武岩出露的4km长的峡谷河段布设整个水工枢纽。坝轴线选择在峡谷中段，地形微向下游收敛，河床覆盖层厚<15m，基岩面相对隆起，有利于减小坝体高度。利用在坝轴线亡游约500m的缓坡台地布置电站进水口，该缓坡台地高程在550～650m之间，使进水口的开挖边坡降低到150m以下，且大坝和进水口之间可以设泄洪隧洞进水口，缩短了泄洪洞长度。
(2)坝身孔口泄洪流量可达30 000m3／s，占枢纽总泄量的60％。下泄水流顺应河势，归槽条件好，对岸坡稳定影响相对较小，且能节省投资。多套泄洪设施可灵活运用。下游消能区沿河床纵向和横向拉开，避免对下游河床的集中冲刷。
(3)坝址区左岸属四川省，右岸属云南省，在左右两岸各设一座装机6 300MW的地下厂房，满足向华中2回±500kV直流输电和向华东2回±600kV直流输电的需要，同时也兼顾了川、滇两省的用电要求。(4)有利于分期蓄水，提前发电。初期施工导流采用断流围堰、隧洞导流、基坑全年施工的方案。后期在坝身设两层导流底孔。在410m高程布置6个5mXl0m导流底孔，在 450m高程设4个4.5mX8m的导流底孔。在大坝尚未完建、坝体灌浆至580m、高程的情况下，即可蓄水至死水位540m发电，并能妥善解决发电后按设计标准要求的度汛问题。能提前8个月发电，可多获得约78.8亿kW•h电能。
(5)枢纽布置紧凑，工程量小。主体工程的工程量包括：石方明挖1 970万m3，石方洞挖1 580万m3，混凝土和钢筋混凝土1 300万m3，钢筋、钢材36万t。关键技术问题 在溪洛渡枢纽设计中，对几个关键的技术问题进行了深入的研究，即：大坝建基面的选择、拱坝的体型设计、大坝的静动应力分析、坝肩稳定分析、大坝的抗震设计、泄洪消能和超大型地下洞室群设计。3.1 大坝的建基面选择
坝址区自然条件优越，山高谷深，两岸地形完整对称，河道顺直，河谷为窄“U”型，其宽高比小于2，坝址区出露490～520m厚的二叠系峨眉山玄武岩，河床坝基及两岸坝肩均置于玄武岩之上，是理想的修建混凝土双曲拱坝的坝址。
选择大坝建基面时，考虑坝高达278m，承受总水推力约 l 400万t，对基础的要求较高，因此将拱坝基本上置于微一新和弱风化下段的玄武岩岩体上，拱坝坝肩、坝基岩体质地坚硬，以整体块状和次块状结构为主，完整性、均匀性好，能够满足拱坝承载能力及坝基变形的要求。大坝建基面高程确定为332m，最大坝高278m，初步拟定的拱端的平均嵌深左岸48.0m，右岸55.7m，在嵌深上适当留有余地。3.2 双曲拱坝的体型设计
(1)坝体应具有较大的整体刚度，以改善坝身开孔后对拱坝整体刚度削弱的不利影响；通过加强坝体刚度，提高坝体整体性，改善地震反映较强的坝体中上部位应力条件，提高大坝的抗震能力。
(2)在满足坝体强度要求的前提下，采用扁平拱布置，尽量使拱推力转向山体内部，改善坝肩稳定条件。(3)大坝应具有较强的适应坝基变形、坝基变模浮动及变模各向异性的能力；在各种计算工况下，均有较好的应力、变形状况；大坝的应力、变形变化幅度合理，并能兼顾提前发电需要。
(4)在双曲拱坝布置中，考虑不设纵缝，简化温控措施，加快施工进度，提高拱坝整体性。控制上游倒悬度，改善施工期应力条件。尽量使体型简单，方便施工。
(5)要求建基面规则、纵坡平顺，避免产生应力集中。按此要求，经各种拱圈线形的优化设计及综合比较，推荐抛物线双曲拱坝，其体型参数见表1。表1 抛物线双曲拱坝体型参数特性表 ________________________________________ 项目 参数 项目 参数
________________________________________ 坝高（m）278 厚高比 0.248 拱冠顶厚（m）14.0 弧高比 2.511 拱冠底厚（m）69.0 上游倒悬度 0.217 拱端最大厚度（m）75.70（360m高程拱端）坝体混凝土量（万m3）685.6 顶拱中心角（°)93.54 坝基开挖量（万m3）540 最大中心角（°)96.21（480m高程）单位坝高柔度系数 10.68 顶拱中心线弧长（m）698.07 ________________________________________ 采用我院开发的ADSC—CK拱梁分载法计算程序，对推荐的抛物线双曲拱坝进行位移、应力计算，并采用水科院结构所ADASO拱梁分载法静动力分析程序水科院抗震所SD—TAM88拱梁分载法静动力分析程序以及浙江大学ADAO拱梁分载法静动力分析程序进行辅助验证。计算分析表明：在自重荷载作用下，上下游坝面基本处于受压状态，局部产生的拉应力与水沙、温度荷载下的拉应力发生部位不同。水沙荷载作用下的最大主拉应力的出现部位在自重荷载作用下则出现最大主压应力，荷载组合作用下坝体拉应力相互抵消，拱坝体型设计是合理的.3.3 坝体应力分析、(1)应力控制标准 应力控制标准系根据《混凝土拱坝设计规范》和《水工建筑物抗震设计规范》的有关规定，以国内外高拱坝容许应力标准为基础，结合我国近期高拱坝的建设经验及溪洛渡拱坝工程特点，本着安全可靠、经济合理、施工方便等要求而确定的。溪洛渡拱坝应力分析以拱梁分载法为主。相配套的容许应力控制标准见表2和表3。
表2 拱坝应力控制标准
------------------
容许拉应力（MPa）混凝土抗压 强度安全系数
荷载组合 容许压应力（MPa）
------------------
上游面 下游面
------------------
基本组合 9.0 1.2 1.5 4.0 特殊组合[无地震］ 10.0 1.5 1.5 3.5
------------------
表3 特殊组合（有地震）工况应力控制标准
------------------
混凝土设计强度（MPa）容许压应力（MPa）容许拉应力（MPa）
------------------12.9 2.4 30 15.4 2.9 36 17.9 3.3
------------------
注：混凝土设计强度定义为在标准制作和养护条件下．20cm立方体试件，180d龄期，具有85%保证率。离差系数Cυ≤0.15的极限抗压强度。
(2)坝体应力分析
坝体应力分析以多拱梁法为主，有限元法及模型试验为辅。通过对各种工况包括施下：期的坝体应力分析以及甚础特性等参数的敏感性分析，拱坝应力分布良好，应力水与二滩拱坝相当，不仅满足设汁要求，而且对基础变模的浮动具有较好的适应能力。坝身设有表孔、中孔后，对大坝整体应力分布从拱坝整体稳定无影响，仪导致孔口附近局部应力集中，通过配筋即可解决。大坝混凝土强度以R180 350控制。
采用拱梁分载法(9拱17梁)，在荷载基本组合工况和特殊荷载组合工况下，坝体应力位移汁算成果见表
4、表5
表4 荷载基本组合工况下的坝体应力成果
------------------
基本组合Ⅰ 基本组合Ⅱ 基本组合Ⅲ 荷载工况
------------------
数值（高程m）数值（高程m）数值（高程m）
------------------
最大主压应力（MPa）上游坝面 下游坝面 6.64（480）8.81（520）6.99（332）5.24（480）6.12（480）9.06（520）
最大主拉应力（MPa）上游坝面 下游坝面-0.75（480）-0.32（332）-1.02（610）-1.17（610）-0.88（480）-0.31（3321）
最大径向位移（cm）坝体 基础 12.60（520）3.80（332）6.43（440）2.74（332）12.15（480）3.77（332）
最大切向位移（cm）坝体 基础 3.39（480）2.77（440）1.81（440）1.68（400）3.33（480）2.78（440）
------------------
注：基本组合Ⅰ：上游正常蓄水位＋相应下游水位＋泥沙压力＋自重＋温重
基本组合Ⅱ：上游死水位+下游最低尾水位+泥沙压力自重+温升基本组合Ⅲ：上游正常蓄水位十相应下游水位十泥沙压力+自重＋温升
表5 特殊荷载组合工况下的坝体应力成果
------------------
项目 上游坝面 下游坝面
------------------
最大主压应力（MPa)/(高程m）6.56/480 9.84/520 最大主拉应力（MPa)/(高程m）-1.07/520-0.29/332 最大位移（mm)/(高程m）径向 切向 坝体/（高程mm）13.22/520 3.56/480 基础/（高程m）3.70/332 2.94/440
------------------
从计算结果可知：
在基本组合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工况作用下，坝体最大径向位移12.6cm，坝基河床最大径向位移3.8Cm，坝体位移平顺光滑；坝休应力状态良好，坝体大部分处于受压状态，只在中部高程坝踵部位局部出现拉应力，最大主拉、主压应力值满足应力控制标准。说明抛物线体型设计符合要求。
在特殊荷载组合工况下，坝体应力满足应力控制标准，应力分布规律及最大位移、最大应力出现部位与基本组合相似，主要差别在于上游坝踵拉应力增大，增幅约30％。线弹性有限元法计算结果表明：坝体位移对称、均匀与拱梁分载法计算成果一致；坝体拉应力主要受上游面控制，从拉应力区分布及拉应力值综合判断，坝体拉应力满足设计要求；坝体压应力主要受下游面控制，从压力区分布及压应力值总和判断，坝体压应力满足设计要求。
3.4 坝肩稳定分析
从坝址区的地形地质分析，对拱坝坝肩稳定有利，主要表现为：河谷狭窄，地形完整对称，山体雄厚；坝肩出露的岩体为坚硬、完整的去武岩，具有较高的强度。坝肩岩体内无特定的陡倾角结构面发育，只有稀疏、短小、挤压紧密的陡倾角裂隙发育(其连通率<10％～20％)。对坝肩稳定不不利的因素是玄武岩内层间层内错动带较发育，错动带物质大多由坚硬的玄武岩角砾碎块组成，但大多挤压较紧密，是拱坝坝肩稳定控制性底滑面。
坝肩抗滑稳定分析以刚体极限平衡法为主，坝肩抗力休的侧滑面为一套极不发育的节理裂隙；底滑面为特定的层间层内错动带，倾角平缓，面有起伏，连续性较好。
按照地质勘探揭示的裂隙产状及层间层内错动带的产状、分布和位置，列出坝肩各种町能的滑移面组合，按规范要求，采用刚体极限平衡法进行坝肩稳定计算，结果见表6。
计算结果表明，纯摩、剪摩安全系数均达到并超过规范要求，稳定性较好。
除此之外，采用目前国内的多种计算程序进行静、动荷载作用下的坝体应力分析、拱座稳定分析和大坝的地震反应分析，计算结果表明：在不同荷载组合工况下，拱座基本上无不良应力分布，拱坝应力分布较为理想；左右岸拱肩的稳定安全系数满足要求；坝体设计符合地震设防要求。
表6 各典型滑动块体稳定安全系数
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滑块编号 滑块高程（m)底滑面左岸 纯摩
剪 摩
滑块高程（m）底滑面右岸 纯摩 剪摩
------------------334.59 C3 1.46 3.66 380.66 C4 1.88 3.98 2 344.41 C4 1.53 3.83 498.16 C7 3.79 9.06 3 357.95 5层内总体 1.46 3.76 537.65 C8 7.28 18.93 4 342.42 Lc5-34 1.67 4.04 387.78 5层内总体 1.72 3.77 5 395.88 6层内总体 1.43 3.94 419.56 Lc6-49 3.91 8.71 6 376.43 Lc6-14 1.75 4.53 424.29 6层内总体 1.85 4.19 7 488.90 8层内总体 1.69 5.47 499.94 8层内总体 3.22 7.69 8 476.16 Lc8-40 1.72 5.49
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3.5 拱坝抗震设计
溪洛渡水电站位于南北向的峨边一金阳断裂，北东向莲峰断裂及北西向马边一盐津隐伏断裂带所围限的雷波一永善三角形块体之中南部，块体面积约1 600km2，断裂不发育，具有良好的稳定性。坝址区地震危险性主要自块体东部马边地震带强震的波及影响。1989～1990年国家地震局对溪洛渡水电站进行了地震基本烈度复核和地震危险性分析，坝址区地震基本烈度为Ⅷ度，相应的基岩水平峰值加速度为0.18g；100年超越概率0.02时，基岩水平峰值加速度0.32g。总库容l 26.7亿m3，最大坝高278m，溪洛渡混凝土双曲拱坝坝顶高程610m，坝高超过世界上最高的格鲁吉亚英古里坝，溪洛渡拱坝、英古里拱坝和小湾拱坝都是建在基本烈度Ⅷ度的高地震区的特高拱坝。根据《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073—2000)规定，拱坝抗震设计类别为甲类。由于坝高大于250m，其抗震安全性须进行专门研究。
按现行设计规范要求，进行如下计算分析：①动力拱梁分载法进行拱坝强度动力分析；②线弹性有限元反应谱法进行拱坝强度动力分析；③线弹性有限元时程法进行拱坝强度动力分析；④采用刚性极限平衡法和刚体弹簧元法进行拱坝坝肩动力稳定分析。
围绕以下几个问题开展专题研究：
①坝体横缝张开对坝体动力反应的影响：在强震作用下，拱坝中、上部会产生很大的拱向拉应力，抵消静态压应力的拉应力，将使基本不能抗拉的横缝张开，并随着突变的地震作用而反复开合，使坝体应力重分布，拱向应力显著降低，拱坝的强度反应成为一个复杂的三维边界接触的非线性动力问题，直接关系到抗震安全性的评价，因此研究了坝体横缝张开对坝体动力反应的影响；②地基辐射阻尼对坝体动力反应的影响：拱坝在地震作用的过程中，存在波动能量向远域地基的、辐射。人为截断地基边界，造成截断边界上波的反射作用，加大了拱坝动力反应。因此，在遭遇强震时应考虑波动能量向远域地基逸散的辐射阻尼影响；③地震动非均匀输入对坝体动力反应的影响：采用柯依纳波作为输入地震波，分析地震运动沿坝的相差幅差、分析对拱坝动力反应的影响；④综合考虑地基辐射阻尼，坝体横缝张开对坝体动力反应的影响；⑤动力模型试验，模型坝体模拟了横缝布置并设置人工阻尼边界。
拱坝抗震设计的各项研究，均采用目前国内外先进的计算方法和模型试验手段，结合工程类比进行了全面的分析和科技攻关。研究工作联合了国内高水平的科研单位、大专院校及知名专家共同完成。计算研究及模型试验成果表明，溪洛渡高拱坝在遭遇设防烈度地震时，其强度及稳定性均能满足抗震设计要求，主要结论如下：
(1)大坝自振频率相对较低，呈现出各阶模态分布密集的特点。在正常蓄水位及低水位运行时，大坝第一阶振型呈反对称，第二、三阶振型呈正对称。正常蓄水位时，大坝基频1.18～1.25Hz，基本周期0.80～0.85s。
(2)采用拱梁分载反应谱法和线弹性有限元反应谱法的分析结果基本一致，仅数值上有一定的差异。坝体压应力满足设计要求，有一定的安全裕度。坝体的高拉应力区集中出现在坝体中上部，由地震时的拱向拉应力产生。在正常蓄水位情况，拉应力值超过标准的坝体面积与坝体总面积之比〈0.4％，低水位时其比值<5％。
(3)反应谱作用下的地震反应与人工波作用下的计算结果基本相似。输入不同的地震时间历程，对动应力的分布规律影响不大。
(4)地基辐射阻尼对动应力的分布规律影响不大，但拱坝地震反应显著降低。最大拱向应力值减小25％～40％，最大梁向应力值减小25％～50％。
(5)地震运动幅差相差对坝体动应力综合影响不显著。
(6)强震作用下，坝体横缝张开，坝体应力重分布，顶部拱冠梁附近的高拉应力被释放。正常蓄水位及低水位运行时原出现高拉应力部位的拉应力远小于应力控制标准。综合高拉应力区分布范围及应力集中影响区以外的坝体应力值，坝体应力满足设计要求。如考虑坝体材料的非线性，则消除了上游坝踵出现的局部应力集中现象，拉应力满足应力控制标准。
(7)设计地震作用下，坝踵出现局部开裂，计算深度〈5m。裂缝相对稳定，大坝整体稳定能够得到保证。
(8)模型试验表明，设计地震时，坝体最大应力不超过坝体材料强度控制标准。模型坝在3.9倍设计地震时发生损伤，5.2倍设计地震时左右坝肩附近由显著开裂迹象，其它部位仍尤可见损伤。坝体发生明显损伤迹象之后，其震后静承载能力末见异常，表明拱坝自身有优异的抗震性能。
(9)采用刚体极限平衡法及刚体弹簧元法进行的坝肩动力稳定计算分析表明，坝肩动力稳定满足设计要求。
(10)按照坝体混凝土分区方案，在拱冠梁附近中上部区域及坝基附近区域采用180d龄期抗压强度为36MPa的混凝土，其动、静迭加的抗压、抗拉允许应力分别为17.7MPa及3.3MPa，计算及模型试验成果均表明，拱坝强度满足抗震设计要求。
在强震作用下，横缝的最大开度不大于10mm，不会导致横缝间止水破坏，从这一角度分析，勿需设置抗震钢筋来保证大坝的整体性。
3.6 泄洪消能
金沙扛：径流丰沛，洪水峰高量大，洪水过程较长，洪水过程线多呈复峰型。坝址处多年平均流量4 620m3／s，年径流
量1 460亿m，相当于黄河径流量的3倍，水库正常蓄水位以下库容虽有115.7亿m3，但与年径流量相比，水库库容系数较小，调蓄洪水能力有限，每年均要频繁泄洪。
电站千年一遇洪水洪峰流量43 700m3/s，万年一遇洪水洪峰流量52 300m3／s泄洪功率近100 000MW，位居世界高拱坝之首，约为已建的二滩电站泄洪功率的3倍，与国内外部分已建成的高拱坝泄洪功率比较参见表7。
溪洛渡工程泄洪消能功率高，具有“高水头、大泄量、窄河谷”的特点。国外高拱坝工程的泄洪功率相对较小，已建薄拱坝中泄洪功率最大的是洪都拉斯的唉尔卡洪拱坝，泄洪功率15 500MW；国内已建工程中，泄洪功率最大的是二滩水电站，泄洪功率为39 000MW，均远远小于溪洛渡工程100 000MW的泄洪功率。因此，溪洛渡工程泄洪消能问题十分突出，是世界水平的高难度问题。
表7 国内外部分高拱坝枢纽泄洪功率比较
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序号 工程名称 国家 坝高/（m）落差Z（m）Q（m3•s)流量（m3•s)泄洪功率 N（MW）河槽宽
B（m）
岩基岩性 完建年份
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设计1 溪洛渡 中国 278 205 52300 10000 枯水期 70～110 率武岩 2 二滩枢纽 中国 240 166.3 23900 39000 80～100 正长岩 1998年 3 二滩坝身 中国 240 166.3 16300 26500 80～100 正长岩 1998年 4 唉而卡洪 洪都拉斯 231 184 8590 15500 ≈100 石灰岩 1985年 5 里•罗克斯 南非 107 70.5 21500 14800 135 泥岩 已建 卡博拉•巴萨 莫桑比克 136.5 102.9 13300 13400 100 片麻岩 1975年 7 莫西洛克 美国 185 103.6 7800 8100 ≈70 玄武岩卡里巴 赞比亚 128 85 9500 8080 120 片麻岩 1962年 9 英古里 前苏联 272 230 2500 5040 25 白云岩 石灰岩 1982年 卡瓦基 日本 140 100 4400 4570 30 1981年 11 莫拉丁其 南斯拉夫 220 175 2200 3890 35 1975年 12 隔河岩 中国 151 100 2780 20700 120 石灰岩 1997年 13 东风 中国 173 110 14200 15000 50 石灰岩 1994年 14 李家峡 中国 165 119 6300 73500 ≈50片 岩、混合岩
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为解决泄洪消能问题，结合坝址区地形地质条件，溪洛渡工程泄洪消能设计以“分散泄洪、分区消能、按需防护”为原则，采用坝身孔口、两岸泄洪洞和适当台数机组共同承担泄洪任务的布置方案。主要泄水建筑物由坝身7个表孔、8个深孔和两岸5条泄洪洞组成。
在设计中解决了以下关键技术问题：
(1)增大坝身孔口泄量
溪洛渡河道顺直，基岩裸露，抗冲流速高，有条件增大坝身孔口泄洪流量，减轻坝外泄洪任务，从而缩小泄洪洞的规模，或者保持原有泄洪洞的规模，减少泄洪洞数量，降低工程造价，经济效益显著。
坝身采用表孔、深孔相结合，分层出流，上下差动，空中扩散，水舌空中碰撞。射流水舌在入水处纵向尽可能的分散；在水舌不砸岸坡的条件下，充分利用下游水深大的特点，使水舌横向拉开与扩散，有效地削弱人水射流的集中程度；利用射流和淹没水跃的消能原理在水垫塘中集中消刹下泄洪水的能量，并减少水舌冲击压力，以减轻射流对水垫塘底板的冲刷破坏。并对水垫塘进行衬护。形成“分层出流、水舌碰撞、水垫塘消能”的消能方式。通过坝身孔口泄洪功率达到57 000MW，为二滩的2倍，是技术上的重大突破。
多个水力学模型试验的成果表明，针对坝身设7个12.5mXllm表孔和8个6mX6.7m的深孔的设计方案，通过表孔采用舌形坎或差动坎，缩短表孔闸墩、优化表孔和深孔体型等工程措施后，当坝身宣泄30 000m3／s流量时，表孔和深孔水舌能适当碰撞、剪切形成散落状水股，水舌扩散充分。碰撞后的水舌大量掺气，形成掺气水流，消能效果较好。多股水流入射坝下水垫塘后，在水垫塘内形成复杂的三元水流，在水垫塘内纵向、横向和垂向扩散，加之与水垫塘边壁的碰撞折冲，下泄水流剧烈紊动消能。利用水垫塘内水深达80m左右的有利条件，大大地减少底板上的动水压力。水垫塘底板上的最大时均压强仅为13mX9.8MPa，在设计的允许范围之内。
通过模型试验，验证溪洛渡拱坝坝身宣泄30 000m3/s流量，坝身孔口泄流能力，水流流态，消能效果，水垫塘底板上的最大时均冲击压力和底板稳定均能满足要求。再通过拱坝泄洪振动水弹性模型试验，坝身泄洪时诱发的坝体振动是有感振动，其数量级不会对坝体安全构成威胁，也不会对环境和人造成危害。通过多项指标的综合分析，下游河道具有承受由坝身孔口下泄30 000m3／s流量的能力。因此设计采用坝身孔口宣泄30 000m3／s流量是可行的。坝身泄洪消能指标与国内外高拱坝工程比较见表8。
(2)采用反拱型水垫塘
溪洛渡工程的泄洪消能设计采用坝身设两层孔口，坝后设水垫塘消能的布置方式。这样布置方式使枢纽布置紧凑，泄洪水流方向与原河道基本一致，顺应河势，避免下泄水流对两岸的直接顶冲，是一种既安全又经济的布置方式。在设计中首先注意水垫塘的开挖不能危及大坝的坝肩安全，水垫塘的边坡不宜太高；其次，水垫塘底板的稳定性。因为大量的能量在水垫塘内消刹，一旦水垫塘底板失去稳定，河床基岩遭受冲刷，势必影响大坝及坝肩的稳定。
溪洛渡水电站坝址河谷形态为对称的窄“U”型，枯水期水面宽70～1lOm，河床420m高程以下的坡度较缓，仅为20°～25°，420m以上则为55°～75°陡坡。从适应河谷形态，减少岸坡的开挖，增加底板稳定的安全度考虑，采用反拱形底板水垫塘。
注：L一水垫塘长度；b1b2一水垫塘顶底宽：T一水垫塘水深。
表8 高拱坝坝身泄洪消能指标比较表
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水垫塘尺寸 塘内单位水 体消能率 最大冲击动 水压力
坝高（m）
总泄流量（m3/s)坝身泄流量（m3/s)水头 坝身泄洪
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工程名称 工况
功率 L T b1/b2
------------------
（m）（MW）（m）(m）（m)kW/m3 ×9.8kga
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小湾 292 校核 20572 15260 226.6 33900 400 48 180/70 12.3 设计 14682 9060 221.8 19700 42 8.2 拉西瓦 250 校核 6000 6000 213 12500 217 36 104/60 20.5 11.5 设计 4000 3740 8350 30 16.8 二淮 240 校核 23900 13600 166.3 2660 330 57 126/40 13.5 14.1 设计 20600 13200 166.3 21500 54 11.5 构皮滩 225 校核 29100 29100 148.3 42400 311 77 140/70 15.3 14.5
设计 23600 23600 150.4 35900 72 13.4 摩西罗克 184 7800 7800 103.6 8100 140 73 10-12 15 溪洛渡 278 校核 50153 30902 193.3 59734 78.6 224/107 11.5 15.1 设计 40921 21717 191.5 41588 400 73.2 8.6 8.4
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注：L-水垫塘长度；b1b2-水垫塘顶底宽；T-水垫塘水深。
为研究水垫塘内的水流特性，专门制作了枢纽整体模型，并开展了反拱型水垫塘底板的整体稳定和局部稳定的试验研 究，得出以下结论：
①反拱型水垫塘的流态与平底板水垫塘没有本质的区别，坝身多股射流，在水垫塘内形成复杂的流动结构，塘内水流紊动和混掺剧烈，消能比较充分。采用先进的测试手段，细致地分析了水垫塘复杂的三元流动结构，按照不同的受力情况对水垫塘各部位进行适当的保护，可以保证工程的安全运行。②反拱型底板的受力特性与平底板不同。平底板块以升浮稳定为控制条件，其抗力主要是单块的自重和锚固力，一旦止水破坏，抽排系统失效，动水压力沿裂缝传到板块底部，对底板稳定形成直接危险，特别是水垫塘动水压力较大的水舌入水区，容易产生底板块失稳。反拱型水垫塘底板，当动水压力产生的上举力超过底板块自重时，底板块间形成拱，靠拱端产生的推力来维持其稳定。反拱型底板在上举力作用下产生的推力在摩擦力和锚筋剪切的力的耗损下传至拱底，因此拱端产生的推力不会很大，拱座容易保持稳定。③反拱各底板块上举力相关性差，各单块底板稳定失稳受相邻两块底板制约大，从而保证了各单块底板有足够大的稳定性；反拱型底板较之平底板有更大的安全度，在模型上不设抽排和止水措施，也末见底板块发生失稳。
(3)大泄量的“龙落尾”泄洪隧洞
溪洛渡工程40％的泄量山两岸多条泄洪洞负担，单洞泄量高达4 000m3/s。泄洪隧洞分流后可减轻坝下消能防冲的负担和泄洪雾化的影响，增大枢纽泄洪设施运行的灵活性利可靠性。由于水库设有46.5亿m3防洪库容，汛期库水位基本上要维持在560m运行，汛期泄洪设备主要为泄洪洞和坝身深孔。泄洪洞加上部分机组运行可以宣泄常年洪水。因此，对泄洪洞的安全运行要求颇高。
根据枢纽布置，泄洪隧洞长1.3～1.8km，平面上布置要转弯，泄洪洞水头高，反弧段流速达45m/s以上。在总结国内外大型泄洪洞设计和运行经验的基础上，提出进口为有压段，后经地下工作闸门室接无压洞，无压洞洞内“龙落尾”型式，将总能量的80％左右集中在尾部占全洞洞长的15％的洞段之内。泄洪隧洞洞内流速大多控制在25m／s左右，仅在龙落尾段流速才由25m／s增加至反弧段末端的45m/s。这种布置型式的优点：绝大多数洞段由于流速低，不致产生空化空蚀，衬砌要求低；高速水流集中，减少衬砌工程量，增加了洞身运行的安全度。由于出口水流流速较大，挑射水舌能挑至主河床，水流归槽条件好；加之高流速无压段短且与大气连通条件好，水流表层自掺气充分，提高了水流的空化数，增加高流 速段抗空化空蚀能力。
(4)将一条导流洞改建为泄洪洞溪洛渡电站采用全年断流围堰隧洞导流的导流方式，左布岸各设3条18mX20m导流隧洞。其中左右岸各2条导流洞拟与厂房尾水洞相结合，将剩下的2条中的1条改建为泄洪隧洞。山于水头高(约200m)、泄量大(3000m3/s)、技术难度大，在“八五”、九五”攻关基础上，进行了多种体型的对比试验，深入研究改建中存在的关键技术难题，提出采用竖井旋流与孔板消能整流相结合的消能方式和竖井与洞塞相站合消能的方式，并经模型试验验证，消能率达90％，洞内流速控制在25m/s左右，这两种改建方式都是可行的。由于导流洞结合段内流速低、压力小，在结构上不需要作特殊处理，完全可以利用原导流洞。竖井段结构简单，投资不入片：可以提前施了，改建占用直线工期少，因此被设计采纳。
枢纽整体模型试验和单体水力模型试验表明，这会枢纽泄洪建筑物的设计方案，其泄洪能力、消能效果和布置格局是安全可行的，完全可以在遭遇特大洪水时投入使用。3.7 超大型地下洞室群设计
溪洛渡水电站装机容量12 600MW，发电厂房分左、右两岸对称布置。每个厂房各装机9台，单机700MW。左、右岸地下工程包括地下厂房、主变室、尾水调压室、引水隧洞、尾水隧洞、母线洞、电缆竖井以及交通洞、通风洞等辅助洞室，形成规模巨大的地下洞室群。主厂房尺、(长X宽X高)430.3mX28.4mX75.1m，地下洞室总开挖量近1 500万m3，超过已建的二滩、拉格朗德二级以及丘吉尔电站地下厂房。厂区洞室多、尺寸大、布置密集、立体交叉，在世界上是没有先例的。参见图3。
在地下工程的设计中，工程布置、围岩稳定评价以及加固处理措施等都属关键技术问题，对工程建设的安全性和经济性影响甚大，设计给予了充分重视。溪洛渡工程两岸地下厂房洞室群的水平和垂直埋深均大于300m。围岩新鲜坚硬、完整性好，呈块状结构，断层不发育，以Ⅰ、Ⅱ类围岩为主，围岩成洞条件好。初始地应力场以构造应力为主，最大主应力为15.0～20.0MPa属中等地应力水平。岩层近水平展布、垂直裂隙不发育，主要
构造形迹为近水平的岩流层层间层内构造错动带。岩体内地下水活动弱，透水性低，水文地质条件相对较简单。两岸均具备修建大型地下洞室群的良好工程地质条件。
缓倾角层间、层内错动带对大跨度顶拱、高边墙及洞室交叉部位围岩的稳定不利。影响围岩稳定的因素很多，结构面的组合、地下水的运移规律、施工程序、开挖方法、围岩力学参数等都有一定的不确定性，这些不确定因素给超大型地下洞室群的设计、施工及围岩临时与永久支护带来极大的困难。在溪洛渡工程的研究设计中，结合“九五”国家科技攻关和特殊专题研究，开展了前所未有的分析、试验研究工作，重点研究地下厂房洞室群围岩稳定与支护、合理的施工顺序、无支护时围岩静力稳定特性、有支护时围岩静力稳定特性(包括弹塑性损伤有限元分析、FLAC3D拉格朗日元分析及三维地质力学模型试验)和洞室群的抗震稳定分析。建立了地下洞室群的动力分析系统和施工动态仿真分析模拟系统。利用这些先进方法和手段能充分考虑优化开挖顺序、确定加锚支护参数、施工爆破参数，对地下厂房洞室群的围岩稳定作出合理的评价，使地下厂房的设计有较大的提升和突破。结束语
成都勘测设计院积几十年的经验，集中优势力量，针对工程规模大、技术难度高、设计周期短等问题，在可研设计中注意采用国内外最新的科研成果和新技术。针对重大技术问题列出专题，与国内的科研单位和大专院校通力合作，并依托国家“九五”科技攻关，攻克了这些技术难题，保证了可研报告的质量。目前溪洛渡工程已批准立项开工，我们将在下阶段设计和工程实施的过程中，继续深化研究和落实这些重大技术问题。
(编辑：胡少华)收稿日期：2004-04-07 作者简介：肖白云，成都勘测设计研究院，教授级高工、溪洛渡工程设计总工程师。来源:中国水利科技网
第三篇：溪洛渡电站设计中的重大技术问题研究(下)
溪洛渡电站设计中的重大技术问题研究（下）
3.3 坝体应力分析、(1)应力控制标准 应力控制标准系根据《混凝土拱坝设计规范》和《水工建筑物抗震设计规范》的有关规定，以国内外高拱坝容许应力标准为基础，结合我国近期高拱坝的建设经验及溪洛渡拱坝工程特点，本着安全可靠、经济合理、施工方便等要求而确定的。溪洛渡拱坝应力分析以拱梁分载法为主。相配套的容许应力控制标准见表2和表3。
(2)坝体应力分析
坝体应力分析以多拱梁法为主，有限元法及模型试验为辅。通过对各种工况包括施下：期的坝体应力分析以及甚础特性等参数的敏感性分析，拱坝应力分布良好，应力水与二滩拱坝相当，不仅满足设汁要求，而且对基础变模的浮动具有较好的适应能力。坝身设有表孔、中孔后，对大坝整体应力分布从拱坝整体稳定无影响，仪导致孔口附近局部应力集中，通过配筋即可解决。大坝混凝土强度以R180 350控制。
采用拱梁分载法(9拱17梁)，在荷载基本组合工况和特殊荷载组合工况下，坝体应力位移汁算成果见表
4、表5
从计算结果可知：
在基本组合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工况作用下，坝体最大径向位移12.6cm，坝基河床最大径向位移3.8Cm，坝体位移平顺光滑；坝休应力状态良好，坝体大部分处于受压状态，只在中部高程坝踵部位局部出现拉应力，最大主拉、主压应力值满足应力控制标准。说明抛物线体型设计符合要求。
在特殊荷载组合工况下，坝体应力满足应力控制标准，应力分布规律及最大位移、最大应力出现部位与基本组合相似，主要差别在于上游坝踵拉应力增大，增幅约30％。线弹性有限元法计算结果表明：坝体位移对称、均匀与拱梁分载法计算成果一致；坝体拉应力主要受上游面控制，从拉应力区分布及拉应力值综合判断，坝体拉应力满足设计要求；坝体压应力主要受下游面控制，从压力区分布及压应力值总和判断，坝体压应力满足设计要求。
3.4 坝肩稳定分析
从坝址区的地形地质分析，对拱坝坝肩稳定有利，主要表现为：河谷狭窄，地形完整对称，山体雄厚；坝肩出露的岩体为坚硬、完整的去武岩，具有较高的强度。坝肩岩体内无特定的陡倾角结构面发育，只有稀疏、短小、挤压紧密的陡倾角裂隙发育(其连通率
溪洛渡水电站坝址河谷形态为对称的窄“U”型，枯水期水面宽70～1lOm，河床420m高程以下的坡度较缓，仅为20°～25°，420m以上则为55°～75°陡坡。从适应河谷形态，减少岸坡的开挖，增加底板稳定的安全度考虑，采用反拱形底板水垫塘。
为研究水垫塘内的水流特性，专门制作了枢纽整体模型，并开展了反拱型水垫塘底板的整体稳定和局部稳定的试验研
究，得出以下结论：
①反拱型水垫塘的流态与平底板水垫塘没有本质的区别，坝身多股射流，在水垫塘内形成复杂的流动结构，塘内水流紊动和混掺剧烈，消能比较充分。采用先进的测试手段，细致地分析了水垫塘复杂的三元流动结构，按照不同的受力情况对水垫塘各部位进行适当的保护，可以保证工程的安全运行。②反拱型底板的受力特性与平底板不同。平底板块以升浮稳定为控制条件，其抗力主要是单块的自重和锚固力，一旦止水破坏，抽排系统失效，动水压力沿裂缝传到板块底部，对底板稳定形成直接危险，特别是水垫塘动水压力较大的水舌入水区，容易产生底板块失稳。反拱型水垫塘底板，当动水压力产生的上举力超过底板块自重时，底板块间形成拱，靠拱端产生的推力来维持其稳定。反拱型底板在上举力作用下产生的推力在摩擦力和锚筋剪切的力的耗损下传至拱底，因此拱端产生的推力不会很大，拱座容易保持稳定。③反拱各底板块上举力相关性差，各单块底板稳定失稳受相邻两块底板制约大，从而保证了各单块底板有足够大的稳定性；反拱型底板较之平底板有更大的安全度，在模型上不设抽排和止水措施，也末见底板块发生失稳。
(3)大泄量的“龙落尾”泄洪隧洞
溪洛渡工程40％的泄量山两岸多条泄洪洞负担，单洞泄量高达4 000m3/s。泄洪隧洞分流后可减轻坝下消能防冲的负担和泄洪雾化的影响，增大枢纽泄洪设施运行的灵活性利可靠性。由于水库设有46.5亿m3防洪库容，汛期库水位基本上要维持在560m运行，汛期泄洪设备主要为泄洪洞和坝身深孔。泄洪洞加上部分机组运行可以宣泄常年洪水。因此，对泄洪洞的安全运行要求颇高。
根据枢纽布置，泄洪隧洞长1.3～1.8km，平面上布置要转弯，泄洪洞水头高，反弧段流速达45m/s以上。在总结国内外大型泄洪洞设计和运行经验的基础上，提出进口为有压段，后经地下工作闸门室接无压洞，无压洞洞内“龙落尾”型式，将总能量的80％左右集中在尾部占全洞洞长的15％的洞段之内。泄洪隧洞洞内流速大多控制在25m／s左右，仅在龙落尾段流速才由25m／s增加至反弧段末端的45m/s。这种布置型式的优点：绝大多数洞段由于流速低，不致产生空化空蚀，衬砌要求低；高速水流集中，减少衬砌工程量，增加了洞身运行的安全度。由于出口水流流速较大，挑射水舌能挑至主河床，水流归槽条件好；加之高流速无压段短且与大气连通条件好，水流表层自掺气充分，提高了水流的空化数，增加高流速段抗空化空蚀能力。
(4)将一条导流洞改建为泄洪洞溪洛渡电站采用全年断流围堰隧洞导流的导流方式，左布岸各设3条18mX20m导流隧洞。其中左右岸各2条导流洞拟与厂房尾水洞相结合，将剩下的2条中的1条改建为泄洪隧洞。山于水头高(约200m)、泄量大(3000m3/s)、技术难度大，在“八五”、九五”攻关基础上，进行了多种体型的对比试验，深入研究改建中存在的关键技术难题，提出采用竖井旋流与孔板消能整流相结合的消能方式和竖井与洞塞相站合消能的方式，并经模型试验验证，消能率达90％，洞内流速控制在25m/s左右，这两种改建方式都是可行的。由于导流洞结合段内流速低、压力小，在结构上不需要作特殊处理，完全可以利用原导流洞。竖井段结构简单，投资不入片：可以提前施了，改建占用直线工期少，因此被设计采纳。
枢纽整体模型试验和单体水力模型试验表明，这会枢纽泄洪建筑物的设计方案，其泄洪能力、消能效果和布置格局是安全可行的，完全可以在遭遇特大洪水时投入使用。
3.7 超大型地下洞室群设计
溪洛渡水电站装机容量12 600MW，发电厂房分左、右两岸对称布置。每个厂房各装机9台，单机700MW。左、右岸地下工程包括地下厂房、主变室、尾水调压室、引水隧洞、尾水隧洞、母线洞、电缆竖井以及交通洞、通风洞等辅助洞室，形成规模巨大的地下洞室群。主厂房尺、(长X宽X高)430.3mX28.4mX75.1m，地下洞室总开挖量近1 500万m3，超过已建的二滩、拉格朗德二级以及丘吉尔电站地下厂房。厂区洞室多、尺寸大、布置密集、立体交叉，在世界上是没有先例的。参见图3。
在地下工程的设计中，工程布置、围岩稳定评价以及加固处理措施等都属关键技术问题，对工程建设的安全性和经济性影响甚大，设计给予了充分重视。溪洛渡工程两岸地下厂房洞室群的水平和垂直埋深均大于300m。围岩新鲜坚硬、完整性好，呈块状结构，断层不发育，以Ⅰ、Ⅱ类围岩为主，围岩成洞条件好。初始地应力场以构造应力为主，最大主应力为15.0～20.0MPa属中等地应力水平。岩层近水平展布、垂直裂隙不发育，主要构造形迹为近水平的岩流层层间层内构造错动带。岩体内地下水活动弱，透水性低，水文地质条件相对较简单。两岸均具备修建大型地下洞室群的良好工程地质条件。
缓倾角层间、层内错动带对大跨度顶拱、高边墙及洞室交叉部位围岩的稳定不利。影响围岩稳定的因素很多，结构面的组合、地下水的运移规律、施工程序、开挖方法、围岩力学参数等都有一定的不确定性，这些不确定因素给超大型地下洞室群的设计、施工及围岩临时与永久支护带来极大的困难。在溪洛渡工程的研究设计中，结合“九五”国家科技攻关和特殊专题研究，开展了前所未有的分析、试验研究工作，重点研究地下厂房洞室群围岩稳定与支护、合理的施工顺序、无支护时围岩静力稳定特性、有支护时围岩静力稳定特性(包括弹塑性损伤有限元分析、FLAC3D拉格朗日元分析及三维地质力学模型试验)和洞室群的抗震稳定分析。建立了地下洞室群的动力分析系统和施工动态仿真分析模拟系统。利用这些先进方法和手段能充分考虑优化开挖顺序、确定加锚支护参数、施工爆破参数，对地下厂房洞室群的围岩稳定作出合理的评价，使地下厂房的设计有较大的提升和突破。结束语
成都勘测设计院积几十年的经验，集中优势力量，针对工程规模大、技术难度高、设计周期短等问题，在可研设计中注意采用国内外最新的科研成果和新技术。针对重大技术问题列出专题，与国内的科研单位和大专院校通力合作，并依托国家“九五”科技攻关，攻克了这些技术难题，保证了可研报告的质量。目前溪洛渡工程已批准立项开工，我们将在下阶段设计和工程实施的过程中，继续深化研究和落实这些重大技术问题。
第四篇：溪洛渡电站筹建期工程监理
溪洛渡电站筹建期工程监理
摘要：长江三峡技术经济发展有限公司溪洛渡工程监理部承担了溪洛渡水电站筹建期场内交通、供水供电、渣场沟水处理、营地建设以及对外交通部分标段等项目的建设监理任务。监理部以溪洛渡水电站工程建设为中心，树立为工程建设服务和为业主服务的意识，不断加强内部管理，完善监理质量保证体系，努力提高监理业务水平，做好所承担的溪洛渡筹建期各工程项目“三控制、两管理、一协调”工作，使工程质量、进度和投资三大目标基本得到有效控制，为工程项目合同总目标的顺利实现打下了良好基础。
关键词：溪洛渡水电站；筹建期；工程监理；质量；进度；投资
为响应国家西部大开发的号召，抓住国家能源发展机遇，立足于长远发展，中国三峡总公司于2003年初拉开了溪洛渡水电站工程建设的序幕。长江三峡技术经济发展有限公司(以下简称三峡发展公司)紧跟工程建设步伐，不断抽调精干的管理和技术力量，成立了溪洛渡水电站工程监理部。监理部承担了溪洛渡水电站筹建期场内交通、供水供电、渣场沟水处理、营地建设以及对外交通部分标段等项目的建设监理任务。在过去的1年多时间，监理部以溪洛渡水电站工程建设为中心，树立为工程建设服务和为业主服务的意识，不断加强内部管理，完善监理质量保证体系，努力提高监理业务水平，做好所承担的溪洛渡筹建期各工程项目“三控制、两管理、一协调”工作，使工程质量、进度和投资三大目标基本得到有效控制，为工程项目合同总目标的顺利实现打下了良好基础。监理工程概况
1.1 场内交通项目
场内交通项目共18个项目，主要包括17条路，累计长度达55.7km；6座桥，累计长度1 794.7m；总投资540 618 583元(部分合同未签订)。
1.2 辅助工程项目
辅助工程项目共有16项，主要有业主临时营地装修工程、溪洛渡沟沟水处理工程、豆沙溪沟沟水处理工程、110kV中心变电站土建及机电设备安装工程、35kV线路及厢变工程、溪洛渡至三坪临时道路扩宽工程、塘房坪临时砂石料加工系统、施工期生活水厂工程、黄桷堡承包商营地场平工程、杨家坪承包商营地场平工程、溪洛渡工程右岸施工营地A、E、F区场平工程、黄桷堡房建工程、杨家坪房建工程、花椒湾房建工程。
1.3 对外交通专用公路
该工程起于癞子沟大桥，终点至普洱渡，我监理部承担了A、B、C、H、I共5个标段的监理任务，目前已经进场施工的中铁十一局承担的是A标段大河湾隧道的施工；中铁十八局承担的是B标段；中铁十六局承担的是C标段。H及I标段尚未招标。监理机构设置及人员、仪器、设备配置
自首批监理人员于2003年2月21日与业主首批人员同期到达施工现场以来，三峡发展公司配合溪洛渡水电站工程监理工作的开展，根据业务和工作需要，组建和不断完善溪洛渡水电站工程监理机构。2003年3月份，公司正式成立了溪洛渡水电站工程监理部。
目前，监理部下设综合部、技术部、合同部、场内交通项目部、辅助工程项目部、对外交通项目部、物资项目部、导流工程项目部。同时，受中国三峡总公司委托，监理部还代管了中国三峡总公司测量中心溪洛渡测量队、试验检测中心溪洛渡试验室、水文气象中心驻溪洛渡中心及溪洛渡监测中心。
截止2004年3月25日，溪洛渡监理部已进场人员加之代管的“四个中心”进场人员，共计200人。在监理人员中，中高级技术人员占70％，除了部分辅助人员外，95％以上具有大中专学历。进场监理人员在年龄结构、学历与专业配套、职称结构方面基本满足了已开工项目的监理需要。
在监理自身测量、试验手段的建立方面，监理部一方面给现场监理工程师配备必要的检测工具，并对施工单位检测试验工作进行旁站，一方面借助测量、试验中心开展监理平行检测试验工作。目前，测量中心进场设备和人员均已基本满足现场工作需要，试验中心部分设备和人员已进场，并已开展了一定的试验工作，水文气象中心驻溪洛渡中心及溪洛渡监测中心正在进场筹备。监理工作方法、措施及成效
3.1 进度控制
溪洛渡水电站筹建期工程进度直接关系到主体工程能否按期开工，关系到工程总体工期目标的实现。监理部认真处理好质量、安全与进度的关系，在确保工程质量、安全的前提下，采取各种措施，控制工程进度。一方面，根据工程承建合同文件规定，提请业主做好合同支付资金筹措、工程预付款支付、工程用地提供、施工图纸供应，以及其他应由业主提供条件的落实，督促施工单位劳动力、施工机械、材料等资源的投入，满足工程施工的要求。另一方面，认真审查施工单位提交的年、季、月施工计划，审核各阶段施工进度是否与施工总工期进度计划相符合，并检查施工方案、施工进度控制措施及资源配置等与进度计划的协调情况。施工过程中，监督检查施工进度计划的实施情况，掌握施工单位在施工过程中劳动力、施工机械、材料等资源的使用情况，对各个阶段特别是各个工序的进度H标进行跟踪管理，对可能影响施工进度的各种外部因素进行积极协调。
3.2 质量控制
3.2.1 质量控制主要措施
工程质量是工程建设的核心。监理部对施工质量实施事前、事中、事后的全过程、全方位跟踪监督，采取合同、经济、组织、技术等多种控制措施，及时纠正施工中发生的质量问题，确保：工程合同质量目标的实现。
工程开工前，监理部首先对工程项目进行全面分析，确定质量控制的重点(见证点和停止点)，编写监理实施细则；审查施工单位的质量保证体系和质量保证措施，督促施工单位健全“三级检验”制度；对分包单位的资质及其施工活动进行监督检查；督促施工单位建立相应的检测试验室；对进场材料、成品、半成品按照设计文件要求的标准、规格、品牌等进行检查验收，按照合同要求进行必要的检测试验；检查进场施工设备的数量、规格、生产能力、完好率、适应性及设备配会是否满足工程施工需要；审查施工单位提交的施工组织设计、施工技术方案和施工进度计划；审查施工单们完成的施工测量控制网布设和开工前原状地形图的测绘成果，并通过监理复测来校核。另外，监理人员熟悉施工图纸，组织好设计交底。
施工过程中，监理部督促施工单位严格按有关设汁要求、技术标准和经过审批的施工组织设计、施工技术措施进行施工，对施工过程和质量进行全过程、全面跟踪监控，对重要部位和重要工序，实施24h旁站监理值班制度。临理部认真执行质量检查签证制度，督促施工单位各级工程负责人和技术管理人员履行质量管理责任，认真抓好各环节的施工质量。
3.2.2 场内交通项目施工质量控制
在土石方开挖中，监理部严格审查爆破没计，现场控制爆破单耗药量，控制梯段爆破的深度。抓好边坡钻孔质量的控制，确保预裂及光面爆破质量。在开挖中，对边坡采用预留保护层进行光爆法施工，在洞口开挖中采用顶留保护层进行弱药量、小梯段爆破，实施效果较好。针对设计开挖边线局部地质条件较差的问题，采取单孔药量光面爆破进行控制，从而有利于边坡形成和质量要求。另外，严格控制超、欠挖。
在混凝土预制件施工中，监理部实行三检制，上道工序不符合要求或没有完成的不得进行下道工序施工。对挡土墙、路堑墙、护脚等，抓好基础开挖尺寸、高程控制；挡土墙砌筑中，对砂浆配合比和挡土墙砌筑过程中的质量严格控制。涵洞、预制件浇筑过程中，抓好原材料的级配、混凝土配合比及设计尺寸的控制。砂浆配合比、混凝土配合比严格按试验合格配合比进行控制。在钻孔桩施工中，按规范要求做好钻孔桩施工记录，及时掌握地质情况，桩位放样采取监理旁站，确保桩位的准确，并按规范要求进行泥浆指标取样检测、确保成孔质量及进度。
3.2.3 辅助工程质量控制
在辅助工程沟水处理工程施工监理中，监理部加强对施工方案的审查，对不足之处提出改进办法，如施工支洞具体位置的确定、排水洞支护措施等。同时，要求施工单位进行各种原材半成品、成品的检测与试验，包括混凝土配合比试验，以及生产性爆破试验。
洞室开挖中，监理部要求施工单位会同设计单位地质人员及时进行地质编录，并报监理签认。施工中严格控制质量标准，将洞挖爆破超、欠挖控制在施工规范和合同文件规定范围；对于光爆质量，要求施工单位根据现场的围岩情况随时调整爆破参数，确保爆破质量。同时，严把喷射混凝土施工质量关，加强砂石骨料等原材料验收上的质量控制，要求砂石骨料必须筛洗并得到现场监理工程师允许后方可使用，并注重对砂石骨料含泥量的控制。另外，要求施工单位完善施工原始记录，每一道工序严格按照设计图纸和监理要求施工，并让当班监理核签。在中间验收过程中，监理部严格把好质量签证关。
监理部对重点部位和重要工序进行了跟班旁站监理。例如，为提高排水洞施工进度，每周利用一天时间进行24h旁站监理；为保障挡水坝填筑质量，也进行的24L现场旁站。对排水洞混凝土施工除旁站还建立了日报制度，加强对各种原利料的质量控制，严格按照标书要求进行试验检测，确保原材料合格后才能用于工程施工。
3.2.4 监理检测和试验工作
为保证工程质量，监理部还利用测量中心对施工测量控制网点进行复测，利用试验中心在进场材料检验、混凝土质量、土工试验等方面进行了跟踪检测和现场抽样检查。
3.3 安全管理及环境保护
3.3.1 安全管理
(1)安全管理主要措施
溪洛渡水电站筹建期工程由于施工场地狭窄，地形条件差，地质情况复杂，加上施工初期易受当地居民的影响，安全管理有一定难度。为在组织上加强安全管理力量，监理部配备了分管安全的副总监。在施工安全管理过程中，监理部坚决执行“安全第一，预防为主”的方针，通过对现场监理人员和施工人员的安全教育，以及对施工单位的施工安全管理体系和施工安全防护措施的检查落实，达到全施工过程的安全监控，实现工程合同规定的施工安全目标。
监理部认真编写了施工安全监理工作细则，督促施工单位认真贯彻执行国家和上级有关部门关于安全生产和劳动保护的方针、政策、法规、法令等，认真审查施工单位的安全生产保证体系、施工安全制度和施工安全措施，并对其施工安全管理领导机构、人员配备和安全监控仪器设备等情况进行核查。督促施工单位对作业人员安全防护规程手册的学习和培训工作。对有特殊要求的工种，要求必须经过专业培训，取得有效合格证书后，持证上岗。
监理部坚持安全生产检查制度，定期由监理部安全副总监和项目监理组对安全生产进行检查：一是常规检查，二是施工现场检查，三是重点部位检查，四是专业性检查，五是季节性检查。对事故隐患及事故苗头，及时发现，及时处理，不留隐患。敦促施工建单位开展安全生产无事故活动，协助制订《安全生产奖惩条例》。坚持施工现场的巡查工作，不定期抽查施工单位班前会开展情况，对不安全隐患要求承建单位及时整改。对发生的安全事故，监理部认真参加安全事故调查，监督施工单位按照事故处理报告要求进行事故处理工作。
(2)场内交通项目施工安全管理
由于场内交通项目施工单位多，相邻工程项目的施工干扰不可避免。监理部认真做好安全施工的组织协调，努力排除不安全因素。
在爆破管理方面，监理部对施工单位制定的《爆破安全管理办法》、爆破设计、爆破作业人员资质进行严格审查，严格爆破作业程序；同时，严格爆破区的管理，加强爆破区的交通管理力度，严惩闯关车辆。安全警戒管理方面，要求各单位配备足够的安全警戒人员及通讯设备，在警戒好本单位区域范围的情况下，实行区域联动，避免出现盲区及警戒交叉。
场内交通项目高空作业较多，监理部要求施工单位制订高空作业安全措施，经监理工程师审批后严格按章作业。
场内交通项目交叉作业多且面广，给施工照明增加了难度。对达不到作业最低照明标准的部位，监理部及时发出指令，要求施工单位安装照明设施，或发出停工指令，以避免安全事故的发生。
监理部还督促施工单位设置“四牌一图”和安全标志。要求在工地各部位均挂设施工单位和工地名称牌、安全生产纪律宣传牌、防火须知牌、安全无重大事故记数牌、施工总平面图。要求在主要施工部位作业点、危险区通道口、配电室和发电机房等地点做好围栏，布置安全宣传标语或安全警告牌款待等。
对于危险路段、危险地点和部位，要求设置醒目标志，设警示牌，拉警戒线，设明显的危险预知警示牌等。
对于凿岩钻爆作业施工人员，监理部要求均戴防尘口罩进行防护，不戴口罩进行凿岩钻爆，一经发现，进行严格处理。
在边坡安全方面，监理部要求对有松渣滑坡及路基垮塌安全隐患的部位做重点监控，必要时对不稳定边坡做好临时支护处理；要求高边坡危岩地段设置安全警戒，控制人员和车辆在危险地段停留；要求对渣场边坡进行支护，设置必要的排水系统，防止垮塌；对汶白路工程施工过程中出现的滑坡地段，要求及时采取补救措施，设置安全警戒线，派专人看守，严防事故发生。
对于不易控制的山外来水，监理部要求施工单位进行相应的处理。
为确保场内交通工程的顺利实施，监理部配合有关单位和部门，采用张贴公告、散发传单、广播电视宣传、召开群众会议、设置安全曝光栏等多样的形式加强安全生产宣传教育。
(3)辅助工程施工安全管理
辅助工程施工安全管理的重点是排水洞的施工。监理部督促施工单位加强洞室施工的安全措施，注重洞室的收敛变形观测，加强洞室的通风措施。在排水洞进口进洞前，监理部要求完成洞顶边坡喷锚支护、截水沟修筑、防撞墩及防护栏等施工；排水洞出口在进洞前，要求根据洞顶边坡坡比及地质情况，在洞边坡周围设置排截水沟，对边坡进行临时喷锚支护。要求施工部位加强灯光照明，以满足施工需要，同时做好灯具的维护和管理，包括重点照明用具增设围护栏等。施工中，要求用电设备、大型机械严格执行专人操作，洞挖施工人员必须戴安全帽和防尘口罩。要求施工单位坚持安全员巡视制度，放炮后立即对撑子面、松动石块和危石进行清撬。严格火工产品的管理，督促施工单位建立并完善火工等特殊材料的运输、使用、储存、保管等一系列的规章制度，并责任到人，要求炸药堆放与墙间隔10～15cm,专人负责领用，要求施工单位严格遵守爆破安全规程，防止爆破安全事故发生。为保证交通安全，要求施工单位在重点部位设置了防护栏和警示牌，必要时派专人指挥交通。另外，监督施工单位落实了人洞翻牌制度。
3.3.2 环境保护和文明施工
从工程―开始监理部就把环境保护和文明施工作为重点来抓，对场内交通部分施工项目存在的石渣下江现象，监理部在周协调会上多次强调，同时制定了《防止弃渣下江的暂行办法》，并对施：工单位发出整改通知，进行了相应处罚，另外还要求在沿江沿线设置彩旗带进行警示。目前石渣下江现象已得到有效控制。
在大气、噪声污染防治措施方面，监理部要求施工期间对施工道路经常进行洒水；运碴车辆装车高度不得超过车厢挡板，以减少运输途中的洒落，并派人进行施工：道路清扫、养护；车辆行驶速度一般不超过25km／h，将施工机械和车辆产生的灰尘公害减少到最低程度。施工现场钻爆作业严格控制打干钻，尽可能采用打水钻施工。爆破区炮孔采用沙袋覆盖，控制扬尘。
在生活营地生活垃圾处理方面，监理部要求各施工作业队在住宿区周围设置垃圾池和用油筒制作的垃圾桶，厕所，做到生活垃圾、粪便集中堆放，集中处理。
对征地范围内的耕植土，监理部要求在施工前单独挖出。并存放在规定地点，用作还耕。场地规划和布置时，尽量不占、少占耕地，充分利用滩地、荒地、重复使用空地。弃碴、废料要求堆放到指定的弃碴场。
在水污染防治措施方面，要求各种施工用的燃料、油料、化学品、酸类做到严格管理，特殊保管，储存地远离地表水源。要求生活废水、污水必须经过处理达到排放标准才能排放至河道。
在开挖边坡保护及水土流失防治措施方面，要求对施工开挖的边坡及时进行支护，并做好排水措施，避免由于施工造成水土流失。要求弃碴场堆料高度适中，边坡稳定，并采取必要的挡护措施，防止暴雨冲刷而发生水土流失现象。
在文明施工方面，监理部经常性开展现场文明施工检查，要求做好生产、生活设施和施工机械设备、材料的统一规划、统一停放、统一管理，严禁乱建乱放，影响周围的交通和环境。
3.4 造价控制及合同管理
为规范造价控制和合同管理工作，监理部在参照三峡和其它工程合同管理工作经验基础上，对溪洛渡工程价款结算监理实施细则、价款结算操作流程、工程变更、工程索赔等方面进行了统一规范，使合同管理体制逐步适应溪洛渡工程建设的需要。
在造价控制方面，监理部要求现场工程师及时做好现场记录，严格按照有监理工程师签证的现场施工原始记录进行工程量统计，杜绝工程量虚报；以合同和施工图纸为依据，按实际发生量子以支付；强调土石分界线出来以后，马上进行现场核定和确认。对土石方明挖及洞室开挖，施工单位在进行测量收方后，由监理部测量队对此进行复测校核。对需现场进行签证计量的工程量，监理人员本着实事求是的原则按照合同计量要求和程序进行现场核量。监理部认真审核施工单位的收方计量及单价费用等报表，对工程量进行仔细审查和核实。对于随机锚杆等只有单价无总工程量的项目，监理部要求现场监理工程师在满足质量和安全的情况下，严格控制工程量。
为搞好合同管理，监理部积极参与工程招标、评标及合同谈判工作，熟悉合同文件、技术规范和设计文件，全面理解、熟练掌握和公正应用合同条款。在合同履行过程中，监理部对、业主和施工单位履行合同的情况进行监督、检查和协调，要求监理工程师掌握工程项目的施工情况，做好详细的施工监理记录，为可能发生的变更、索赔事件提供审核依据；同时，建立严格的合同变更管理程序，采取积极的预防措施，避免或减少索赔事件的发生。对于各类变更、索赔申请文件，监理部按照合同条款的规定，本着公正合理原则受理并认真审核。
3.5 信息管理
为加强信息管理工作，监理部成立了信息管理小组，制定了有关文件收发、资料分类、档案管理、计算机网络管理等方面的规章制度。在硬件建设方面，监理部在筹建处的支持下，建立于监理部内部局域网，并实现了宽带网线接入，完成了JSPMS信息录入中心的建设。监理部根据监理工作实际情况，开发了内部网站，实现了内部信息共享，方便了内部信息传递。另外，监理部派人参加了筹建处举办的TGPMS培训，配合筹建处进行了JSPMS系统中合同管理，财务管理及物资管理子系统的培训工作。
3.6 工程协调
溪洛渡水电站筹建期工程施工项目多，施工单位多，施工交叉部位多，施工干扰多，搞好协调工作异常重要。监理部以工程监理合同和施：工承包合同为依据，通过协商和调解等方法，理顺业主、设计、施工单位和工程有关各方的关系，努力搞好爆破管理的协调、交通管理的协调、征地移民问题的协调、各施工项目衔接部位的协调、技术和图纸供应问题的协调、监理部内部各部门之间的协调，确保工程建设顺利进行。
监理部要求监理工程师按照分工和有关程序，各自负责所分管项目和分管专业范围内的协调工作。要求监理工程师经常深入现场及时了解施工情况，发现问题和矛盾，随时与有关单位磋商，尽快求得合理解决，必要时可发出监理指令或提请业主处理。
监理部定期或不定期召开施：工协调会和其它专题协调会议，就有关技术、安全、计划、进度和施工现场协调等问题展开充分讨论，形成会议纪要，责成有关单位解决。
对于合同执行中的纠纷，监理部按照施工承包合同的条款，公正合理地协调解决，维护合同双方的合法权益。监理部内部管理
监理部自成立之日起，不断加强硬件设施建设。据不完全统计，到目前为止，监理部先后租用了面积近6 000m2办公生活用房，购进工程用车14部；采购各类办公家具达270余套；购进和安装各类用电设备近180余台套；安排完成所有进场人员的生活用品用具。同时，已建立2个可分别容纳百余人的食堂，很好地解决了全部工作人员的就餐问题。
为加强制度建设和规范化管理，监理部先后出台了《溪洛渡经理部财务管理办法》、《机动车使用与管理办法》、《通讯工具及费用管理办法》、《员工休假管理办法》、《合同管理办法》，以及印章、安全保卫、办公用品、劳保用品等管理方面的规章制度。同时，为明确各岗岗位职责，加强职业道德的规范，配合监理工作的开展，制定了《监理人员行为规范》、《监理人员岗位职责》、《监理岗位等级划分》、《监理部工作规则》、《监理部收发文管理办法》、《监理部工程文件、档案资料分类及管理办法》及《监理部文函管理办法》等管理制度。另外，监理部编制完成了《员工手册》，使每一名进场的员工都能按监理部的要求规范自己的行为。
监理部还不断创造条件，加强员工培训，努力提高监理人员素质。在各项目部开展各种技术和业务培训的同时，监理部举办了两期监理工程师培训班，并组织人员参与水电监理协会举办的监理工程师培训和总监培训。同时，不断对监理人员加强职业道德教育，加强劳动用工的规范化、合法化管理，完成了所有进场人员的劳动合同签定及工资待遇、社保福利等工作的理顺工作，合同签约率达95％。制定员工绩效考核方案，并组织实施，并在此基础上评选了15名监理部2003先进工作者。几点体会
(1)随着中国三峡总公司投资体制的改变，加快了金沙江水电开发的步伐，为工程监理工作的发展创造了更广阔的空间，同时，也对监理工程师提出了更高的要求，相应的监理职能范围也有所增加，必将促使监理工程师提高素质和业务水平，以适应形势发展的需要。
(2)工程建设也需要更加规范的项目管理，对金沙江：流域的开发，中国三峡总公司应对项目管理提出规范的管理办法和操作程序，对项目管理人员也应有基本的要求。目前，国际上已经开始进行项目管理人员的认证工作(PMP)。因此，中国三峡总公司的项目管理工作也应在三峡工程建设项目管理的基础上，更上一个台阶。
(3)工程建设的前期工作必须按程序及时进行准备工作，特别是电站所在地的对外交通、征地移民的规划和补偿标准要尽早确定，为前期工程的施工项目开工创造良好的条件。
第五篇：溪洛渡电站监控系统特点分析（定稿）
溪洛渡水电站监控系统特点分析
杨廷勇，瞿卫华
（溪洛渡电站筹建处，云南昭通市永善县，657300）
摘要：根据水电站的地理位置和基本情况决定了其监控系统的设计特点，介绍了溪洛渡水电站监控系统在组网方式、功能设计、功能部署、智能维护、调度通信、系统安全性等六个方面的设计特点，最后介绍了溪洛渡监控系统中的停机落门回路和水头处理这两个典型应用。
关键词：水电站，监控系统，智能维护
0 引言
溪洛渡水电站位于四川省雷波县与云南省永善县交界的金沙江干流上，距下游宜宾市约184km(河道里程)，左岸距四川省雷波县城约15km，右岸距云南省永善县城约8km。溪洛渡水电站为全地下式电站，分为左、右岸，各布置9台770MW混流式水轮发电机组，多年平均发电量572亿kW·h，目前为世界第三、国内第二大电站。溪洛渡左岸接入国家电网，右岸接入南方电网，并在成都设立金沙江梯级集控中心，溪洛渡水电站接受三个调度的远方调控命令，实现“调控一体化”。溪洛渡水电站的地理特点、运行特点、发电规模决定了溪洛渡监控系统的设计特点。
1监控系统特点分析
三峡电站监控系统分为左岸监控系统和右岸监控系统两个完全独立的系统，每个监控系统的测点总量不超过10万个，而溪洛渡水电站按照一套监控系统设计，测点总量已经远远超过了10万个，堪称巨型监控系统，它具有如下特点： 1.1监控系统网络结构特点
溪洛渡电站监控系统网络结构简图如图1所示
由图可见，该网络为典型的三网四层的全冗余分层分布式开放系统结构。
。图1 溪洛渡电站监控系统网络结构简图
三网四层的相互关系简述如下：
现地控制层与电站控制网连接，按被控对象单元分布，由全厂各现地控制单元（LCU）构成。采用现场总线技术，完成指定设备的现地监控任务
厂站控制层同时连接电站控制网和电站信息网，由数据采集服务器、操作员站、应用服务器及调度网关通信服务器等构成。完成全厂设备的实时信息采集处理、监视与控制任务。
厂站信息层与电站信息网连接，由历史数据服务器、培训仿真站、语音报警服务器及报表打印服务器等构成。完成全厂设备运行信息管理和整理归档任务。
信息发布层与信息发布网连接，由WEB数据服务器、WEB发布服务器等构成。完成有关全厂实时和历史信息查询工作，实现监控系统的WEB发布功能。
采用三网四层结构有如下优点：①隔离不同网络信息，减少相互干扰，网络的安全性及
可靠性均得到了提高，特别对溪洛渡水电站这样海量数据的巨型监控系统，网络信息的隔离尤为重要；②实现网络信息分流，系统的性能可显著提高；③提高网络结构的灵活性，适应不同应用。
整个网络还有一个特点，即同时采用了星型网络和环型网络结构：左、右岸监控系统采用星型网络结构，利用其结构简单、方便灵活、性能好的特点，方便实现各个监控对象入网或脱网等维护操作；左、右岸监控系统控制网之间互联采用环型网络结构、信息网之间采用链路聚合技术，利用其自愈功能强、可靠性高的特点，提升溪洛渡全厂监控系统的可靠性和安全性。
1.2监控系统功能设计特点
溪洛渡水电站监控系统在系统功能设计上有如下特点：①为更好地实现梯级调控一体化，溪洛渡水电站按一套计算机监控系统进行设计；②针对溪洛渡左右岸电站分别接受两个电网及成都梯调调度的情况，又需要在功能设计上保持左右岸监控系统的相对独立性，对左右岸分别设置“国调/梯控/站控”和“南网/梯控/站控”控制模式，以适应调度运行要求。
针对上述特点，在监控系统软件结构设计中，溪洛渡水电站分为左、右岸2个相对独立的电站，在数据库结构和功能设置上也按2个电站考虑，但左右岸电站各类数据相互共享，构成统一完整的溪洛渡水电站全厂数据库，并通过中控室的操作员站实现全厂集中监控，而且操作员站具备控制范围设置功能，以提高系统运行方式的灵活性。为此，溪洛渡水电站在具体功能设计时除左右岸独立配置各自冗余的数据采集服务器、调度通信服务器、AGC/AVC应用程序服务器和厂内通信服务器外（为提高监控系统的安全性，上述服务器实现了左右岸之间的相互冗余），其他监控系统设备进行全厂统一配置。
总之，溪洛渡水电站监控系统在功能设计上按照一套监控系统进行设计，实现了全站集中监控、数据共享的功能，同时又保留了左右岸电站监控系统的相对独立性，能够方便的拆分为两个电站运行，“分中有合，合中有分”，实现了分合的完美结合，这是溪洛渡监控系统功能设计上的一个显著特点。
1.3监控系统监视和控制功能分工特点
与传统监控系统相比，溪洛渡监控系统引入了趋势分析系统[1]作为补充，两者在功能上的具体分工如下：
监控系统存储全厂实时数据，主要关注监控对象实时的表象，强调监视和控制的实时性和准确性，在监控对象即将或已经发生异常时，防止事态的进一步恶化。
趋势分析系统存储全厂历史数据，主要关注监控对象历史的表象，强调从监控对象长期的历史表象中去总结和发现其潜在的发展趋势，达到将监控对象的异常状况消灭在萌芽状态的目的。趋势分析系统的分析重在通过丰富的分析手段和智能的分析方法从海量的历史数据中挖掘数据的内在规律，从而实现对监控对象由表及里的深度监视。
趋势分析系统的引入，使溪洛渡监控系统的监视和控制功能更加强健，既能够对监控对象实时的表象进行监视与控制，也能够通过对海量历史数据的挖掘和分析，实现对监控对象历史表象的监视与控制，尽可能的将监控对象的异常状况消灭在萌芽状态。1.4监控系统智能维护设计特点
溪洛渡水电站为全地下式电站，监控设备分布在左右岸地下厂房及地面的控制管理楼，设备及其分散，而日常设备巡检一方面工作量巨大，另一方面发现设备故障具有极大的偶然性，为减轻设备维护工作量，实时掌握设备运行状况，在溪洛渡监控系统的开发过程中实施了智能维护的设计理念，具有如下特点：
设备监视“闭环”化：监控设备配置监视队列，设备之间循环监视各个设备的工作状况，一旦某个设备工作状态异常，则由监视队列中优先级最高的一个设备将该设备的异常状态报警，如果优先级最高的设备异常，则由次高优先级的报警，依次类推，每个设备都有几个设
备对其进行监视，极大地提高了监视的可靠性。通过设备之间循环监视形成的监视“闭环”化，实现了对设备的状态进行动态掌控。
故障定位快速化：通过监控系统主机设备的动态网络拓扑结构图，能够直观地查看每台主机设备的工作状态及其重要特征量（磁盘使用率、系统负荷率等）是否正常，并能够对异常状态的设备快速进行物理定位，实现原理是在主机设备上配置一个客服端软件，该软件除了实时采集及监视重要特征量外，还对设备固化了的物理位置进行显示。通过动态网络拓扑结构图，实现了故障的快速定位；通过重要特征量的监视，实现了设备重要信息的动态掌控。
故障报警多样化：设备发生故障时，除了设计了常规的报警窗口报警外，还增加了电话报警、短消息报警以及邮件报警的功能，通过多种途径第一时间将报警信息通知相关人员，防止故障的进一步恶化。1.5与调度通信设计特点
溪洛渡水电站这样的巨型监控系统实施“一厂两调、调控一体化”策略，对调度通信提出了极高的要求，为了解决超大规模数据通信的实时性、可靠性等问题，溪洛渡监控系统与调度通信的设计有如下特点。
可靠性：溪洛渡监控系统与调度通信，除了设计了主备通道外，还设计了卫星应急通道，在硬件链路上保证了通信的可靠性。
实时性：溪洛渡监控系统与调度通信，主要采用IEC104通信规约，为了保证通信的实时性，程序设计上一方面采用了变位传输机制，即只有当信号值发生变化时才传送，无变化时只传送链路测试帧，另一方面，将规约中的时间校验窗口放大到了50，以提髙数据传输的实时性，最后，数据传送还采用了变位优先的策略，即当传送总召数据时，如果此时有变位数据，优先传送变位数据，然后再传送总召数据，以保证数据传输的实时性。1.6监控系统安全性方面的设计特点 保证监控系统的安全可靠，是溪洛渡监控系统设计的首要目标。溪洛渡监控系统安全性方面可以分为安全分区、安全操作、安全传输[2]。
安全分区：前述的“三网四层”网络分区。
安全操作：主要从以下几个方面考虑。①操作员站控制范围设定：可以对不同的操作员站授予不同的控制范围，防止人员误操作。②操作对象锁定：在操作对象被一个用户选中后，其它用户将无法选中，防止对同一设备同时操作。③命令闭锁：命令下发必须要主机权限、用户权限、操作对象闭锁条件都满足后才下发，否则该命令闭锁，保证控制命令的安全性。④命令时限：超时命令自动取消，防止网络延时等情况下超时命令对设备的误动。
安全传输：在现地控制层和控制对象之间的数据传输，主要从信号接地线、传输载体的规格尺寸、布置位置等方面综合考虑，尽量减少传输过程中的信号干扰，对于较远距离的传输，则设计了信号放大器。在现地控制层和厂站层之间以及现地和重要控制对象之间的数据传输，则采用了双回路的冗余数据传输，来提高数据传输的可靠性，对于停机落门回路，甚至采用了三回路的冗余设计，来保障传输的可靠性。溪洛渡监控系统设计特点典型应用介绍
本节将对溪洛渡监控系统的停机落门回路和水头处理程序做详细介绍，以此反映监控系统在回路设计上的一些特点。2.1 停机落门回路
溪洛渡停机落门回路特点如下。
远距离信号传输:溪洛渡控制管理楼中控室距离左岸机组控制柜、左岸机组快速门控制柜均超过1.7km，无法使用常规电缆有效传输控制信号。采用光纤并利用沿途盘柜的开关量输入及输出模件配合使用来“中继”控制信号，有效地解决了远距离信号传输的问题。
控制回路冗余度高[3]：①控制管理楼中控室落门或者停机按钮动作后，三套PLC（机组
PLC、水机后备保护PLC、模拟屏PLC）均会启动流程，各自独立运行控制逻辑；②紧急停机控制回路由两组PLC（机组PLC、水机后备保护PLC）完成，两者均能独立完成机组紧急停机；③快速门控制柜接收两套远程I/O控制命令（对应机组LCU进水口远程I/O、模拟屏驱动器进水口远程I/O），每套远程I/O有两路开出（DO）命令，共有四路落门控制命令送快速门控制柜；同样，在紧急停机过程中，每个重要设备有四路控制命令到达相应设备控制柜。
采取有效措施防范系统风险：为有效防止9台机组快速门同时误动落门，同时要保证落门的可靠性，模拟屏驱动器输出模块（DO）采取均分控制任务策略，即在模拟屏进水口远程I/O上配置3个开关量输出（DO）模块，每个输出模块承担3台机组的紧急落门控制任务，这样就避免了输出模块误动造成9台机组停机的系统风险。
落门回路示意图如图2所示（停机回路与其相似）。
图2 溪洛渡落门回路
由图可见，溪洛渡的水机后备采用的是PLC控制的形式，在控制管理楼、(左右岸地下)副厂房、机旁水机后备保护控制柜，均可实现停机和落门，同时在调速器液压系统控制柜上设有的紧急停机按钮也可以实现停机。
总之，溪洛渡的停机落门回路具有相当高的冗余性，回路设计时既充分考虑了系统防误动，又考虑了系统防拒动，很好地控制了系统风险。2.2 水头处理
以溪洛渡左岸为例，水头界面设计如图3，水头处理逻辑如图4，溪洛渡的水头处理有如下特点。
水头信号多：溪洛渡监控系统水头信号来源分为两路：梯调通信送的水头和电厂采集的水头，其中，梯调通信送的水头有四路（左右岸各两路），溪洛渡水电站设计的与上游水位相关的传感器共计44支，与下游水位相关的传感器共计10支。水头（水位）信号数量较多，为提高水头精度，同时简化水头处理，溪洛渡水头分为左右岸两个独立水头，没有全电站水头信号。
安全可靠：水头信号的可靠性直接关系到电站安全生产，确保水头信号的安全可靠，是溪洛渡水头处理的核心任务。在调控一体化模式下，电站水头应与梯调水头保持一致，因此，溪洛渡水电站监控系统的水头信号默认情况下优先采用梯调两路水头，其次是电站水头和人工设定水头。当然，操作员可以通过置每路水头下面的“主用”按钮来改变优先级次序。当三路水头都故障时，水头将保持上一次的正确水头不变，“闭锁”按钮将被点亮，为了保证水头的安全，闭锁的解除操作只能够人工完成，程序不能够对水头进行解锁操作。此时如果操作员将水头置“手动”模式且设值合理，并进行解锁操作（置画面上的“更新”按钮），电站的水头将采用人工设定的水头，“闭锁”按钮将熄灭，“更新”按钮将被重新点亮，否则，水头将一直不更新，直到某路水头恢复正常且人工进行解锁操作；状态栏中的“更新”及“闭锁”按钮，一方面显示当前水头状态，另一方面也可以作为操作手段，在特殊情况下无条件闭锁下发的水头值或在满足条件的情况下对闭锁的水头进行解锁，使其更新；为了减小水头信号波动的影响，程序中采用了“滑动平均值”的计算方法，即将最近10次水头信号的平均值作为计算水头，同时，为了减少有功调节的频度，计算水头每5分钟下发一次。
模式 手动 手动设值 自动 梯调水头1 梯调水头2 电厂水头 主用 投入 退出 主用 投入 退出 主用 投入 退出状态 下发值 更新 闭锁
图3水头界面设计图
梯调水头1品质好 且在合理区间且 不在手动水头模式N 梯调水头2品质好 且在合理区间且 不在手动水头模式N 电厂水头2品质好 且在合理区间且 不在手动水头模式 手动模式且设值 在合理区间内N将梯调通信水头1(WH_DC1)赋值给左岸电站实际使用水头（WHL_ACTUAL）将梯调通信水头2(WH_DC2)赋值给左岸电站实际使用水头（WHL_ACTUAL）将电厂自采左岸水头(WHL_HP)赋值给左岸电站实际使用水头（WHL_ACTUAL）将手动设定值(WHL_OP和WHR_OP)赋值给左岸电站实际使用水头（WHL_ACTUAL）左岸水头值不变，保持上一次设定值如果水头与上次有效水头变化小于2米N认为水头为有效水头报警“当前水头无效”程序刚运行读取数据不足10个N读取数据取平均值作为当前水头最近10次水头平均值作为当前水头水头>最大水头或水头<最小水头 WHL_5MIN与上次 比较变化小于1米N报警“5分钟水头变幅过大”最终水头取最大水头或最小水头将WHL_5MIN作为最终水头下发每隔5分钟将当前计算水头WHL_ACTUAL赋值给WHL_5MIN结束
图4 水头处理逻辑
方便灵活：通过水头界面，操作员可以优先使用某路水头，也可以将某路（或全部）水头退出，可以让水头保持最后一次正确值不更新，也可以人工对水头值进行更新，还可以根据需要对下发的水头值进行闭锁。可以说，在水头界面上，操作员可以完成需要的全部操作。
总之，溪洛渡监控系统水头处理上采用了信号品质位、信号值区间、信号变幅、滑动平均值等策略来保证水头信号的安全可靠，同时，又引入了人工设值及人工置优先级等策略，大大提高了水头选择的灵活性。结语
溪洛渡监控系统传承于三峡监控系统，并结合溪洛渡水电站的特殊情况，在网络结构、功能设计、系统维护、系统安全性等方面都有自己的鲜明特点，并具有一定的创新性，尤其是系统的安全性方面，作为溪洛渡监控系统的首要设计目标，始终贯穿于监控系统设计的各个方面，而功能分工及智能维护新理念的提出，在监控系统创新性设计方面，做了一个大胆而有益的尝试。
总之，溪洛渡监控系统传承于三峡而又不同于三峡，具有自己的显著特点。它的成功实施，必将有助于国内巨型电站监控系统技术水平的提高。
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Analysis of the characteristics of Xiluodu Hydropower Station Monitoring and control system Abstract: in Xiluodu hydropower station location and the basic case decided its monitoring system design characteristics, introduces the Xiluodu power station monitoring system on networking mode, function design, function division, intelligent maintenance, Dispatch control, system security from six aspects such as design features, finally introduced in monitoring system of stop falling gate circuit and the water head handle two typical application.
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