锦屏二级电站设计概况简介

锦屏二级水电站设计概况简介关沛文（2006.7.3日）04年3月份参加了锦屏二级的预可评估，今年3月份参加了锦屏二级的可行性研究的评估。

中间参加过锦屏一级的评估，你们搞公路监理去了一次，锦屏一级导流洞垮方又去了一次，前后大概去了4、5次，所以对锦屏二级了解的情况稍微多点，但是总的来讲了解还是很不够。

锦屏二级和锦屏一级是作为同一个工程上报国家发改委，因此也是同时批下来的。

锦屏一级是高坝、大库、地下厂房，它的坝是拱坝，305米高，地下厂房的装机6台，每台60万，共360万KW。

锦屏一级的尾水排入雅龙江，在一级下游，大奔流沟附近做了个矮坝，形成锦屏二级的水库。

矮坝的坝基不好,是沙卵石，基础处理很难。

雅龙江绕锦屏山150公里形成个大弯道，在锦屏二级的矮坝上游，叫做景峰桥的地方设进水口，用4条引水洞，裁弯取直引水到大水沟，锦屏二级的地下厂房就布置在大水沟附近。

锦屏二级引水发动系统的布置是，4条很长的引水隧洞，引水洞洞轴方位角N58°W,底坡0.365%，岩层走向为NE5~30º。

每条洞长平均16.67Km，开挖直径为13m，衬砌后的直径为11.8m ，马蹄形断面，衬砌加喷混凝土大约为60cm厚。

一条洞子带2台机，引水洞末端设调压井，调压井是上室式调压井，竖井段直径25米，调压井上室是个平洞，呈环形，两个调压井的上室连在一起，中间用隔墙分开。

调压井下面设叉管，引出两条压力管道，内径7.5m，高压管道的上平段、上弯段、竖井段，下弯段、下平段为钢筋混凝土衬砌，其后为压力钢管段，内径6.5m，流速7.0m/s，厂前渐变至6.05m,与机组蜗壳衔接。

然后是地下厂房、主变室，主厂房与主变洞之间的净距离45m。

没有尾水调压井，只有尾水闸门廊道，尾水闸门廊道既不是挨着主变室、也不在出口处，离主变下游110多米的地方，下游没有尾水调压井，是两大洞室平行布置。

依我看，锦屏二级的特点、难点有以下几点：第一，环保要求高。

从大奔流沟到九龙河，中间虽然也有支流，但是水量较小，因此环保部门强烈要求这段河道要有生态流量，在预可评估的时候，环保专家要求放生态流量20m3/s ;这次可行性研究评估时，环保的要求是40 m3/s 。

即不管枯水期还是洪水期，均不得少于40 m3/s。

雅龙江环绕着锦屏山流向下游，岩层总的走向，与大弯道中间线的方向差不多，岩层陡峭，锦屏山顶和引水洞的最大高差大约是2500多米，山顶上是积雪，因此环保部门担心，打了洞之后，由于地下水位下降，山上的树木等植物会枯死，因此要求，施工中地下水不是以排为主，而是以堵为主，堵排结合，这个要求对施工是一个很大的难题。

锦屏二级第二个特点就是地下水压力很高，勘探洞内实测地下水压力：8.6Mpa与8.65Mpa。

1998年分别达到10.22Mpa与10.12Mpa。

初步考虑采用９Mpa~12Mpa作为引水隧洞最大外水压力设计控制值，相当于900m~1200m水头。

环保部门又要求，施工中对地下水以堵为主，堵排结合，对于4条长隧洞施工，在这麽高的地下水压力下施工，是个大问题。

锦屏二级第三个特点，是地下水的涌水量很大。

文革前，潘院士带领华东院在那里搞勘测、设计，经历这么多年，那时的小伙子，现在他的儿子都考大学啦，这个勘探工作还在进行，进行了几十年。

２条勘探洞就打在大水沟附近，当时要打5公里，大概打了4.8公里遇到了大涌水，涌水量约有5m3/s，宜兴、还有我们院设计的溧阳蓄能电站的地下水涌水量，100L~200L/min就算很大了，它是每秒5000L/s，后来就不敢往前打了，怕影响到磨房沟的发电，所以就用混凝土给堵了，那个勘探洞比我们院里的勘探洞要大，大约3*3m，封堵后，勘探洞内的水，流的还像小河似的。

辅助洞施工中，东端遇到过大涌水，单点瞬时集中涌水量达 4.91m3/s，稳定流量2~3m3/s。

压力约2.4Mpa左右，以致不得不改洞线，西端施工中遇到7.8 m3/s流量的地下涌水，曾经将雅龙江水染成黑灰色达2～3天。

辅助洞东、西两端的地下水温度不同，西热东冷，可能不是同一个水文地质单元。

根据实测资料进行渗流分析，在不设防条件下，单条引水隧洞的稳定涌水量预测为6.91~8.48m3/s，年平均7.52m3/s。

第四．这个工程的特点和难点，还反映在引水隧洞要遇到高地应力。

在长探洞1834m处，实测最大主应力42.11Mpa，它的覆盖高度约为1800米，当隧洞达到白山组的时候，与引水洞高差2500~2600m，经回归分析，预计最大地应力可达63 Mpa。

而沿洞线的围岩大部分是大理岩，Ⅲ、Ⅱ类洞段其岩石单轴饱和抗压强度50~85Mpa，弹模25~40Gpa，变模8~16Gpa，因此它的最大地应力超过了单轴湿抗压强度。

遇到这个情况，按说，第一要发生岩爆，第二如果不采取措施这个洞子是一定要垮的，因为洞子打了以后，洞顶是拉应力，两侧压应力集中，压应力将大于围岩的单轴湿抗压强度，不采取措施，这个洞子肯定是要压垮的，这个在国内、可能在世界上都还没有碰到过，这样高的地应力。

第五．锦屏二级的另一个特点也是难点，就是引水隧洞直径大，洞线长，中间无法布置施工支洞。

隧洞很长，每条平均16.67Km，直径很大，因而，工程量也大。

由于锦屏山很高，引水洞施工时无法布置通向地面的施工支洞，只能从辅助洞内开支洞，采取所谓“长洞短打”的办法。

但是，目前的辅助洞洞径较小，从中开支洞恐怕也有困难。

两条辅助洞，每条长约17公里，今年3月份去的时候，当时打了一半，还没有进入埋藏最高的洞段，西端长，东端短，加起来大概8公里半的样子，正好一半，这两段地下水不是同一个系统，明显的感觉是：西端洞子里不冷，东端洞子里的水温比西端低2、3度，可能不是同一个水文地质单元。

岩层是陡倾角的，整个岩层走向就跟那个河道大拐弯中间的那根线方向差不多，地层是三叠系的中下统的大理岩。

东段大部分是盐塘组的大理岩，也就是将来地下厂房的围岩，中间有很大一段是白山组的岩层，西段又有岩塘土，中间夹着三叠系的砂岩，泥灰岩、变质岩，锦屏山是个大背斜，陡倾角，东端遇到过的岩层，在西端同样会碰到。

工程的难点是：隧洞设计中预计最大地应力为63Mpa,第二是最大外水压力是９ Mpa到12 Mpa，第三个就是可能遇到大地下涌水量，第四个是环保要求高，如果地下水以排为主，排一阵压力就会降低，流量就会减少，但是环保要求谁也不敢驳，要“以堵为主，堵排结合”。

这话，说起来容易，做起来难，高外水压力下，大涌水量，怎麽施工？第五，这么长的洞子，16.67公里，没有打施工支洞的地方，将来可能从辅助洞里头往将来的引水洞方向打施工支洞，但是辅助洞的断面不够大，A洞断面，大概5m多宽，B洞大概6m多宽，（因为当时华东院怕这么高的地应力、这么高的外水压力，这么大的地下涌水量，打大了，万一打不成，就会垮掉，所以先打个小洞）。

将来辅助洞贯通了，它又是锦屏一级大量物质的对外通道，从现在的辅助洞内，作为施工支洞的开口，是不大可能的，不扩挖满足不了作为引水洞施工通道的要求。

没有施工支洞怎么办？有一个方案就是用TBM，最快、即先打一个8m左右的洞，不说四条都打通，有一条打通后，利用它作为施工通道、通风散烟的通道。

因为独头掘进，光靠通风机，一放炮，8Km 距离，什么时候散完烟？所以，有这样的一个想法，但这只是一种设想，因为TBM在讨论的时候并没有得到最后认可。

还有一个想法就是两条洞子平行打，互为交通洞和通风洞，铁路长隧洞，常常采用这个办法。

没法打支洞，高地应力、高外水压力、大的地下涌水量，这是世界难题，将来如果能平平，安安顺利把那几条洞子打通了，那真的是世界先进水平，我认为，华东院的引水系统设计理念是很先进的，要是按我们院水道现在的设计思想，这个工程肯定是搞不成的。

关于锦屏二级的地下厂房的情况地下厂房位于大水沟附近，就是引水洞的东端，大概在盐塘组的第四、五层的样子，因为厂房位于锦屏山的边上，所以它的地应力较低。

主厂房纵轴线方向N 35°E，地下厂房最小水平埋深为170m，上覆岩体厚度约180~320m,主厂房与主变洞之间的净距离45m，主厂房机组间距31m，主机段长度266.4m，安装场长度62m，副厂房24m，主厂房总长352.4m；吊车梁以上28.3m，吊车梁以下25.8m，（上游侧10.5m，下游侧15.3m）。

发动机风道内径17.2m。

地下厂房围岩为中厚层大理岩，稳定性好，围岩强度比较高、大理岩相对来讲是比较好的，大部为Ⅲ类，少量为Ⅱ、Ⅳ类。

主厂房的支护参数：地下厂房围岩为中厚层大理岩，稳定性好。

厂房顶拱：锚杆Ф28/Ф32,L=6/*******1.5m（相间布置）＋喷钢纤维混凝土厚15cm。

（未布置预应力锚索）；厂房边墙：上下游边墙布置锚杆Ф28/Ф32,L=6/*******1.5m（相间布置）＋喷钢纤维混凝土厚15cm；锚索：上游边墙中部布置1750KN,L=********4.5m预应力锚索；下游边墙中上部布置1750KN,L=********4.5m预应力锚索；主变洞布置：跨度19.8m，高度（不同区域不同，分别为33.5m、21m、16m），主变底板高程EL1334.3m,GIS底板高程EL1348.3m，通风层底板高程EL1361.77m，主变洞顶拱高程EL1367.8m。

主变洞全长314.95m。

采用单相变压器。

主变洞支护参数：主变洞大部分位于f16上盘，围岩类别以Ⅲ类为主。

顶拱：锚杆Ф28/Ф32,L=5/*******1.5m（相间布置）＋喷钢纤维混凝土厚12cm。

（未布置预应力锚索）边墙：上下游边墙布置锚杆Ф28/Ф32,L=5/*******1.5m（相间布置）＋喷钢纤维混凝土厚12cm；现场考察时，发现一个问题，就是陡倾角的节理与洞轴线的夹角比较小，上游高边墙上存在可能下滑的楔形体，主厂房也好，主变也好，顶拱与边墙都有这种楔形体，要注意及时支护。

地下厂房围岩的地下水也比较发育，几个探洞里的水哗哗的流，大概不会超过一个流量，总之，厂房洞室的地下水也是比较发育的。

锦屏二级地下厂房的总长度、跨度比龙滩的要小，8台机组，主厂房总长352.4m；比龙滩短，龙滩是388.5米，厂房高度大概72米左右，龙滩大概77-78m的样子。

锦屏二级装机容量8*600MW,单机引用流量232.5m3/s，蜗壳末端最大水压力（包括水击压力）329.2m。

一条洞子的引用流量是465m3/s,它两台机还抵不过龙滩一台机的流量，龙滩一台机大概是560m3/s，因此它的隧洞流速不高，在衬砌段流速4.11m/s，在二类围岩区，除了底板，它是不衬的，流速大概是3.77m/s。

压力管道的上平段、上弯段、竖井段、下弯段、下平段是钢筋混凝土的衬砌，衬砌厚度普遍是50cm，虽然开挖有60cm，但是有10cm是喷混凝土。