發布時間：2020-12-30所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：錦屏一級水電站拱壩高305m，是世界已建第一高壩。工程遇有復雜地址條件高陡邊坡、地下廠房圍巖強度應力比世界最低、首次在高混凝土壩采用堿活性骨料、超高水頭泄洪消能、高山峽谷區施工場地稀缺等重大技術難題，工程建設面臨前所未有的挑戰。參建各方
摘要：錦屏一級水電站拱壩高305m，是世界已建第一高壩。工程遇有復雜地址條件高陡邊坡、地下廠房圍巖強度應力比世界最低、首次在高混凝土壩采用堿活性骨料、超高水頭泄洪消能、高山峽谷區施工場地稀缺等重大技術難題，工程建設面臨前所未有的挑戰。參建各方通過科學研究、精心論證和精細管理，形成了復雜地形地質條件下拱壩邊坡處理與抗力體加固、高性能混凝土制備、溫控防裂與高效施工、地下廠房大變形控制、施工場地優化利用技術等創新技術。這些技術的應用，保障了錦屏一級水電站工程的成功建設，可為后續類似工程提供借鑒。目前，錦屏一級水電站工程已安全運行6年，運行狀態良好。
關鍵詞：超高拱壩;壩基變形控制;無碰撞消能;4.5m層厚澆筑;大變形控制;施工場地拓展
1研究背景
錦屏一級水電站是我國西電東送的骨干工程，是雅礱江下游的控制性工程，電站總裝機3600MW，多年平均發電量166.2億kWh，水庫總庫容77.6億m3，調節庫容49.1億m3，屬年調節水庫。工程對長江上游的水土保持、生態環境改善和減輕長江中下游防洪負擔具有重要作用。同時，工程位于貧困的四川大涼山地區，工程的建設與運行對地方經濟促進作用顯著[1]。工程于2005年9月8日獲項目核準，2006年12月4日大江截流，2013年8月30日首批兩臺機組投產發電，2014年7月全部機組投產，2014年8月24日工程首次蓄水至正常蓄水位1880m。
相關期刊推薦：《水利學報》JournalofHydraulicEngineering(月刊)1956年創刊，是中國水利學會主辦的綜合性學術刊物�？欠从乘�、水電、水運領域較高水平的學術論文、專題綜述和工程技術總結，開展學術論文的討論和評論，介紹國內外科技動態和消息。主要專業范圍包括：水文及水資源、防洪、灌溉及排水、水力學、泥沙、河港及水運、巖土工程、水工結構及材料、水利水電施工及監理、水力機電、水利經濟、水環境、水利史研究等。
工程規劃設計開始于1960年代，2003年完成可行性研究。錦屏一級水電站設計時，國內已建成200m級的高拱壩僅有二灘拱壩(240m)和拉西瓦拱壩(250m)，小灣水電站(294.5m)正在建設，可供參考的成熟的高拱壩建設經驗較少。其壩址河谷狹窄，為非對稱V型河谷，利于建設拱壩，但壩址左岸斷層交匯、軟弱巖體和深部裂縫發育，左、右岸壩基地形地質不對稱，工程邊坡、壩基和拱壩抗力體處理難度大;大壩砂巖骨料具有堿活性，拱壩高性能混凝土制備困難;240m高水頭、50~80m寬窄河谷泄洪消能與岸坡穩定的矛盾突出;地下廠房洞室群圍巖的強度應力比僅為1.5~3，地下廠房洞室群圍巖出現大變形(達245mm)特征，變形控制問題突出;窄河谷拱壩壩段少(僅26個壩段)，混凝土澆筑跳倉跳塊受限，施工進度難以滿足度汛要求;工程區山高坡陡，施工場地稀缺，施工布置困難;高拱壩蓄水歷時長，復雜地質條件高拱壩運行影響因素眾多，蓄水安全監控與預測難。針對工程重大技術難題，業主單位通過與國家自然科學基金委員會共同出資設立了“雅礱江水電開發聯合研究基金”、成立院士和大師組成的特別咨詢團、聘請國內外知名咨詢機構咨詢、自立科研課題等多層次、多形式十余年聯合攻關，成功建成世界第一座壩高超過300m高的水電站工程。本文是對錦屏一級水電站工程建設的主要重大技術難題解決方案的總結性回顧。
2壩肩復雜地質工程高陡邊坡的穩定處理、長期變形及對拱壩安全性影響
工程樞紐區邊坡高陡，基巖裸露，高程1900m以下坡度為60°～90°，由大理巖和變質砂巖、粉砂質板巖組成，斷層較發育，主要有f5、f8、f2、f13、f14、f42-9、f7及f18等斷層，并發育有煌斑巖脈(X)、層間擠壓錯動帶(g)、深部裂縫、卸荷松弛巖體等不良地質條件，尤其是左岸深部卸荷裂縫水平埋深超過300m。左岸拱肩槽邊坡開挖高度為530m，中上部為砂板巖，傾倒拉裂變形嚴重，下部為大理巖，完整性較好;邊坡中部存在由斷層與軟弱破裂面組成的潛在不穩定大塊體控制邊坡的整體穩定;建設期工程邊坡的安全穩定問題十分突出[2]。
2.1邊坡穩定性分析與控制措施針對復雜的邊坡穩定問題，采用非連續介質DDA方法和離散元法、三維極限平衡法、有限差分法、彈簧元法、三維黏彈塑性有限元法和多重網格法等數值分析方法對工程高邊坡地質條件、巖體力學參數、變形破壞機制、邊坡穩定性、加固處理措施等進行了大量的分析研究。最終確定了“深層抗剪洞、中層大噸位長錨索、淺表系統錨固、立體排水、坡面防滲”的壩肩工程邊坡綜合加固處理方針，針對不同邊坡部位采取針對性與差異化處理措施。施工過程中，跟蹤開展了地質條件研究與預報、實時安全監測預警預報、安全監測反饋分析、爆破振動監測與反饋、微震監測與預警等科研工作[3]，動態優化設計和施工方案，確保了樞紐區工程邊坡的安全穩定。
2.2左岸壩肩潛在不穩大塊體處理左岸壩肩邊坡開挖后，潛在不穩大塊體前沿剪出口的阻滑區巖體被挖除，邊坡的穩定性安全系數較開挖前明顯降低且小于規范的安全標準。為此，進行了系統加固處理，重點針對作為塊體滑移失穩的底滑面f42-9斷層，分別在高程1883、1860和1834m設置3層抗剪洞，并在坡面設置深層錨索穿過斷層f42-9;進行系統的坡面噴錨支護，加強對f(5f8)以外剪出口的阻滑區Ⅳ類巖體的保護;在高程1915m坡體設置“U”型排水洞，設置系統坡面和深部排水。
2.3左岸邊坡長期變形及對拱壩結構安全影響自開挖完成至初期蓄水，邊坡變形存在緩慢增加的趨勢;在蓄水期，左岸邊坡開口線附近高程1990~2015m以上出現變形加速的現象，隨著蓄水至正常蓄水位，邊坡變形速率逐漸降低;經過多個水庫水位蓄、降循環，邊坡的變形速率進一步降低(見圖1)。采用基于巖體流變變形的邊坡監測反饋分析方法，揭示了裂隙水壓力改變巖體平衡狀態是蓄水后邊坡巖體塑性變形的主要驅動力的機理，并預測邊坡變形于2032年左右基本穩定。以左岸邊坡最終變形值為基礎，采用基于變剛度的強度折減法和邊界位移法分析左岸邊坡長期變形對拱壩安全性影響，研究成果表明：左岸邊坡長期變形可控，在承受邊坡變形時有較高的安全度[4]。
3復雜抗力體處理
錦屏一級拱壩左岸抗力體由大理巖及砂巖、粉砂質板巖組成，中上部巖體破碎，巖體內發育f5、f8、f2斷層、層間擠壓錯動帶、后期侵入的煌斑巖脈(X)及深卸荷巖體，透水性強，聲波、變形模量低，左岸壩基上軟下硬;右岸壩基上陡下緩，巖性為大理巖，底部為綠片巖，右岸壩基上硬下軟。左岸壩基綜合變形模量僅1.3~5.4GPa，而右岸壩基綜合變形模量超過20GPa，左右岸地質條件不對稱(見圖2)，必須對左岸復雜地質條件的抗力體進行處理。
3.1抗力體處理范圍抗力體處理設計過程中，對初擬加固處理方案采用有限元計算，以特征部位拱端變形趨于收斂為控制目標(見圖3)，并結合三維有限元整體安全分析，確定墊座及高壓固結灌漿范圍。混凝土墊座的上下游寬度范圍取拱端厚度的1.8～2.0倍，抗力體高壓控制灌漿范圍取拱端厚度的2.5～3.0倍。
3.2抗力體綜合處理措施施工圖階段，為進一步改善拱壩變形對稱性，在原可研方案的基礎上進一步加強左岸壩基加固處理，經仿真分析與地質模型試驗[5]，建立了復雜地質抗力體增大受力范圍、加大傳力深度、提高抗變形能力相結合的多向傳力加固結構體系(見圖4)。采用56萬m3大墊座改造左岸壩基中上部破碎巖體的抗變形能力，采用洞井與傳力洞的混凝土置換、高壓固結灌漿和立體排水等綜合處理措施(見圖5)，分散拱推力并提高抗力體剛度和強度，左岸壩基處理后綜合變模提高了2.3～9.7倍，大幅改善了拱壩最大變形嚴重傾向左岸的扭轉變形問題。地質力學模型試驗研究表明：壩體及左、右兩岸壩肩的變位對稱性得到明顯改善，變位量值減小，壩肩壩基的加固措施提高了壩體出現大變形和出現整體失穩趨勢的超載系數[6]，拱壩安全性明顯提高。——論文作者：王繼敏，鄭江
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