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天生橋一級水電站為西電東送的重點(diǎn)工程，也是珠江流域西江水系上游的南盤江龍頭電站，電站總裝機(jī)容量為1200MW（4×300MW），電站于1998年底首臺機(jī)組發(fā)電，至2000年工程竣工。

工程特征

溢洪道布置于右岸埡口處，其開挖料為大壩填筑的主要料源。溢洪道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇洪水(Q=20900m3/s)設(shè)計(jì)，可能最大洪水(Q=28500m3/s)校核。經(jīng)水庫調(diào)洪后，相應(yīng)的下泄流量分別為14782m3/s和21750m3/s。泄洪孔口尺寸為寬13m，高20m，共5孔。

溢洪道全長1665m，由引渠、溢流堰、泄槽、挑流鼻坎和護(hù)岸工程組成。引渠長1122m，底寬120m，渠底高程745m，底坡i=0。渠道兩側(cè)為垂直邊坡，每隔22m高設(shè)1條12m寬的馬道，引渠基本不襯砌。溢流堰頂高程760m，設(shè)5孔寬13m高20m的弧形閘門，溢流前緣總長81m。堰后為泄槽，泄槽平面采用不對稱收縮體型，橫斷面為矩形，縱坡i=13%。為避免氣蝕破壞，在泄槽段共設(shè)5道摻氣槽。泄槽軸線與下游河道的交角為50°～60°，且流速高，泄量大，泄洪功率達(dá)2800萬kW。經(jīng)水力模型試驗(yàn)研究，選用左槽正向擴(kuò)散連續(xù)大挑角鼻坎和右槽窄縫曲面貼角斜鼻坎的結(jié)合方案，較好地解決了泄流消能問題。在工程建設(shè)過程中，對上述設(shè)計(jì)方案做了簡化，取消了泄槽中隔墩；又經(jīng)水力模型試驗(yàn)，選取了兩側(cè)擴(kuò)散的舌形鼻坎方案，在出口河岸相應(yīng)地做了保護(hù)。

引水發(fā)電系統(tǒng)

引水發(fā)電系統(tǒng)位于左岸砂泥巖地區(qū)。進(jìn)水口設(shè)在左岸8號沖溝內(nèi)，10號沖溝下游側(cè)布置地面廠房，采用單機(jī)單管布置。

引水系統(tǒng)包括引渠、進(jìn)水口、引水隧洞和壓力鋼管道。根據(jù)進(jìn)水口的布置，傍山開挖形成引渠。引渠沿中心線長度為284m，梯形復(fù)式斷面。其底板寬98m，高程710m。進(jìn)水口采用岸邊塔式，進(jìn)水塔長98m，寬27.5m，高84m。設(shè)置2道直柵槽，內(nèi)設(shè)16扇攔污柵，1扇檢修門及4扇事故門。對外通過塔頂交通橋與左岸公路相連。引水隧洞4條，中心距24m，內(nèi)徑9.6m，縱坡7.5%～10%，水平投影長380.39～494.09m。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一次支護(hù)和二次襯砌形式，局部過溝地段二次支護(hù)改用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌。壓力鋼管道4條，中心距23.1m，采用斜井布置，坡度50°，由上彎管、斜井管、下彎管和水平管組成。鋼管內(nèi)徑7～8.2m，水平投影長158.78～172.19m，管壁厚22～30mm。

地面廠房

地面廠房位于左岸10號沖溝下游側(cè)，順河向布置。廠區(qū)后山坡臨時(shí)邊坡高達(dá)154m，永久邊坡高達(dá)109m，并有斷層和向背斜結(jié)構(gòu)面，對邊坡穩(wěn)定有影響。為此做了大量邊坡穩(wěn)定分析，采取了邊坡綜合治理措施，并設(shè)置了監(jiān)測系統(tǒng)。

主廠房長154.4m，寬26m，高67m。廠房內(nèi)安裝4臺單機(jī)容量為300MW的水輪發(fā)電機(jī)組，其安裝高程為633.5m。上游側(cè)副廠房布置電氣設(shè)備，下游側(cè)副廠房布置水輪機(jī)設(shè)備，端頭副廠房為中控室及計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備。主變壓器布置在上游側(cè)副廠房的上游，出線架位于上游副廠房屋頂上，4回220kV出線至換流站。

放空隧洞

放空隧洞位于右岸1號沖溝的下游側(cè)，全長1062.17m，進(jìn)口高程為660m，具有施工期參與后期導(dǎo)流、水庫蓄水期向下游電站供水、運(yùn)行期放空水庫檢修大壩面板等功能。距放空隧洞進(jìn)口339.17m處設(shè)事故閘門并，并高131m，內(nèi)徑11.4m，內(nèi)設(shè)6.8m×9m的事故平板鏈輪閘門；距進(jìn)口560.67m處為工作閘門室，內(nèi)設(shè)6.4m×7.5m的工作弧形閘門；工作閘門室之前為圓形有壓隧洞，長557.67m。內(nèi)徑9.6m；其后為方圓形無壓隧洞，長489.5m，寬8m，高11m；洞后接長約162m的出口明渠及挑流鼻坎。

事故閘門井以交通便橋與右壩頭相接；工作閘門室以交通通風(fēng)洞與場內(nèi)公路相連。交通通風(fēng)洞布置在放空洞的左側(cè)，為雙層結(jié)構(gòu)，上層交通，下層通風(fēng)。

大壩安全監(jiān)測

變形監(jiān)測 3.1.1內(nèi)部變形監(jiān)測

變形監(jiān)測

(l)觀測點(diǎn)布置大壩布置有3個(gè)觀測斷面，0 630斷面為河床中部最大斷面，右岸0十438斷面在1/2壩高處，左岸0十918斷面位于地形突變部位。在觀測斷面的665、692、725、758m高程，共布置有沉降測點(diǎn)50個(gè)，水平位移測點(diǎn)31個(gè)。

(2)觀測儀器壩體內(nèi)部垂直位移觀測采用水管式沉降儀，水平位移觀測采用引張線式水平位移計(jì)。天生橋大壩安裝的垂直、水平位移計(jì)管線最大長度達(dá)350m，堪稱世界第一。

3.1.2面板撓度監(jiān)測

面板撓度觀測通常采用埋設(shè)測斜儀導(dǎo)管的方法，用活動(dòng)式測斜儀觀測導(dǎo)管的撓度變形。大壩面板坡長305m，如采用活動(dòng)式測斜儀則存在以下問題：測繩太長可能產(chǎn)生測頭下放困難；采用測頭下放的輔助牽引裝置，又耽心輔助牽引裝置一旦發(fā)生故障，很難檢修；觀測耗費(fèi)時(shí)間很長，也難以實(shí)現(xiàn)觀測的自動(dòng)化等。承建單位的巴西專家，根據(jù)辛戈壩的經(jīng)驗(yàn)，建議采用電平器進(jìn)行面板撓度觀測，經(jīng)參建各方認(rèn)真研究，這一建議得到了采納。電平器是一種固定式測斜儀，觀測精度高，根據(jù)電平器觀測的測點(diǎn)傾角變化可計(jì)算面板的撓度曲線。天生橋大壩3個(gè)觀測斷面的面板上游共布置64個(gè)電平器來觀測面板撓度變形。

3.1.3接縫監(jiān)測

(1)周邊縫沿周邊縫布置有12組三向測縫計(jì)，觀測縫面開度、沉降和切向位移相對變化。

(2)垂直縫在面板垂直伸縮縫的張性縫區(qū)、張性縫和壓性縫過渡區(qū)，跨縫布置單向測縫計(jì)24支，用來觀測縫面開合變化。

(3)面板脫空觀測大壩一期面板澆筑后，檢查發(fā)現(xiàn)面板頂部與墊層料間有大面積脫空，決定在二期面板布置2組二向測縫計(jì)，觀測面板和墊層料接觸縫面的法向和切向變形；在三期面板布置7組觀測面板脫空變形的二向測縫計(jì)。

3.1.4表面變形監(jiān)測

在壩體上、下游壩面和壩頂，共布置視準(zhǔn)線8條，其中布置在一、二期面板頂部的視準(zhǔn)線為施工期臨時(shí)測線，水平位移觀測采用視準(zhǔn)線法，垂直位移用水準(zhǔn)儀觀測。

滲流監(jiān)測 3.2.1滲流壓力監(jiān)測

滲流監(jiān)測

(1)壩體滲流壓力在距趾板“X”線下游3m的墊層料區(qū)基礎(chǔ)面，布置有坑埋式滲壓計(jì)13支，用來觀測周邊縫后壩體的滲壓。

(2)壩基滲流壓力在趾板灌漿帷幕前后，布置有鉆孔式滲壓計(jì)21支，觀測壩基滲壓，了解帷幕阻滲效果。

(3)繞壩滲流水位在左、右岸壩肩，共布置16個(gè)鉆孔測壓管觀測繞壩滲流水位。

3.2.2滲流量監(jiān)測

大壩下游布置了1個(gè)滲流匯集系統(tǒng)。在下游壩腳設(shè)置1道截水墻，攔截壩體滲水，使?jié)B流匯集，通過布置在右岸的引渠流向下游，在引渠設(shè)置量水堰觀測壩體滲流。在右岸壩肩排水系統(tǒng)的2個(gè)洞口布置了觀測壩肩滲流量的量水堰。

壓力、應(yīng)力和溫度監(jiān)測 3.3.1壓力監(jiān)測

壓力應(yīng)力溫度

大壩0十630斷面4個(gè)不同高程的面板與墊層料接觸面，布置有觀測接觸土壓力的土壓力計(jì)；在壩體過渡料中部和壩軸線處，布置有觀測平面應(yīng)力變化的土壓力計(jì)。大壩共布置土壓力計(jì)28支。

3.3.2混凝土面板應(yīng)力和溫度監(jiān)測

大壩面板布置了應(yīng)力應(yīng)變觀測剖面6個(gè)，溫度觀測剖面4個(gè)，有應(yīng)變計(jì)84支、無應(yīng)力計(jì)15支、鋼筋計(jì)55支、溫度計(jì)27支，共計(jì)181支儀器，用來觀測面板的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度變化。

3.4地震反應(yīng)監(jiān)測

大壩設(shè)置了遙測微震臺網(wǎng)，記錄壩區(qū)和庫區(qū)地震情況；在壩體和基巖布置強(qiáng)震儀監(jiān)測壩體的地震反應(yīng)。

運(yùn)行概況

1998年8月天生橋一級電站水庫正式蓄水，同年最高水位達(dá)740.36m，發(fā)生時(shí)間為1998年11月8日，1998年12月一級電站首4#機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，此時(shí)大壩已完成堆石體填筑(787.3m)及三期面板澆筑，下游壩體經(jīng)濟(jì)斷面于12月填筑到787.3m高程。

1999年水庫最高水位767.19m，為99年9月1日，大壩進(jìn)行防浪墻及壩體787.3m～791.0m高程施工，99年12月3#機(jī)投入運(yùn)行。

2000年水庫蓄水至正常水位780.0m運(yùn)行(10月17日)，年底大壩施工全部完成，2000年9月2#機(jī)投入運(yùn)行，12月1#機(jī)投入運(yùn)行，至此四臺機(jī)組全部投入運(yùn)行。

2001年水庫蓄水至正常水位780.0m運(yùn)行(11月11日)，2002年水庫蓄水至776.96m運(yùn)行(9月17日)。

運(yùn)行特點(diǎn)

(1)天生橋一級水電站為南盤江龍頭電站，庫容大，大壩為世界第二、亞州第一高的面板堆石壩，大壩的安全將對下游已建電站(天生橋二級、巖灘、大化)和在建電站(平班、龍灘)及沿岸國家和人民生命財(cái)產(chǎn)關(guān)系重大，若出現(xiàn)意外，將是災(zāi)難性的，損失難以估量，所以必須保證大壩的安全運(yùn)行。

(2)一級電站下游6.5km為天生橋二級水電站首部樞紐。二級電站為逕流式電站，水庫有效庫容僅為800萬m3，無調(diào)節(jié)性能。二級電站溢流壩閘門為平板門，單寬流量小，一級電站溢洪道閘門為弧形門，單寬流量大，所以天生橋一、二級電站的聯(lián)合渡汛將十分重要。一、二級電站泄洪時(shí)要密切配合，一級電站每開一扇閘門要等二級電站達(dá)到相近的泄流量，穩(wěn)定安全運(yùn)行的水位，一級電站才能開一下扇閘門，以此類推。當(dāng)泄流量較大時(shí)，閘門操作時(shí)間較長，并且整個(gè)閘門操作過程一、二級要配合好，不能出現(xiàn)調(diào)度、聯(lián)系、操作等每個(gè)環(huán)節(jié)的錯(cuò)誤，否則將對二級電站的安全帶來較大影響。

(3)一級電站大壩的安全運(yùn)行，關(guān)鍵在面板、面板與趾板之間的周邊縫的工作狀態(tài)。現(xiàn)代混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)的原則之一是，面板的應(yīng)力狀態(tài)直接和堆石壩體變形有關(guān)，和水壓力關(guān)系不明顯。意味著面板主要承受它和堆石壩體之間的位移差引起的荷載，不主要承受水壓力。面板狀態(tài)取決于堆石壩體的變形狀態(tài)。面板主要是傳遞水壓力給大壩堆石體，由于面板是鋼筋混凝土，屬剛性體，受大壩變形影響，面板將產(chǎn)生裂縫，同時(shí)面板與大壩墊層料產(chǎn)生脫空，也將使面板產(chǎn)生裂縫，需及時(shí)做出修補(bǔ)，否則將影響大壩的安全運(yùn)行。

(4)溢洪道是天生橋一級水電站唯一的泄洪設(shè)施，它的安全運(yùn)行關(guān)系到大壩的安全，同時(shí)對下游已建工程及沿河國家及人民財(cái)產(chǎn)影響重大，所以對溢洪道機(jī)電設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)的檢查、維護(hù)極為重要，必須確保每次閘門操作能正常進(jìn)行。

(5)天生橋一級電站水庫庫容大，對下游已建電站的經(jīng)濟(jì)效益顯著，可增加已建電站(天生橋二級、巖灘、大化)的保證出力88.39萬kW，增加年發(fā)電量40.77億kW.h，相當(dāng)于新建一座百萬千瓦級的水電站。一級電站每年汛未的水庫蓄水對電站群的經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要，設(shè)計(jì)文件規(guī)定，一級電站水庫汛限水位為773.1m，在9月10日后才能蓄至正常水位780.0m運(yùn)行，由于南盤江流域主汛期為每年6～8月，對水庫蓄水帶來不利影響，如果出現(xiàn)主汛期來水集中，后汛期(9～10月)來水較少，就可能出現(xiàn)水庫不能蓄水至正常水位780.0m運(yùn)行，所以應(yīng)對汛限水位773.1m進(jìn)行調(diào)整提高或?qū)尚钪琳Ｋ坏臅r(shí)間(9月10日)調(diào)整，可以考慮對汛限水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，在滿足電站安全運(yùn)行的前提下，可適時(shí)根據(jù)每年來水情況進(jìn)行調(diào)整，有利水庫蓄水。

(6)天生橋一級電站放空洞作為在施工期參加導(dǎo)流，運(yùn)行期作為電站旁通和放空水庫用的特點(diǎn)，放空洞的安全運(yùn)行較重要。由于放空洞工作閘門屬于地下洞室，有滲水，空氣流動(dòng)性差，較潮濕，閘門控制設(shè)備容易受潮，不能保證正常工作，需作防水、通風(fēng)處理，由于大壩是目前運(yùn)行最高的面板堆石壩，如果大壩出現(xiàn)險(xiǎn)情，必須保證放空洞能及時(shí)運(yùn)行，開閘放水降低庫水位，所以放空洞的閘門操作系統(tǒng)要維護(hù)好，以保證隨時(shí)能投入運(yùn)行。

(7)引水系統(tǒng)跨左岸10#沖溝，由于隧洞在沖溝部位為中厚層泥巖和砂巖互層，局部上覆巖體較薄，最薄處只有21.4m，在該段的隧洞采用后張控預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，隧洞投入運(yùn)行測壓管水位在蓄水后有明顯升高，宜控制滲壓防止發(fā)生水力劈裂，2000年在10#沖溝隧洞上履巖進(jìn)行灌漿處理，以提高圍巖的彈性模量。經(jīng)過灌漿圍巖彈性模量得到明顯提高。同時(shí)利用68#地質(zhì)探洞（在10#沖溝上游側(cè)）補(bǔ)打排水孔，降低巖體滲透壓力，經(jīng)過觀測，測壓管水位得到降低，有效防止水力劈裂的產(chǎn)生，提高了隧洞的安全運(yùn)行。