发布时间：2020-12-30所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：锦屏一级水电站拱坝高305m，是世界已建第一高坝。工程遇有复杂地址条件高陡边坡、地下厂房围岩强度应力比世界最低、首次在高混凝土坝采用碱活性骨料、超高水头泄洪消能、高山峡谷区施工场地稀缺等重大技术难题，工程建设面临前所未有的挑战。参建各方
摘要：锦屏一级水电站拱坝高305m，是世界已建第一高坝。工程遇有复杂地址条件高陡边坡、地下厂房围岩强度应力比世界最低、首次在高混凝土坝采用碱活性骨料、超高水头泄洪消能、高山峡谷区施工场地稀缺等重大技术难题，工程建设面临前所未有的挑战。参建各方通过科学研究、精心论证和精细管理，形成了复杂地形地质条件下拱坝边坡处理与抗力体加固、高性能混凝土制备、温控防裂与高效施工、地下厂房大变形控制、施工场地优化利用技术等创新技术。这些技术的应用，保障了锦屏一级水电站工程的成功建设，可为后续类似工程提供借鉴。目前，锦屏一级水电站工程已安全运行6年，运行状态良好。
关键词：超高拱坝;坝基变形控制;无碰撞消能;4.5m层厚浇筑;大变形控制;施工场地拓展
1研究背景
锦屏一级水电站是我国西电东送的骨干工程，是雅砻江下游的控制性工程，电站总装机3600MW，多年平均发电量166.2亿kWh，水库总库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，属年调节水库。工程对长江上游的水土保持、生态环境改善和减轻长江中下游防洪负担具有重要作用。同时，工程位于贫困的四川大凉山地区，工程的建设与运行对地方经济促进作用显著[1]。工程于2005年9月8日获项目核准，2006年12月4日大江截流，2013年8月30日首批两台机组投产发电，2014年7月全部机组投产，2014年8月24日工程首次蓄水至正常蓄水位1880m。
相关期刊推荐：《水利学报》JournalofHydraulicEngineering(月刊)1956年创刊，是中国水利学会主办的综合性学术刊物。刊登反映水利、水电、水运领域较高水平的学术论文、专题综述和工程技术总结，开展学术论文的讨论和评论，介绍国内外科技动态和消息。主要专业范围包括：水文及水资源、防洪、灌溉及排水、水力学、泥沙、河港及水运、岩土工程、水工结构及材料、水利水电施工及监理、水力机电、水利经济、水环境、水利史研究等。
工程规划设计开始于1960年代，2003年完成可行性研究。锦屏一级水电站设计时，国内已建成200m级的高拱坝仅有二滩拱坝(240m)和拉西瓦拱坝(250m)，小湾水电站(294.5m)正在建设，可供参考的成熟的高拱坝建设经验较少。其坝址河谷狭窄，为非对称V型河谷，利于建设拱坝，但坝址左岸断层交汇、软弱岩体和深部裂缝发育，左、右岸坝基地形地质不对称，工程边坡、坝基和拱坝抗力体处理难度大;大坝砂岩骨料具有碱活性，拱坝高性能混凝土制备困难;240m高水头、50~80m宽窄河谷泄洪消能与岸坡稳定的矛盾突出;地下厂房洞室群围岩的强度应力比仅为1.5~3，地下厂房洞室群围岩出现大变形(达245mm)特征，变形控制问题突出;窄河谷拱坝坝段少(仅26个坝段)，混凝土浇筑跳仓跳块受限，施工进度难以满足度汛要求;工程区山高坡陡，施工场地稀缺，施工布置困难;高拱坝蓄水历时长，复杂地质条件高拱坝运行影响因素众多，蓄水安全监控与预测难。针对工程重大技术难题，业主单位通过与国家自然科学基金委员会共同出资设立了“雅砻江水电开发联合研究基金”、成立院士和大师组成的特别咨询团、聘请国内外知名咨询机构咨询、自立科研课题等多层次、多形式十余年联合攻关，成功建成世界第一座坝高超过300m高的水电站工程。本文是对锦屏一级水电站工程建设的主要重大技术难题解决方案的总结性回顾。
2坝肩复杂地质工程高陡边坡的稳定处理、长期变形及对拱坝安全性影响
工程枢纽区边坡高陡，基岩裸露，高程1900m以下坡度为60°～90°，由大理岩和变质砂岩、粉砂质板岩组成，断层较发育，主要有f5、f8、f2、f13、f14、f42-9、f7及f18等断层，并发育有煌斑岩脉(X)、层间挤压错动带(g)、深部裂缝、卸荷松弛岩体等不良地质条件，尤其是左岸深部卸荷裂缝水平埋深超过300m。左岸拱肩槽边坡开挖高度为530m，中上部为砂板岩，倾倒拉裂变形严重，下部为大理岩，完整性较好;边坡中部存在由断层与软弱破裂面组成的潜在不稳定大块体控制边坡的整体稳定;建设期工程边坡的安全稳定问题十分突出[2]。
2.1边坡稳定性分析与控制措施针对复杂的边坡稳定问题，采用非连续介质DDA方法和离散元法、三维极限平衡法、有限差分法、弹簧元法、三维黏弹塑性有限元法和多重网格法等数值分析方法对工程高边坡地质条件、岩体力学参数、变形破坏机制、边坡稳定性、加固处理措施等进行了大量的分析研究。最终确定了“深层抗剪洞、中层大吨位长锚索、浅表系统锚固、立体排水、坡面防渗”的坝肩工程边坡综合加固处理方针，针对不同边坡部位采取针对性与差异化处理措施。施工过程中，跟踪开展了地质条件研究与预报、实时安全监测预警预报、安全监测反馈分析、爆破振动监测与反馈、微震监测与预警等科研工作[3]，动态优化设计和施工方案，确保了枢纽区工程边坡的安全稳定。
2.2左岸坝肩潜在不稳大块体处理左岸坝肩边坡开挖后，潜在不稳大块体前沿剪出口的阻滑区岩体被挖除，边坡的稳定性安全系数较开挖前明显降低且小于规范的安全标准。为此，进行了系统加固处理，重点针对作为块体滑移失稳的底滑面f42-9断层，分别在高程1883、1860和1834m设置3层抗剪洞，并在坡面设置深层锚索穿过断层f42-9;进行系统的坡面喷锚支护，加强对f(5f8)以外剪出口的阻滑区Ⅳ类岩体的保护;在高程1915m坡体设置“U”型排水洞，设置系统坡面和深部排水。
2.3左岸边坡长期变形及对拱坝结构安全影响自开挖完成至初期蓄水，边坡变形存在缓慢增加的趋势;在蓄水期，左岸边坡开口线附近高程1990~2015m以上出现变形加速的现象，随着蓄水至正常蓄水位，边坡变形速率逐渐降低;经过多个水库水位蓄、降循环，边坡的变形速率进一步降低(见图1)。采用基于岩体流变变形的边坡监测反馈分析方法，揭示了裂隙水压力改变岩体平衡状态是蓄水后边坡岩体塑性变形的主要驱动力的机理，并预测边坡变形于2032年左右基本稳定。以左岸边坡最终变形值为基础，采用基于变刚度的强度折减法和边界位移法分析左岸边坡长期变形对拱坝安全性影响，研究成果表明：左岸边坡长期变形可控，在承受边坡变形时有较高的安全度[4]。
3复杂抗力体处理
锦屏一级拱坝左岸抗力体由大理岩及砂岩、粉砂质板岩组成，中上部岩体破碎，岩体内发育f5、f8、f2断层、层间挤压错动带、后期侵入的煌斑岩脉(X)及深卸荷岩体，透水性强，声波、变形模量低，左岸坝基上软下硬;右岸坝基上陡下缓，岩性为大理岩，底部为绿片岩，右岸坝基上硬下软。左岸坝基综合变形模量仅1.3~5.4GPa，而右岸坝基综合变形模量超过20GPa，左右岸地质条件不对称(见图2)，必须对左岸复杂地质条件的抗力体进行处理。
3.1抗力体处理范围抗力体处理设计过程中，对初拟加固处理方案采用有限元计算，以特征部位拱端变形趋于收敛为控制目标(见图3)，并结合三维有限元整体安全分析，确定垫座及高压固结灌浆范围。混凝土垫座的上下游宽度范围取拱端厚度的1.8～2.0倍，抗力体高压控制灌浆范围取拱端厚度的2.5～3.0倍。
3.2抗力体综合处理措施施工图阶段，为进一步改善拱坝变形对称性，在原可研方案的基础上进一步加强左岸坝基加固处理，经仿真分析与地质模型试验[5]，建立了复杂地质抗力体增大受力范围、加大传力深度、提高抗变形能力相结合的多向传力加固结构体系(见图4)。采用56万m3大垫座改造左岸坝基中上部破碎岩体的抗变形能力，采用洞井与传力洞的混凝土置换、高压固结灌浆和立体排水等综合处理措施(见图5)，分散拱推力并提高抗力体刚度和强度，左岸坝基处理后综合变模提高了2.3～9.7倍，大幅改善了拱坝最大变形严重倾向左岸的扭转变形问题。地质力学模型试验研究表明：坝体及左、右两岸坝肩的变位对称性得到明显改善，变位量值减小，坝肩坝基的加固措施提高了坝体出现大变形和出现整体失稳趋势的超载系数[6]，拱坝安全性明显提高。——论文作者：王继敏，郑江
SCISSCIAHCI
