楊海燕 常玉龍 林德金

喀麥隆曼維萊水電站工程總體布置

楊海燕 常玉龍 林德金

根據(jù)曼維萊水電站工程區(qū)地形、地質(zhì)條件，結(jié)合施工條件及后期運(yùn)行等因素，通過大量補(bǔ)充勘測及多個(gè)方案比選，合理確定了曼維萊水電站工程總體布置方案，在滿足工程安全和功能要求的前提下，各建筑物布置合理、緊湊，調(diào)度運(yùn)行管理方便。

曼維萊水電站 方案比選 總體布置

位于喀麥隆南部地區(qū)恩特娒河上的曼維萊水電站是目前喀麥隆國內(nèi)在建的最大水電站項(xiàng)目，工程規(guī)模為Ⅱ等大(2)型，其主要任務(wù)是發(fā)電。作為喀麥隆政府重點(diǎn)推動(dòng)開發(fā)建設(shè)的能源基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，曼維萊水電站工程自20世紀(jì)60年代前期規(guī)劃開始提出以來，不同國家的水電工作者分別開展了不同深度的大量研究工作，尤其是自中國企業(yè)參與以來，通過大量補(bǔ)充勘測及多方案比選，合理確定了工程總體布置設(shè)計(jì)，為工程順利建設(shè)實(shí)施提供了有力的技術(shù)支撐和保證。

1 地形地質(zhì)條件

曼維萊水電站工程區(qū)地形舒緩起伏，表現(xiàn)為矮丘、寬谷相鄰的丘陵地貌形態(tài)，地表覆蓋有茂密的熱帶雨林。場區(qū)地勢(shì)總體北高南低，地面高程一般380～433 m，相對(duì)高差多小于30 m。

受恩特姆斷裂影響，壩址區(qū)恩特姆河流向先由NE-SW折為SE-NW，而后又轉(zhuǎn)為NE-SW，并在壩址及其以下河段分成多條支流。壩址以下，恩特姆河河段坡降增大，水流湍急，并在多處形成瀑布或跌水，壩址區(qū)河床地面高程382～385 m，至地面廠房尾水處約8 km河段，地面高程降至330 m。壩址區(qū)發(fā)育有3個(gè)較大的河心島，受其影響，水面寬度由壩址上游的400～500 m，減少至40～60 m，僅在左、右兩岸主河槽處水面寬度在110～120 m。

2 工程總體布置方案選擇

2.1 壩址和壩線比選

曼維萊水電站是利用恩特娒河上的曼維萊瀑布形成的天然落差來引水發(fā)電，從地形條件分析攔河壩壩址選擇余地不大。曼維萊瀑布上游恩特娒河河道較順直且平緩寬闊，水流平緩，地形起伏較小，河床高程為380～384 m之間。河床上分布有一些小島，兩岸分布一些小的山包。在曼維萊瀑布上游近2 km的恩特姆河河段內(nèi)初選5條壩線進(jìn)行了比較。其中：壩線1位置在恩特姆河渡口上游800 m；壩線2位置在恩特姆河渡口下游300 m；壩線3位置在恩特姆河渡口下游800 m；壩線4位置在恩特姆河渡口下游2 000 m；壩線5位置在曼維萊瀑布上游100 m。

從地形條件來看，壩線1～3處河床寬度適中，右壩肩地形條件較好，但河床左岸地形地勢(shì)均較低且平坦，壩肩布置難度較大，左岸壩軸線均需要向下游延伸至左岸小山包處，壩頂長度較長，工程量較大；從地質(zhì)條件來看，壩線1～3處河床地質(zhì)條件較好，但兩岸地表覆蓋層較厚，基巖頂高程較低，壩軸線穿越地面沉陷帶的范圍均較大，基礎(chǔ)處理難度及投資較大。

壩線4兩岸地形條件均較好，河床地形簡單，壩頂長度相對(duì)較短，河道主流分左右兩條支流，為泄水建筑物的布置及施工導(dǎo)流布置提供了便利條件。壩線4處河床沖積層及兩岸壩肩覆蓋層均相對(duì)較薄，壩線不穿越斷層，穿越凹陷帶的范圍相對(duì)較小，地質(zhì)條件總體相對(duì)較好。

壩線5攔蓄恩特姆河及其右岸兩條主要支流的來水，壩頂長度較長，增加了水庫的調(diào)蓄功能及發(fā)電引用流量，但對(duì)攔河壩下游曼維萊瀑布的生態(tài)及景觀用水影響較大。另外，該壩線不可避免地要穿越附近次級(jí)斷層，受區(qū)域性斷裂的影響較大。

綜上所述，在地形、地質(zhì)條件上，壩線4所處的河床及壩肩地形條件相對(duì)優(yōu)越，在泄水建筑物及施工導(dǎo)流的布置上，壩線4也具有更大的靈活性。綜合工程規(guī)模、地形與地質(zhì)條件、施工條件及建壩后對(duì)曼維萊瀑布、當(dāng)?shù)亟煌l件的影響，選擇壩線4作為推薦壩線。

2.2 壩型比選

從筑壩材料勘探結(jié)果來看，工程區(qū)缺少天然的砂石料，混凝土粗骨料及砂礫料均需要人工加工而成，而工程區(qū)周邊則有豐富的黏土料源，因此，從天然建筑材料來看，攔河壩河心島壩段適于修建土質(zhì)防滲體土石壩而不考慮混凝土重力壩以及非土質(zhì)防滲體土石壩，如混凝土或者瀝青混凝土面板壩等壩型。

結(jié)合壩基地質(zhì)條件、筑壩材料以及工程區(qū)氣候、壩高和基坑開挖料的利用等因素，主要考慮了土質(zhì)防滲體分區(qū)壩如均質(zhì)土壩、黏土心墻壩和斜墻壩三種壩型進(jìn)行比較，以確定最優(yōu)土石壩壩型。

各壩型壩體結(jié)構(gòu)比較及優(yōu)缺點(diǎn)比較詳見表1。

表1 各壩型優(yōu)缺點(diǎn)比較表

綜上所述，從工程區(qū)氣候條件、土石壩與兩端混凝土建筑物連接條件、施工條件以及防滲效果等諸方面綜合考慮，在不改變合同確定的壩體斷面基本控制尺寸的基礎(chǔ)上，詳細(xì)初步設(shè)計(jì)階段確定攔河壩河心島壩段以及二道壩推薦壩型為黏土心墻壩。

3 工程總體布置

3.1 工程總體布置概述

曼維萊水電站首部樞紐建筑物布置沿壩軸線從左至右依次為：連接壩段、泄洪沖沙閘、主溢洪道、河心島壩段、輔助溢洪道以及右岸灘地和岸坡壩段。首部樞紐壩頂高程395.0 m，壩頂總長約1 800 m，其中攔河壩長約1 608 m，泄洪沖沙閘及主溢洪道長86 m，輔助溢洪道長106 m。泄洪沖沙閘和主溢洪道共6孔，布置于左岸主河槽，輔助溢洪道共8孔，布置于右岸主河槽。

引水發(fā)電系統(tǒng)建筑物位于工程區(qū)左岸，采用輸水明渠引水、地面廠房加短尾水渠方案，主要由渠道進(jìn)水口、輸水明渠、天然前池、二道壩、電站進(jìn)水口、壓力管道、地面廠房、尾水渠等建筑物組成。

工程總布置見圖1。

3.2 工程總體布置特點(diǎn)

曼維萊水電站工程位于恩特姆河主干流上，樞紐區(qū)地形起伏不大，壩址上游水面開闊，易形成較大的庫容，使水庫具有一定功能的調(diào)蓄功能，產(chǎn)生很好的發(fā)電效益。

樞紐區(qū)地質(zhì)條件總體較好，基巖主要為花崗片麻巖，除峽谷地段風(fēng)化卸荷相對(duì)強(qiáng)烈并分布少量崩塌堆積體外、其余地段物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，地表出露基巖多為弱、微風(fēng)化，覆蓋層以下基巖則多為微、新巖體，僅局部地段巖體為強(qiáng)風(fēng)化。

圖1 工程總布置

樞紐布置充分利用了工程區(qū)起伏不大的地形和良好的地質(zhì)條件。攔河壩的布置基本利用了天然的地形，形成了高度較小、工程量相對(duì)節(jié)省的攔河壩。渠道進(jìn)水口與溢洪道平面上與泄洪沖沙閘呈115o夾角布置，并盡可能提高了渠道進(jìn)水口的底坎高程，可以有效地防止進(jìn)水口門前泥沙的淤積。輸水明渠的布置受天然地形的限制沒有更多的線路選擇余地，根據(jù)沿線不同地形條件分別采用了“全填”、“半挖半填”以及“全挖”三種斷面型式，盡可能做到了減少工程量的目的。輸水明渠上游有一段不可避免地要穿過一片沼澤低洼地，其余渠段渠線選擇則盡量避開沼澤地段。

主溢洪道及輔助溢洪道布置于恩特姆河左、右岸主河槽上，使得水流和下游銜接比較平順。電站尾水出口和河道的交角較小，有利于水流平順過渡，不至于產(chǎn)生由于主河道的改變導(dǎo)致原河床的沖刷淤積問題。

電站廠區(qū)及廠房位于曼維萊瀑布下游恩特娒河峽谷左岸的岸坡上，廠房為岸邊式地面廠房，電站尾水通過較短的尾水明渠流入下游河道。

4 結(jié) 語

通過對(duì)曼維萊水電站壩址、壩線進(jìn)行比選以及對(duì)引水發(fā)電系統(tǒng)布置方案的研究，最終推薦了上述工程總體布置方案，整個(gè)樞紐的總體布置和天然地形及地質(zhì)條件結(jié)合較好，合理、可行；泄水建筑物采用了有閘控及無閘控兩座泄水建筑物，運(yùn)行靈活可靠，安全性較高；樞紐各建筑物施工干擾小，充分利用基坑開挖料作為筑壩及生產(chǎn)混凝土骨料的原料，工程量和投資較省。工程總體布置是合理的。

TV731

A

1007-6980(2017)03-0007-03

楊海燕 女 教授級(jí)高級(jí)工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

常玉龍 男 教授級(jí)高級(jí)工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

林德金 男 教授級(jí)高級(jí)工程師 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

2017-07-10)