勘测设计科研篇

第1章　绪论

1.1　瀑布沟大坝工程概况

1.1.1　枢纽概况

大渡河是岷江的最大支流，发源于青海省境内的果洛山东南麓。上游分东西两源，东源为足木足河，西源为绰斯甲河，东源为主源，两源于双江口汇合后称大金川。在四川省丹巴县城附近经革什扎河、东谷河汇合而折向东流，纳小金川后始称大渡河。大渡河干流河道全长1062km，天然落差4177m，流域面积77400km2，全流域水能资源理论蕴藏量31320MW。

根据2004年国家批复的大渡河干流水电梯级调整规划，干流采用3库22级开发，包括龙头水库下尔呷、上游控制性水库双江口和中游控制性水库瀑布沟。瀑布沟水电站是梯级规划中的第17个梯级，坝址位于大渡河中游尼日河汇口上游觉托附近，地跨四川省西部汉源县和甘洛县两县，电站坝址距成昆铁路汉源火车站9km，距汉源县城28km，对外交通条件便利。坝址控制集水面积为68512km2，占大渡河流域面积的88.5%。

瀑布沟水电站采用坝式开发，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的特大型水电工程。工程枢纽主要由拦河大坝、泄水、引水发电、尼日河引水等主要永久建筑物组成，工程总布置格局为：河床部位布置砾石土心墙堆石坝，左岸布置地下式引水发电建筑物及一条岸边开敞式溢洪道、一条深孔无压泄洪洞，右岸布置一条放空洞。

工程拦河大坝采用砾石土心墙堆石坝，最大坝高186m。水库正常蓄水位850.00m，汛期运行限制水位841.00m，死水位790.00m，水库消落深度60m，总库容53.37亿m3，其中防洪库容10.53亿m3、调节库容38.94亿m3，为不完全年调节水库。坝前最大壅水高度173m，干流回水至石棉县城过河大桥处，回水长72km；支流流沙河回水长12km；水库面积84.14km2。

溢洪道紧邻大坝左岸布置，为开敞式溢洪道，由进口引渠段、控制段、泄槽段和出口段挑流鼻坎组成。溢洪道总长约575.0m，最大泄量6941m3/s，最大单宽流量204m3/（s·m），最大流速36.3m/s。

泄洪隧洞布置于左岸，由进口段、洞身段（含通气斜井）、出口段3个部分组成。泄洪洞为无压洞，隧洞总长2024.82m，洞身段采用同一底坡i＝0.058，进口高程795.00m，出口高程677.89m，最大下泄流量为3418m3/s，最大流速约40m/s。

放空洞布置于大渡河右岸山体内，采用前段有压洞后段明流隧洞的型式，由进口段、圆形有压盲肠段、事故检修闸门竖井段、圆形有压洞段、工作闸室段、城门洞型无压洞段和出口消能工段组成，最大泄量为1398m3/s，最大流速30m/s，隧洞总长1127.5m。

岸塔式进水口布置于大渡河左岸，距坝轴线上游约270m，进水口底板高程765.00m，塔顶高程856.00m，总高度96m。6台机采用单机单洞供水方式，6条压力管道中心线垂直于进水口岸塔迎水面。机组最大引用流量435m3/s。

电站尾水系统为3机1洞布置，包括尾闸室、尾水隧洞、尾水隧洞出口闸室及尾水渠等建筑物。尾闸室布置在左岸山体内，后接2条无压尾水隧洞，出口接尾水隧洞出口闸室。1号、2号、3号机出流接1号尾水隧洞，尾水出口闸室为1号；4号、5号、6号机出流接2号尾水隧洞，尾水出口闸室为2号。尾水出口建筑物包括尾水隧洞出口闸室及尾水渠等建筑物。1号、2号尾水隧洞出口闸室结构体形基本相同，均为倒“П”形结构，过水断面与隧洞一致，闸室高度27.7m，顺水流方向长度12.98m，垂直水流方向宽度30m。

电站最大水头181.7m，最小水头114.3m，额定水头154.6/156.7m；采用6台单机容量600MW的混流式水轮发电机组，装机总容量3600MW，保证出力926MW，多年平均年发电量147.9亿kW·h，属四川省境内的骨干调峰调频电站。

电站设计水平年为2015年，向四川电网供电，主要送电方向为成都和川西北地区，采用500kV电压等级接入系统。电站出线六回，采用LGJQ⁃4×400型导线，其中四回至眉山东坡500kV变电站，线路长约171km；一回接深溪沟水电站，线路长约25km；备用一回。

瀑布沟枢纽平面布置图见图1.1。

1.1.2　勘测设计过程

瀑布沟水电站的勘测设计工作由中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司（以下简称成都院）承担。1958年进点，开始瀑布沟的前期勘测设计工作。在随后40多年的时间里，先后有6家高校和科研院所参与了瀑布沟大坝的科研工作，并取得了丰硕的成果。

1983年成都院完成了《大渡河干流规划报告》（双江口至铜街子段），1989年11月水利部、能源部和四川省计划委员会在成都联合组织召开了审查会议，会议基本同意该报告。1992年6月，四川省人民政府批复了该审查意见。

1988年8月，成都院完成了《瀑布沟水电站可行性研究报告》，同年11月，水利水电规划设计管理局会同四川省计划经济委员会，共同主持召开了可行性研究报告审查会议，会议基本同意该报告，能源部以能源水规〔1989〕314号文批复了该审查意见。

1993年12月，成都院提交了《瀑布沟水电站初步设计报告》。1994年6月，水利水电规划设计总院会同四川省计划委员会在成都召开了初步设计报告审查会议，会议同意该报告，电力部以电水规〔1994〕575号文批复了该审查意见。

2001年12月，《大渡河瀑布沟水电站项目建议书》通过了中国国际工程咨询公司的评估，2003年1月国务院批准了该项目建议书。

2002年5月，成都院完成了《四川省大渡河瀑布沟水电站过木及泄水建筑物调整设计报告》及《四川省大渡河瀑布沟水电站水文复核报告》，同月中国水电顾问有限公司会同四川省计划委员会在成都主持召开了过木及泄水建筑物调整设计报告审查会议，会议同意该报告，并于2002年6月以水电顾水工〔2002〕0037号文印发了审查意见。

2003年4月，成都院编制完成了《四川大渡河瀑布沟水电站可行性研究补充报告》，并通过了有关部门组织的审查，水电水利规划设计总院以水电规水工〔2003〕0017号文批复了审查意见。

2003年6月《四川省大渡河瀑布沟水电站可行性研究补充报告》通过中国国际工程咨询公司组织的评估。

瀑布沟水电站于2001年开始筹建，2002年10月导流洞开工，2003年12月大坝工程和地下厂房土建工程承包商进场，2004年3月30日正式开工。2005年11月22日实现河床截流。2009年8月31日大坝填筑基本完成，2009年11月1日，水库正式下闸蓄水，2009年12月13日第一台机组发电，2010年12月26台机组全部投产，2013年1月枢纽工程通过竣工验收。

大坝工程开工建设以来，根据新的基础资料和现场条件等实际情况，在进行大量分析研究工作的基础上，持续开展优化设计工作。优化后的项目在确保工程质量、安全的前提下，降低了施工难度，缩短了施工工期，并节省了工程投资。主要内容如下。

（1）坝轴线方位调整。通过进一步比较研究，结合右坝肩地形地质条件，将大坝轴线向上游旋转5°，调整后，坝轴线在右坝肩附近上移了约50m、缩短长度22.5m，减少了开挖和坝体填筑工程量，既节省了工程投资，也缩短了施工工期。

（2）大坝结构优化。结合现场试验和料源情况，通过计算分析，调整了坝体材料分区和土心墙与基础防渗墙的连接方式，局部变陡了下游坝坡，从而减少了坝体填筑量，加快了施工进度，有利于确保工程安全度汛与工期目标的实现。

（3）坝基砂层透镜体处理。针对大坝河床左侧心墙区地基存在的砂层透镜体，考虑砂层振冲试验中由于成孔困难未能全部实施，根据现场施工情况，经比较研究后，采用了挖除砂层、回填砂卵石或过渡料，并辅以固结灌浆的工程措施进行处理。

1.1.3　工程地质条件

1.1.3.1　地形地貌

大渡河在瀑布沟坝址区由向南急转东流，切成L形河弯。河流深切，谷坡陡峻，山体雄厚，水流湍急，枯水期河水面高程676.00～678.00m，水深7～11m，河面宽60～80m，谷底宽150～200m；正常蓄水位850.00m高程处，谷宽580m，河谷高宽比1ϒ3，为典型V形峡谷地貌。右岸为河流侵蚀岸，主河床偏向右岸，谷坡坡度一般40°～45°，基本无阶地分布。左岸为河流凸岸，高程850.00m以下，谷坡坡度一般大于40°，坝轴线上游的南北向岸坡，坡度相对较缓一般30°～45°，较好地保存有Ⅱ级、Ⅲ级堆积阶地，阶地高程分别为730.00m和760.00m。坝轴线下游的东西向临河岸坡，地形相对较陡，平均坡度大于60°，基岩裸露，常形成几乎直立岩壁。高程850.00m以上，呈现出较开阔的宽谷地貌，谷坡一般20°～35°，其中高程850.00～870.00m和970.00～1020.00m有两级较开阔的平台，分别为Ⅳ级、Ⅴ级基座阶地。右岸下游约1.0km处，有支流尼日河和卡尔沟切割，与大渡河间形成高程1000.00～1200.00m的东西向山脊，山体相对较单薄。

1.1.3.2　坝基工程地质条件

1.1.3.2.1　河床坝基建基面工程地质条件

根据大坝的基本布置，河床坝基建基面高程在坝轴线上游为671.00～672.00m，开挖厚度1～2m；下游为669.00～671.00m，开挖厚度一般1～8m；大坝心墙区上游，左岸Ⅱ级阶地表层15～26m松散层及砂层挖除，716.00m高程以下保留作为坝体的一部分，该阶地临河侧和下游侧，为斜坡与原河床建基面连接，坡比分别为1ϒ1.8和1ϒ1.1。

开挖揭示，河床坝基由漂卵石层、含漂卵石层、漂（块）卵石层和少量花岗岩组成。

（1）漂卵石层。分布在桩号坝0＋69～0－405m，0＋250m至左岸岸坡。漂卵石层中所夹的中粗砂层透镜体，位于坝0－103～坝0＋34m、从左岸基岩坡脚到0＋241m，顺河长约130m，横河宽约60～72m，上游较宽下游较窄，面积约6202m2，顶面高程675.00～676.00m，底面高程665.00～667.00m，厚度一般9～11m，最厚达13.7m，最薄仅1.3m，横剖面上从左岸坡脚向河床厚度渐薄，底面渐高，缓倾山内，其上部为中粗砂、下部为砾质中粗砂，稍密—中密。针对中粗砂层透镜体，力学特性较差，且可液化，进行了开挖置换处理，挖除砂层后的建基面高程665.00～667.00m，并用过渡料掺合水泥干粉料碾压回填至高程670.00m，然后对回填区进行了固结灌浆。

（2）含漂卵石层。仅少量分布于心墙区上游，左岸Ⅱ级阶地外侧斜坡，桩号坝0－273～0－43m，0＋208～0＋253m。

（3）漂（块）卵石层。分布于原河床、漫滩和Ⅰ级阶地部分区段。

（4）花岗岩。分布于桩号坝0＋139～0＋352m段，左岸下游基岩坡脚，宽5～15m不等，弱风化，弱卸荷，呈次块状、镶嵌结构，为Ⅲ级岩体。

1.1.3.2.2　两岸坝基建基面工程地质条件

基岩建基面包括左、右岸坝肩边坡，根据大坝的结构布置，可分为心墙区，上、下游堆石区边坡3个区段。左岸坝肩边坡坡顶高程810.00m，底高程670.00m，心墙区坡高140m，心墙区段采用自上而下清除坡面覆盖层、强卸荷岩体，浮渣的剥离开挖方式，仅下游堆石区边坡730.00m高程以下表部进行钻爆开挖，其余区段在坝体填筑过程中，自下而上分段清除坡面覆盖层，强卸荷岩体和浮渣，并分层填筑。右岸坝肩边坡坡顶高程856.00m，底高程670.00m，心墙区坡高186m，心墙区和上、下游围堰右堰肩均采用自上而下钻爆开挖方式，上、下游堆石区在坝体填筑过程中，进行分段剥离，分层填筑。同时，在分段剥离、分段填筑的施工过程中，对局部倒坡部位，用浆砌块石进行了回填。

心墙区左岸设计开挖坡比在高程670.00～810.00m为1ϒ0.85，实际开挖坡比受地形影响，在高程684.00～810.00m段为1ϒ0.85，在高程670.00～684.00m段为1ϒ（0.1～0.5），针对该情况，对贴坡混凝土面板坡比进行了调整，调整后的面板坡比为1ϒ（0.25～0.5），呈上缓下陡，上游陡下游缓，从上游至下游形成一扭曲面；高程810.00～856.00m为混凝土导墙与左岸溢洪道连接，左坝肩实际开挖水平深度一般在6～50m，最深达60m。心墙区右岸，基岩开挖坡比在高程670～731m为1ϒ1.35，在高程731.00～856.00m为1ϒ1.05，实际开挖水平深度一般8～30m。

1.心墙区左岸地基

心墙区左岸高程670.00～810.00m，建基面岩性为花岗岩夹少量的辉绿岩脉，主要发育3组裂隙：①N5°～25°W/NE∠60°～80°；②N10°～30°E/SE∠10°～30°（局部倾角为40°～60°）；③N35°～45°E/NW∠50°～60°和一些随机裂隙。高程731.00～810.00m裂隙多卸荷微张、锈染、有泥膜，少量张开1～10cm，充填岩屑或次生泥；在高程670.00～731.00m裂隙多闭合，锈染，局部充填泥膜。

软弱结构面主要有辉绿岩脉βμ1、βμ2，挤压破碎带g3、g4、g5。βμ1、βμ2近于平行，产状N25～30°E/NW∠70°～75°，宽20～30cm，由辉绿岩块组成，挤压紧密，与坡面呈大角度相交。g3、g4、g5近于平行，产状N25°～50°E/SE∠30°～50°，宽10～20cm，由角砾、碎屑组成，挤压紧密，与坡面呈大角度相交。

岩体弱风化，弱卸荷，仅桩号坝0⁃8～0＋97m的高程750.00～810.00m强卸荷，裂面轻微—中等锈染。GJ1号、GJ3号、GJ5号、GJ7号水平灌浆平洞开挖揭示：岩体风化、卸荷程度总体随高程降低而逐渐减弱，GJ1号平洞（高程856m）弱风化水平深度138.8m，弱卸荷水平深度14.5m；GJ3号平洞（高程796.00m）弱风化水平深度154.7m，弱卸荷岩体已挖除；GJ5号平洞（高程731.00m）弱风化水平深度247.4m，弱卸荷水平深度23.9m；GJ7号平洞（高程673.00m）弱风化水平深度39m，弱卸荷水平深度14m。

边坡岩体总体上呈镶嵌、次块状结构为主，以Ⅲ级岩体为主；仅桩号坝0－8m～坝0＋97m、高程750.00～810.00m范围内的强卸荷岩体呈块裂、碎裂结构，为Ⅳ级岩体。

综上所述，心墙区左岸地基建基面岩体风化、卸荷较强。开挖揭露的心墙建基面岩性、岩体结构、物理力学特性与前期勘察成果基本一致。

2.心墙区右岸地基

心墙区右岸高程670.00～856.00m，建基面岩性为浅变质玄武岩，主要发育2组裂隙：①N20°～40°W/NE∠65°～85°；②N30°～50°W/SW∠75°～90°，一般延伸3～7m，间距30～50cm，多平直粗糙，锈染，微张，局部见次生泥。隐微裂隙和短小裂隙也较发育。

岩体中小断层和挤压破碎带较为发育，总体上为两组：①N25°～50°W/SW∠60°～80°；②N5°～25°W/NE∠65°～75°。破碎带宽一般5～20cm，少数达30cm，长度一般20～40m，挤压紧密，呈片状。高程670.00～700.00m岩体沿小断层和挤压破碎带有卸荷松弛现象。

岩体弱风化，弱卸荷，但高程670.00～730.00m、810.00～856.00m区段卸荷稍强于高程730.00～810.00m区段。GJ2号、GJ4号、GJ6号、GJ8号水平灌浆平洞开挖揭示：岩体风化、卸荷程度总体随高程降低而逐渐减弱，GJ2号平洞（高程856.00m）弱风化水平深度151m，弱卸荷水平深度24m；GJ4号平洞（高程796.00m）弱风化水平深度136m，弱卸荷水平深度13.9m；GJ6号平洞（高程731.00m）弱风化水平深度106.8m，弱卸荷水平深度4m；GJ8号平洞（高程673m）弱风化水平深度65.9m，弱卸荷水平深度13.5m。

边坡岩体总体上以碎裂、镶嵌结构为主，高程730.00～810.00m区段，为Ⅲ级岩体，高程670.00～730.00m、730.00～856.00m区段，为Ⅳ级岩体。

综上所述，心墙区右岸地基建基面岩体局部卸荷较强。开挖揭露的心墙建基面岩性、软弱结构面、岩体结构、物理力学参数与前期勘察成果基本一致。

3.两岸堆石区（含过渡料、反滤料区）地基

开挖揭示，左岸岩性主要为花岗岩，仅坝0－200m上游，高程716.00m以上，出露少量玄武岩，另有少量辉绿岩脉随机分布；右岸F2断层上盘为花岗岩，f69断层下游侧至f71断层下游侧之间，高程707.00m以上为凝灰岩，花岗岩和凝灰岩仅分布于心墙区下游，其它区段均为玄武岩。

裂隙具有与断层基本一致的特征，裂隙的优势走向以NW、NWW和NEE向中陡倾角为主。

软弱结构面均与边坡呈大角度相交。两岸岩体以弱风化、弱卸荷为主，中、上部岩体局部强卸荷，花岗岩以镶嵌、次块状结构为主，在高程730.00m以上，为Ⅳ级岩体，730m高程以下为Ⅲ级岩体；玄武岩、凝灰岩呈碎裂、镶嵌结构，为Ⅳ级岩体。

综上所述，开挖揭示的两岸堆石区建基面岩性、地质构造、风化卸荷、岩体结构、物理力学参数与前期勘察成果基本一致。

1.1.4　环境条件

瀑布沟库区处于川滇南北构造带北段东侧，坝区及近坝库段处于“瓦山断块”西部，断块内自晚更新世以来具有整体缓慢抬升特征，据区内历史地震调查和地震危险性分析，断块内不存在发生强震地质构造背景及构造新活动迹象，属外围强震影响区，工程所在地区的地震基本烈度为7度。库区地下分水岭与地面分水岭一致，不存在向库外渗漏的可能性，库区除官地沱—火厂坝河段两岸有11处滑坡及坝前右岸存在古拉裂变形体外，其他河段库岸基本稳定。

库区属川西南亚热带气候区，受西风环流和西南季风流影响，干、湿季节分明，立体气候显著。在低山河谷区，干热少雨，日照充足，无霜期长。据水库中部汉源县气象站（高程784.00m）资料，年平均气温17.9℃，1月平均8.3℃，月平均25.9℃，多年平均年降水量730.8mm。

该流域径流主要来自降水，部分为融雪、冰川补给，年内、年际变化平稳，洪水往往由上游大面积、长历时降水和泸定以下区间暴雨形成，坝址处调查历史最大洪水为8590m3/s。大渡河泥沙主要来自丹巴以下区域，丹巴以上输沙模数141t/（km2·a），丹巴到坝址区间输沙模数为682t/（km2·a），坝址处干流年输沙量为2850万t，支流流沙河年输沙量为163万t。

库区河水水质经化验属钙Ⅱ型低矿化度水，水质符合国家Ⅰ级地面水标准；坝址处多年平均年水温为13.8℃，2—8月平均水温分别为8.3℃和18.6℃。

库区植被属北亚热带常绿阔叶林带，在高程800.00～2000.00m地区，植被群落以青香木、沙针多刺灌丛为优势，湿润处有云南松、滇青棡、川桂等；在高程2000.00～3000.00m地区、上部为冷杉、云杉、下部为细叶青棡、番桦及多种械树组成的常绿阔叶林。高程850.00m以下河谷地区以人工植被为主，天然林木分布零星。