石太軍，張逢銀，李家亮，吳慶輝，莫如軍

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

0 前 言

大渡河深溪溝水電站位于四川省漢源縣境內(nèi)，為大渡河干流規(guī)劃的第十八級電站，其上接已投產(chǎn)發(fā)電的瀑布溝水電站，下接枕頭壩水電站。電站以發(fā)電為主，兼有滿足下游特殊企業(yè)用水要求的任務。水庫正常蓄水位660.00 m，正常蓄水位以下庫容3 200萬m3，調(diào)節(jié)庫容800萬m3，具有日調(diào)節(jié)性能。電站安裝4臺單機容量165 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，總裝機容量660 MW，與上游瀑布溝水電站聯(lián)合運行時，多年平均年發(fā)電量32.35億kW·h，發(fā)電裝機年利用小時數(shù)4 900 h。根據(jù)（GB50201-2014）《防洪標準》、（DL5180-2003）《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》，確定深溪溝水電站工程為二等大（2）型工程，本工程永久性主要水工建筑物按2級設計，次要建筑物按3級設計。

深溪溝水電站樞紐建筑物從左至右依次布置有：左岸擋水壩段、3孔泄洪閘、1孔排污閘、河床式廠房、右岸接頭壩段、窯洞式安裝間和兩條泄洪沖沙洞等建筑物，壩頂高程660.0 m，壩頂全長222.5 m。

1 工程技術特點

深溪溝水電站地處大渡河大峽谷腹地，兩岸谷坡陡峻，河谷深切，呈現(xiàn)出典型的“V”型峽谷，邊坡卸荷強烈，汛期洪水峰高量大，峽谷風巨大，施工區(qū)有成昆鐵路大動脈和省道S306線穿過，“工程布置難、施工難、安全問題突出”為全國水電行業(yè)所公認。中國工程院院士、著名水電專家譚靖夷來工地視察時，稱深溪溝工程建設環(huán)境及施工強度“在國內(nèi)同行業(yè)中艱難程度是具有代表性的，工程建設是具有挑戰(zhàn)性的”。正是受其特殊的地理、地質(zhì)條件限制，工程在建設中遇到了很多施工布置難題及高難度的技術問題，具體如下：

（1）工程邊坡較為陡峭，開挖支護規(guī)模大，含巖石邊坡，深厚覆蓋層邊坡，最大坡高約140 m，邊坡開挖長380 m，幾乎無法布置道路。

（2）工程地處大渡河峽谷國家地質(zhì)公園邊緣，大壩左岸緊鄰成昆鐵路隧洞，環(huán)境復雜，對邊坡開挖范圍、處理措施均提出很高要求。

（3）壩址河床狹窄，基坑深近70 m，河道兩岸場地極為稀缺，施工布置十分困難。

（4）工程工期較短，施工強度較高，工程質(zhì)量要求建設無裂縫大壩，對大壩的設計和施工技術要求很高。

上述施工條件國內(nèi)少見，設計通過大量的科研工作，創(chuàng)新提出了多項解決技術，在高山峽谷中河床式廠房設計、施工領域取得突破性成果，部分技術指標位居國內(nèi)前列，工程主要技術特點及其設計情況如下。

1.1 強卸荷邊坡免開挖支護技術

壩區(qū)岸坡陡峻，風化卸荷強烈，邊坡的主要工程地質(zhì)問題是：順坡向陡傾角卸荷裂隙與順層擠壓破碎帶以及其他隨機發(fā)育節(jié)理裂隙的不利組合，其變形破壞形式以崩塌、墜落為主，體積一般幾立方米至上千立方米不等，這些高陡邊坡上局部倒懸體及卸荷形成的危巖體對下部水工結構和人員安全造成較大風險。

由于岸坡十分陡峻，無法布置道路從上至下進行開挖和支護，另一方面壩軸線處左壩肩邊坡距成昆鐵路水平距離130.0 m，也不允許大規(guī)模的開挖爆破。因此倒懸體及卸荷形成的危巖體的安全支護是設計面臨的棘手難題。

綜合分析和研究，設計方提出邊坡免開挖支護技術，采用分區(qū)分步驟強支護的方案，以確保邊坡穩(wěn)定及運行期建筑物的安全。監(jiān)測資料顯示，兩岸邊坡至今未見異常，處于穩(wěn)定狀態(tài)。免開挖支護設計技術包含以下特點：

（1）滑動破壞模式。巖體以鑲嵌碎裂結構為主，滑動破壞模式為逐步卸荷、漸進拉裂、崩塌、墜落，采用塊體失穩(wěn)理論分析計算。

（2）邊坡不開挖，不設置馬道。

（3）邊坡系統(tǒng)支護采取錨索+系統(tǒng)噴錨支護措施，隨機不穩(wěn)塊體進行錨束、深錨筋、錨筋束、掛網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)或鋼索）等措施。

（4）對局部低高程的較大倒懸體，設置了混凝土梁肋支撐（見圖1），自下而上進行澆筑施工；對高高程危巖體實施主動防護網(wǎng)+錨索支護。在坡頂開挖開口線外設置截水溝和柔性防護網(wǎng)各一道，其中在閘室部位加設一道柔性防護網(wǎng)。

圖1 左岸邊坡混凝土梁肋支撐

該技術主要是采用強支護控制整體邊坡中上部變形，防止卸荷引起上部巖體變形過大，巖體拉裂造成失穩(wěn)，同時將局部危巖體等實施主動防護。支護施工可下可上，較為靈活。邊坡下部局部垂直開挖對整體邊坡穩(wěn)定在可控范圍，既滿足建筑物布置需要，又大大降低了施工難度，減少了開挖量和施工安全風險，有效地解決了工程高邊坡的穩(wěn)定和難以施工問題，十分適合高山峽谷高陡邊坡的處理。

1.2 無裂縫大壩材料、溫控設計關鍵技術研究

深溪溝電站廠壩主體混凝土總澆筑方量約100萬m3。具有如下特點：

（1）廠壩式結構倉面大，單壩段順河長90 m，寬38 m，不設縱縫。

（2）無裂縫大壩的高標準要求，對廠壩式結構無相關工程溫控經(jīng)驗借鑒，溫控標準和溫控措施選取難度大。

（3）廠房混凝土施工跨越春夏秋冬四季，周期較長。

針對深溪溝電站的環(huán)境條件和施工特點，按照材料試驗-理論分析-數(shù)值仿真-經(jīng)驗判斷的技術路線，從膠凝材料選擇上開始，優(yōu)選低熱水泥和混凝土配合比；結合深溪溝廠壩段的實際體形，展開了各個壩段的混凝土施工期全過程理論分析和數(shù)字仿真分析研究，對影響混凝土溫度與應力的主要溫控措施進行了敏感性分析，提出了符合深溪溝電站廠房壩段工程實際的溫控防裂措施，并根據(jù)現(xiàn)場條件變化，動態(tài)調(diào)整。

施工中采用預冷混凝土，混凝土體內(nèi)埋冷卻水管等綜合措施。目前大壩混凝土澆筑已全部完成，從現(xiàn)場檢查情況來看，未出現(xiàn)溫度裂縫，打破了“無壩不裂”的神話。該技術特點主要為：

（1）率先在大渡河流域工程中采用低熱水泥。低熱水泥過去較少應用于建筑物結構混凝土，主要在于用其生產(chǎn)的混凝土強度不易達標，離散型大，配合比難度較大。設計從材料成分、骨料、添加劑開始，深入研究和試驗滿足要求的水泥和配合比，摸索出低熱水泥配比成功的關鍵技術要求。

（2）率先在大渡河流域工程中采用光纖測溫技術，實時掌握大體積混凝土內(nèi)部的溫度變化。

（3）率先在大渡河流域工程中利用數(shù)字仿真技術。自主研發(fā)相關軟件，動態(tài)調(diào)整混凝土澆筑分層厚度和間歇時間，并根據(jù)層厚適當調(diào)整冷卻水管的間排距。

該項技術需要統(tǒng)籌考慮水工結構、溫控要求、資源配置、進度計劃等，提出符合實際的施工要求，該技術具有一定挑戰(zhàn)性。

1.3 廠壩分縫優(yōu)化和澆筑進度數(shù)字仿真關鍵技術研究

深溪溝攔河壩采用廠壩結合的布置形式，結構復雜，施工干擾大，影響因素眾多。建設方要求在保證工程質(zhì)量和安全的前提下，提前一年實現(xiàn)首臺機組發(fā)電。由于工期緊張，迫切要求在廠壩施工中解決以下關鍵問題：

（1）在結構設計中如何分縫分塊，既保證工程質(zhì)量和安全，又能提高澆筑進度，滿足溫控要求，避免工序間的干擾。深溪溝水電站采用河床式廠房，廠房水下部分的混凝土屬于體積較大的塊體混凝土，其特點是現(xiàn)場澆筑量大，結構幾何形狀復雜，基礎高差較大，溫度應力大，對結構混凝土限裂要求較嚴。廠房進水口底板最大高度近26 m，因此廠房混凝土的澆筑分層分塊方式適當與否，關系到廠房結構的安全以及運行期的穩(wěn)定。

（2）快速評價當前施工進度，分析進度偏差原因并提出合理解決措施。

（3）及時分析施工條件和施工參數(shù)的變化對后續(xù)施工進度的影響。

（4）從錯綜復雜的影響因素中找出制約混凝土快速施工的關鍵因素，有針對性地優(yōu)化施工方案和優(yōu)選施工參數(shù)，加快施工進度。

針對深溪溝廠壩混凝土施工特點和深溪溝廠壩混凝土施工管理的要求，研究了獨特的分縫方式，自主研發(fā)了“深溪溝水電站廠壩混凝土施工仿真及進度監(jiān)控分析系統(tǒng)”，實現(xiàn)了快速建立施工仿真模型、全參數(shù)化精確構建復雜的三維廠壩、支持人工交互的網(wǎng)絡環(huán)境訪問仿真成果等多項功能。上述措施和仿真程序成功應用在實踐中，既滿足了結構安全要求，也大大簡化了施工安排和進度控制，為提前一年發(fā)電奠定了良好的基礎。該系統(tǒng)主要技術特點如下：

（1）打破常規(guī)，進水口底板在預留出尾水管安裝工作面后進行臺階布置，采用通倉澆筑。

（2）流道層以上蝸殼進水口高度范圍內(nèi)設置1 m寬槽，在達到壩體穩(wěn)定溫度場后采用微膨脹混凝土回填。

（3）在進水口底板和尾水段底板順水流方向兩中墩之間設置一條施工縫。

（4）自主研發(fā)了“深溪溝水電站廠壩混凝土施工仿真及進度監(jiān)控分析系統(tǒng)”，該系統(tǒng)動態(tài)仿真，可指導施工。

1.3.1 分縫方式

廠房施工縫分縫方式在保證廠房結構穩(wěn)定安全的前提下，盡量有利于加快施工進度。為保證廠房壩段盡快形成擋水條件，進水口部位、主機間部位和尾水段應盡可能獨立施工，經(jīng)研究設計對廠房壩段施工縫的設置提出以下意見。

（1）進水口底板在預留出尾水管安裝工作面后進行臺階布置，采用通倉澆筑，每層澆筑厚度在2 m以下。

（2）在進水口底板和尾水段底板順水流方向兩中墩之間設置一條施工縫，即使入倉溫度控制在12℃以內(nèi)，仍須采用水管冷卻方式。

（3）初步考慮在流道層以上蝸殼進水口高度范圍內(nèi)（樁號壩0+33.5 m附近）設置1 m寬槽，在達到壩體穩(wěn)定溫度場后采用微膨脹混凝土回填。

（4）尾水管底高程587.55 m以下底板混凝土采取兩道錯縫布置分三塊澆筑。

（5）在蝸殼周邊預留0.8～1 m厚二期混凝土以利于上部結構的施工，但要求蝸殼頂板及側(cè)墻采用鋼板襯護以防滲漏。

（6）尾水管以上一定層厚的混凝土可采用臺階法，以加快下游尾水閘墩的施工。

（7）接頭壩段應采用錯縫方式進行澆筑。

（8）所有垂直施工縫均需設置止水、鍵槽和并縫鋼筋。重要部位的水平施工縫也應設置止水。

1.3.2 分層分塊方式

基礎約束區(qū)混凝土澆筑高度控制在1.5 m以內(nèi)，底板混凝土分層中應考慮至少三層屬于基礎約束區(qū)，以避免或減輕基礎約束所產(chǎn)生的早期溫度收縮裂縫。非約束區(qū)混凝土分層厚度應根據(jù)結構部位、施工分縫位置、倉面大小、澆筑能力和溫控措施等情況綜合考慮，并避免澆筑過程中產(chǎn)生冷縫，確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量。

1.3.3 縫面處理

為加強結構的整體性，先澆施工縫處必須留有鍵槽，并布置適量插筋。在混凝土澆筑前，應對施工縫表面進行鑿毛處理，保證相鄰混凝土結合緊密。對垂直施工縫必須設置止水措施，對于重要部位，如混凝土蝸殼、上游壓力墻，下游擋水墻等，其水平工作縫均應考慮設置止水措施。寬槽部位的處理待溫控計算結果提出后詳細考慮。

1.3.4 溫控措施

廠房壩段流道以下部分混凝土結構尺寸大，澆筑倉面大（進水口底板若采用通倉澆筑，倉面面積最大達1 300 m2），施工強度大。因此，為保證混凝土澆筑質(zhì)量，必須采用強有力的溫度控制措施。原則上對倉面較大的廠房混凝土澆筑均需按設計要求嚴格控制倉面高度及混凝土入倉溫度（5～10月入倉溫度不高于12℃），并采取水管冷卻方式。

1.3.5 仿真系統(tǒng)架構與軟件特點

系統(tǒng)采用三維平臺動態(tài)展示壩體上升過程（見圖2）。廠壩結合布置的混凝土重力壩孔洞繁多，結構復雜，采用法國達索公司CATIA平臺構建的廠壩三維模型，可以精確表現(xiàn)復雜的空間曲面和孔洞結構，計算各控制點坐標以及廠壩混凝土方量。在CATIA平臺的知識工程環(huán)境下，全參數(shù)驅(qū)動的水工建筑物模板能快速適應同類工程的結構變化，達到快速、準確建模效果。

圖2 三維平臺動態(tài)展示

支持人工交互的網(wǎng)絡三維查詢系統(tǒng)。工程管理人員可以根據(jù)權限進行遠程訪問，獲取壩體澆筑強度、施工歷時、間歇時間、上升速度、施工面貌、機械設備的使用情況、仿真成果和澆筑記錄，并支持數(shù)據(jù)表、柱狀圖、餅圖、橫道圖、壩段二維模型、三維模型等多種方式查看和導出。

多方案比較與管理。工程決策中往往需要對實際澆筑面貌和進度計劃、不同仿真方案、仿真方案與預期計劃方案之間的形象面貌進行比較，該系統(tǒng)可以對多個方案的數(shù)據(jù)進行管理，并通過采用不同顏色標示兩個比較方案的滯后和超前情況，使用戶能方便、直觀地了解實際進度和分析不同方案的差異。

利用該系統(tǒng)緊密跟蹤現(xiàn)場施工情況、逐月進行仿真分析、編制進度仿真月報，為工程管理人員快速、準確掌握施工全過程并及時動態(tài)調(diào)整施工計劃提供了科學依據(jù)，為電站工程的進度監(jiān)控及施工管理提供了技術支持。從比較分析看，仿真預測成果與實際施工進程比較吻合，極好地驗證了系統(tǒng)的準確性和先進性。

1.4 爆破拆除導流洞進口錨索圍堰的重大技術難題處理

深溪溝水電站導流洞進口圍堰因地形地質(zhì)條件限制采用的是“預留巖坎+混凝土重力壩”型式的擋水圍堰，類似階段狀的高懸臂結構。由于穩(wěn)定和結構應力需要采用3 m×3 m的錨桿、錨筋束和27根2 000 kN預應力錨索加固，錨索深32 m，預應力無法提前取消。預留巖坎緊挨閘室，最近處不足0.3 m，爆區(qū)正上方僅20 m處有閘室消渦梁，如何控制爆破對閘室混凝土的不利影響，及控制爆破時切斷錨索或飛石對左岸成昆鐵路造成影響，是圍堰拆除爆破的難點。

經(jīng)過研究和試驗，在炮孔布置和裝藥結構上進行了創(chuàng)新。采用獨特的“聚能”裝藥結構和爆破布置、起爆程序，巧妙地利用炸藥的爆炸能力將錨索剪切斷。

此A級拆除爆破工程圓滿成功，被譽為“大渡河第一爆”。深溪溝導流洞預應力圍堰爆破拆除項目被評為“第四屆中國工程爆破協(xié)會科學技術獎”一等獎。

1.5 雙層水平防護網(wǎng)防護技術

本工程兩岸山勢陡峭，高邊坡不穩(wěn)巖塊墜落對輕型廠房屋頂威脅極大，嚴重影響電站安全運行。經(jīng)過比較研究，采用了雙層水平防護網(wǎng)攔截技術，在防護網(wǎng)尺寸、材料選擇、鋪設結構等方面進行把控，有效地解決飛石墜砸廠房安全問題。實踐證明，水平防護網(wǎng)施工簡便，成本低廉，防護效果滿足要求。運行三年，多次攔截大小不一的飛石，有效地提高了安全，受到業(yè)主的好評。圖3為廠房雙層水平防護網(wǎng)現(xiàn)場。

圖3 廠房雙層水平防護網(wǎng)

1.6 其他施工新技術

（1）采用大流量陡比降高流速深覆蓋層河道截流技術。深溪溝工程將大流量深覆蓋層河道截流技術提高到新的水平，在高山峽谷地區(qū)大流量陡比降（約7‰）深厚覆蓋層（最大深度約60 m）上，采用不護底的“寬戧單向立堵截流”方式成功實現(xiàn)了截流“流量 1 320 m3／s、落差5 m、龍口流速 10.2 m／s”的工程截流。龍口流速是已知的、位于國內(nèi)外截流工程前列的截流龍口流速，綜合截流難度在世界已知水電站中很少見。

（2）超高預應力錨索作業(yè)排架設計及施工技術。導流洞進口邊坡預應力錨索作業(yè)排架搭設面積為5 000 m2有余，高度近70 m，實測河谷最大風速超過21 m／s，如此大面積、高難度的高排架搭設給工程施工建設帶來了重大的安全技術難題。經(jīng)過建設方的共同研究，對排架的設計方案采用了專門計算分析手段和錨固加固措施，并相應地制定了具體的實施方案。從開始施工至高排架全部拆除，歷時近9個月，在長達270天的高空作業(yè)中未發(fā)生一起安全、質(zhì)量事故，創(chuàng)造了特大型承重排架安全零事故施工的企業(yè)新紀錄。

（3）采用綠色工程技術解決施工總布置難題，保護了生態(tài)環(huán)境。本工程位于峽谷峻嶺之中，工區(qū)地勢狹窄；大渡河兩岸山勢陡峭，左岸有成昆鐵路和省道穿過，這都給工程施工總布置設計、施工帶來了極大的挑戰(zhàn)，工程需要重點解決施工場地異常狹窄、交通困難、環(huán)保水保等難題。通過“化零為整”，優(yōu)化臨建布置，因地制宜地在沿河兩側(cè)布置施工區(qū)，各種設施依山而建，解決施工場地異常狹窄問題；充分布置橋梁和隧洞，“橋隧結合”解決施工交通瓶頸問題，既避免了在邊坡大量開挖修路、棄渣下河等水保問題，又減少運距10 km以上，降低了能耗，采用綠色工程布置技術和施工措施，有效保護了環(huán)境。

2 結 論

深溪溝水電站工程在勘測設計過程中運用了多項優(yōu)化設計和創(chuàng)新設計，其中多項關鍵技術成果處于國內(nèi)領先水平。通過創(chuàng)新和優(yōu)化設計，實現(xiàn)了節(jié)約投資和縮短工期的目標，很多關鍵技術成果必將為類似工程起到很好的借鑒作用，其推廣應用價值較大。

深溪溝水電站工程自2010年7月第一臺機組投產(chǎn)發(fā)電以來，已運行近9年，根據(jù)監(jiān)測資料分析，各建筑物性態(tài)正常，整個工程運行狀況良好，產(chǎn)生了較好的環(huán)保效益、經(jīng)濟效益和社會效益。