西藏扎拉水电站倾倒边坡失稳模式及加固措施研究

西藏扎拉水电站枢纽区边坡倾倒变形现象普遍发生,对工程的安全建设和运行带来隐患。对此,采用三维非连续分析方法,对大坝右岸倾倒边坡开挖失稳模式及加固措施开展研究。结果表明:(1)大坝右岸倾倒边坡开挖后,潜在失稳区域主要集中在开挖边坡上部钙质板岩极强倾倒区岩体内,后缘主要发生边坡上部崩坡积层破坏,失稳岩体沿着钙质板岩极强倾倒变形区和弱倾倒变形区分界面滑动,呈现典型的“滑移-拉裂”型变形破坏模式;(2)锚索+锚杆的联合支护措施可有效限制开挖施工期间大坝右岸倾倒边坡上部钙质板岩极强倾倒区岩体的变形。采取支护措施后,大坝右岸倾倒边坡各工况下的安全系数均可满足规范要求。

西藏扎拉水电站竖缝式鱼道池室水力特性研究

为进一步优化西藏扎拉水电站鱼道池室流场结构,提出了调整导板和隔板长度后的优化方案,并结合鱼道局部池室1∶5水力学模型试验,对优化方案的鱼道池室水力特性进行了验证研究。采用三维数值模拟技术分析了扎拉水电站鱼道原设计方案不同底坡条件下池室流场结构、流速分布、紊动能等水力特性。研究结果表明:池室水深1.5~2.5 m时,鱼道相应下泄流量0.44~0.73 m^(3)/s;池室内主流形态呈“S”形,主流两侧回流或静水区域尺寸基本相当;池室主流流速0.40~0.80 m/s,竖缝处最大流速约1.10 m/s,池室回流区流速均在0.30 m/s以下。研究成果可供类似鱼道工程设计、研究参考。

西藏扎拉水电站金属结构设计

为合理布置西藏扎拉水电站金属结构,满足功能要求,介绍了扎拉水电站泄水建筑物、导流洞、电站建筑物、生态电站建筑物和鱼道等部位的金属结构设计,提出了扎拉水电站闸门及启闭设备的布置方案。结果表明:在扎拉水电站金属结构设计中,充分考虑制造和安装要求,采用简单、实用的结构设计,泄水闸建筑物空间利用率高,鱼道建筑物具有良好的生态环保价值,设计满足功能要求,结构安全可靠。研究成果可为同类工程的金属结构设计提供参考。

西藏扎拉水电站主要工程地质问题研究

西藏扎拉水电站地处青藏高原东构造结,地质条件复杂,为分析其工程建设和运营面临的地质风险,通过工程地质勘察,查明了工程区基本地质条件,论证了主要工程地质问题及影响。结果表明,扎拉水电站主要工程地质问题为:(1)水库坍岸、倾倒岸坡稳定及固体径流问题;(2)坝址坝肩倾倒边坡、近坝卵漂石岸坡、坝基抗滑稳定问题及坝基防渗问题;(3)引水发电系统中引水隧洞受闹中活动断裂影响、引水隧洞及调压室围岩稳定问题、厂房后倾倒边坡稳定问题等。针对以上问题,提出了相应处理措施。研究成果可为工程建设提供科技支撑。

西藏扎拉水电站排沙运行调度方式研究

扎拉水电站主要任务为发电,水库泥沙淤积问题较为严重将影响发电效益。为研究出能使水库长期有效发挥发电效益的排沙调度方式,根据水库水沙特点,研究了4种水库排沙运行调度方式,分别为不设排沙运行控制水位方案、设排沙运行控制水位方案、设排沙运行控制水位+短时间敞泄排沙方案和不设排沙运行控制水位+短时间敞泄排沙方案。结果表明:设排沙运行控制水位方案能在主要来沙期固定水位排沙,能较好地排沙并兼顾发电,是一种合理可行的排沙运行调度方式。研究成果可为同类型水电站泥沙调度提供参考。

西藏扎拉水电站闹中断裂带岩体工程地质特性研究

西藏扎拉水电站引水隧洞穿过闹中断裂带长度达305 m,是围岩失稳的易发地段,常规勘察方法难以对深埋于地下百余米的洞身段断裂带岩体性质作出准确的判断。为了给引水隧洞穿越断裂带的结构设计、断裂带缺陷处理提供地质依据,在勘探、室内试验和浅层现场试验的基础上,分析了断裂带岩体的性状及物理性质,采用岩体强度计算公式、专家会议法和Hoek-Brown强度准则对断裂带深部岩体的力学特性进行了分析计算。研究表明:闹中断裂带岩性软弱,结构较破碎,预测坍塌失稳现象较突出,成洞困难,会发生一定程度的塑性变形;专家会议法主要考虑岩体性状的异同,Hoek-Brown经验公式主要基于声波纵波速随深度的变化,两种方法获得的断裂带深部岩体的力学参数值相差不大,可作为初步设计的依据。研究成果及方法可供类似工程借鉴。

西藏扎拉水电站鱼道工程布置与设计研究

为解决西藏扎拉水电站工程设计中过鱼设施的比选、鱼道进出口位置的合理选择及鱼道结构型式的确定这三大工程设计技术难点,重点分析了过鱼设施比选的思路和方法,针对鱼类的趋流特性、克流能力等生物学特性,结合物理模型试验研究成果,对鱼道总体布置、进口、出口、主体段以及附属建筑物等进行了合理设计,创新性地提出鱼道布置采用单道折叠+双道层叠+隧洞+单道的型式。该鱼道总体布置型式为国内首次采用。扎拉水电站鱼道的建成,对高山峡谷中,中高水头水电站鱼道总体设计具有一定参考价值。

西藏扎拉水电站枢纽布置与设计研究

扎拉水电站水头高,泥沙问题突出,工程区地质条件复杂,存在活动断裂带、倾倒变形岩体发育。为减轻泥沙对水轮机机组的磨蚀,缩短引水线路穿越活动断裂带宽度,避开倾倒变形岩体的不利影响。通过多方案比选,确定了“下坝址以库代池,拦蓄泥沙;南线引水隧洞,避开闹中断裂影响带;上厂址地面厂房,利用河岸阶地的枢纽布置方案”。该方案最大限度减少了泥沙对机组的影响,避开了不利地质条件,节省了工程投资,同时充分利用了河段水头,发挥了工程最大效益,研究成果可为类似水电站枢纽布置设计提供参考。

基于RIVER2D的西藏扎拉水电站减水河段生态流量模拟研究

为了量化扎拉水电站减水河段内鱼类生长及繁殖所需的生态流量,以河道内的重点保护鱼类鮡科鱼类作为目标物种,采用水动力模型与栖息地模型耦合的RIVER2D模型,结合水深及流速两个影响鱼类生境的因子,推求各产卵区对应物种不同生命时期所需流量与可利用栖息地面积的关系曲线及分布图。结果表明:鮡科鱼类在4~9月的生长及繁殖期间适宜的生态流量范围为22.0~33.0 m^(3)/s。根据可利用栖息地二维分布图可知,鱼类有效栖息地集中分布在河道中心区域,流量增加后,有效栖息地由河道中间带状分布向河道两边延伸。研究成果可为鮡科鱼类的保护及电站生态调度提供参考。

西藏扎拉水电站陡倾层状岩质边坡稳定性分析及支护设计

为探究陡倾层状岩质边坡支护设计及稳定计算方法,结合扎拉水电站边坡开挖支护工程,通过分析边坡结构类型,研究边坡整体失稳破坏模式,分别考虑锚杆抗拉和抗剪作用,分析锚固力对边坡稳定性的影响规律,探究该边坡顺层滑移稳定性及支护设计方案。计算结果表明:不同规范推荐的安全系数计算方法得到的边坡稳定分析结论基本一致,考虑锚杆抗剪作用计算得到的边坡抗滑稳定安全系数较大,且数值计算分析结果验证了支护设计方案的合理性。研究成果可为类似边坡治理工程提供参考。

西藏扎拉水电站工程关键技术综述

为提升西藏地区水电开发水平,以扎拉水电站为研究对象,结合该工程特点,总结了扎拉水电站工程勘察设计中遇到的关键技术问题,并通过方案比较、试验研究等手段提出了解决思路和具体方案。扎拉水电站采用引水式开发,工程无法避让区域性闹中活动断裂,具有“高水头、冲击式、深竖井、多断裂带”等特点,同时将装备世界最大的单机容量(500 MW)冲击式机组,工程建设面临较大挑战。对此,扎拉水电站引水开发选择采用“裁弯取直”方式,可较好适应藏东南高山峡谷地区大拐弯段的河流条件。在设计引水隧洞时,采取减小过闹中断裂引水隧洞规模,设置排水洞,混凝土衬砌采用铰接设计以及加强安全监测等综合措施。针对500 MW冲击式水轮转轮,推荐采用锻焊加工制造方式,水斗分瓣考虑避让根部高应力区,转轮轮毂外径约4 900 mm,焊接接头的冲击功可达到70 J(0℃)左右,可基本满足转轮设计制造的要求。

高海拔环境对西藏扎拉水电站电气设备选型的影响研究

高海拔环境下电气设备选型工作存在特殊性,通过梳理扎拉水电站概况和实地调研数据,运用数据分析方法,对高海拔环境下电气设备,如高压配电装置、变压器、离相封闭母线、发电机、低压开关设备等的选型问题进行研究。研究总结了高海拔环境对主要电气设备的绝缘耐压、电气间隙和起晕电压等方面的不同程度影响,以及在高海拔环境下运行的电气设备选型的参数修正方法。

西藏扎拉水电站施工期对水环境的潜在影响及预测分析

为研究西藏扎拉水电站在施工建设过程中对周边区域及河流水环境的潜在影响,在工程建设前期,通过区域环境调查及参考同类型工程经验,分析了工程施工对水环境形成的潜在污染源,并预测了施工废(污)水及引水隧洞排水对水环境的影响程度。研究结果表明:地表水环境共有6个潜在污染源;砂石骨料废水若不经处理直接排放至施工河段,污染物的混合过程段长达2.7 km,下游SS浓度增量达337.5 mg/L;生活污水与河流水体充分混合后,河流COD和NH_(3)-N的浓度增量仅为0.034 mg/L和0.003 mg/L,但生活污水中一般含有大量细菌和病原体,直接排放对下游水域及人群健康有害;地下水环境方面,引水隧洞对地下水水位、水量及敏感点均存在一定影响;隧洞在穿越三叠系上统瓦浦组第四段地层时,影响半径最大可达828.43 m,最大涌水量为4.16 m^(3)/(d·m)。

扎拉水电站泄洪消能型式比选研究

扎拉水电站首部枢纽具有非对称狭窄河谷、建筑物布置紧凑、地质条件复杂、兼顾生态基流等多重约束的特点,泄洪消能型式比选是枢纽建筑物布置及水工设计的重点工作。结合工程特点,初步拟定了挑流和底流两种消能方案,通过水工模型试验(分析流态、压力特性、流速与河床冲刷),对建筑物布置、雾化、施工条件和技术经济条件等进行了比较。研究表明:底流消能方案消能充分、冲刷和雾化小、建筑物布置优且受泄洪影响小、施工条件更好,相比挑流方案虽经济性略差,但安全性更好、适应性高,最终选择底流消能作为推荐泄洪消能方案。相关成果可供类似工程的泄洪消能建筑物设计施工参考。

西藏扎拉水电站水库泥沙对电站运行影响试验研究

为了分析西藏玉曲河扎拉水电站运行后水库泥沙对电站取水发电产生的影响,基于扎拉电站整体河工模型试验成果,对扎拉电站运用50 a水库泥沙淤积过程,泄水建筑物及电站引水口前泥沙淤积分布、淤积高程,电站过机泥沙特性进行了试验研究。结果表明:水库运用50 a末,库区泥沙基本达到冲淤平衡,水库淤积总量约占总库容的66.45%;坝前泥沙淤积高程基本与底孔进口底高程齐平,对底孔泄流排沙影响不大;电站引水口前形成较明显的冲刷漏斗,引水渠淤积对电站正常引水影响不明显;电站过机泥沙,在水库运用初期没有>0.1 mm的粗沙,在水库运用50 a末,遇常年含沙量洪水,过机泥沙中粒径>0.1 mm的粗沙占过机总沙量的3.2%。建议下阶段进行优化水库调度,提高水库排沙效率的研究,进一步减少水库泥沙淤积,减轻泥沙对机组的磨损。

西藏扎拉水电站倾倒变形边坡稳定性分析与评价

扎拉水电站厂后超高边坡普遍发生倾倒变形,对厂区枢纽选址和建筑物布置方案影响很大,需要准确评价这种特殊边坡的稳定性及其危害程度。采用综合勘察手段查明了倾倒变形边坡岩体工程地质特性,提出工程地质分区新原则。结合物理模拟、数值计算、稳定性和崩落计算等方法研究边坡破坏模式,初步建立了倾倒变形边坡稳定性评价体系。设计专业人员根据地质分析成果,将前期厂址进行了调整,确保了工程及施工安全,并开创了我国在倾倒变形边坡岩体中建设调压室的先例。

西藏扎拉水电站冲击式水轮机选型设计探讨

西藏扎拉水电站拟采用4台单机容量250 MW的冲击式水轮机组,其单机容量位居目前国内已建和在建冲击式水轮机单机容量之首。在对扎拉水电站水能条件分析的基础上,对水轮机参数选择进行了探讨;对转轮、喷嘴及配水环管等水轮机主要部件的设计制造难度进行了分析,并论证了大容量冲击式水轮机立足国内制造的可行性。分析结果表明,扎拉水电站冲击式水轮机可以立足于国内完成设计制造,可提高我国在冲击式水轮机方面设计制造水平,进而加强我国装备制造能力。

扎拉水电站水轮机抗泥沙磨损设计

扎拉水电站西藏玉曲河干流下游河段七级开发方案中的第六级,安装4台单机250MW冲击式水轮发电机组,机组最大水头690.55m,多年平均过机泥沙含量0.2kg/m^3。电站具有水头高、泥沙含量偏大的特点,过机泥沙将是影响机组运行的关键性因素设计人员采用在工程所在地收集的泥沙样本,对扎拉电站的水轮机转轮材料进行了圆盘喷射泥沙磨损试验。根据试验结果,拟合出材料的磨损量与泥沙参数的关系式,并对水轮机的泥沙磨损情况进行预估,提出了相应的抗泥沙磨损措施。

水电站减水河段河道生态流量计算

为了合理确定水电站减水河段河道生态流量,提出了分时段分方法计算河道生态流量的思路。以西藏扎拉水电站为例,对减水河段的河道生态流量进行了计算。在鱼类生长繁殖期(4~9月)可采用生境模拟法;在非产卵繁殖期(10月至次年3月)可采用水文学法、水力学法及生态水力学法综合分析计算。结果表明:在鱼类生长繁殖旺盛期(5~8月)所需生态流量为33.0 m^(3)/s,一般繁殖期(4月及9月)为22.0 m^(3)/s,非产卵期(10月至次年3月)为15.9 m^(3)/s。研究结果可为水电站减水河段生态流量的确定提供借鉴。

基于河道演变的边坡变形破坏机制分析

西藏扎拉水电站导流隧洞进口边坡施工开挖过程中揭露了反常变形破坏现象。为了给边坡治理提供依据,根据该段边坡的地形地貌、岩土结构特征,考虑河道演变过程对边坡形成及发展的影响,分析了边坡变形破坏的机制。结果表明:与单侧临空面的边坡不同,导流隧洞进口边坡的变形受河道演变过程的影响,古河道期间,岩层向古河道(现代岸坡内侧)发生倾倒变形,形成弯曲带;现代河道形成过程中,切割坡体促使弯曲带岩体折断、破碎,成为弯折带;施工开挖切穿弯折破碎带,导致边坡浅层岩体发生外鼓变形、顺层滑移。该工程经验及分析思路可供类似工程借鉴。