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王君利,任 苇
(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)
摘 要：针对多布水电站工程复杂的工程地质问题、特点和技术难点，通过大量系统地分析研究，采用了多项新技术，解决了巨厚复杂覆盖层工程分层、物理力学参数取值、地基不均匀沉降变形、砂层液化、深基坑边坡稳定、渗漏渗透稳定问题；完成了复杂巨厚(359.3 m)覆盖层、高闸坝(厂房高54.5 m,挡水高度49.5 m)坝基处理、沉降变形及渗流控制、完善的止水系统和有效的防冲刷措施、砂层地震液化处理、岩体风化卸荷松动的高边坡处理、超深厚复杂覆盖层的边坡处理及基坑排水等，创新成果突出。自2015年工程运行以来，各项指标均满足设计要求，运行安全可靠。
关键词：多布水电站;巨厚覆盖层;复杂地质；技术难点;创新
多布水电站工程位于西藏自治区林芝市巴宜区多布村，是尼洋河干流巴河口以下河段水电开发规划推荐的先期开发项目，是西藏自治区“十二五”重点项目。下游距林芝市政府所在地28 km，川藏公路从左岸通过。是中国360 m级巨厚覆盖层上修建的最高闸坝。工程主要任务为发电，兼顾灌溉，为Ⅲ等中型工程。本工程枢纽土工膜防渗砂砾石坝、泄水建筑物、厂房等拦河建筑物设计洪水标准为100年一遇(3 580 m3/s)，校核洪水标准取为1 000年一遇(4 800 m3/s)，消能防冲建筑物洪水标准取30年一遇[1-2]。
多布水电站位于尼洋河唯一“峡谷”河段，全长约520 m，坝址区位于峡谷进口段，河谷两岸不对称，右高左低，右岸为二长花岗岩条形山梁，二长花岗岩呈岩基状产出，侵入于二叠系上统变质石英砂岩夹板岩中；左岸为第四系覆盖层堆积台地,地层主要有冲积、洪积、崩坡积等成因类型，沉积时代自Q2早期～Q4等均有分布，最大厚度359.3 m。工程地质条件较复杂，存在右岸深部卸荷及浅表部变形，左岸深厚覆盖层承载力、变形、液化、渗漏等工程地质问题。多布水电站工程场地50年超越概率10%时的地表和基岩峰值加速度分别为0.206g和0.140g，反应谱特征周期分别为0.65 s和0.70 s，按照NB35047-2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》[3]，其相对应的地震基本烈度为Ⅶ度。
2.1 巨厚覆盖层复杂地质条件
西藏尼洋河多布水电站枢纽工程地处高原,地形地质条件十分复杂,河床及左岸为巨厚复杂覆盖层, 左岸台地覆盖层厚180～359.3 m；河床覆盖层左深右浅，一般厚60～180 m，右岸覆盖层厚度16～50 m。根据覆盖层颗粒级配、粒径大小和物质组成，将坝址区覆盖层划分为14层，为巨厚覆盖层。覆盖层为多种成因形成，具有砂卵石、砂层水平均匀交互分层的特点，防渗性能及基础承载力、变形特性相应出现强弱交替、软硬相间的特点。
2.2 右岸坝肩山梁地质条件差
右岸坝址区基岩为二长花岗岩条形山梁，二长花岗岩呈岩基状产出，侵入于二叠系上统变质石英砂岩夹板岩中，岩石致密、坚硬。右岸坝肩为深厚卸荷岩体，其中0～30 m为强风化、强卸荷；30～45 m为弱风化、弱卸荷；45～175 m微风化、深卸荷。整个卸荷岩体外部又附着3个规模不等的变形体。右岸岩体风化、卸荷、松动深厚。
2.3 工程地质主要问题
左岸及河床巨厚复杂覆盖层主要存在不均匀沉降、渗漏渗透稳定、承载力偏低、深基坑边坡稳定、砂土层液化和抗冲能力低等问题。右岸存在边坡稳定及绕坝渗漏问题。
3.1 设计的主要特点
3.1.1 巨厚覆盖层复杂地质条件
坝址区覆盖层厚度超过359.3 m，为巨厚覆盖层，覆盖层为多种成因形成，具有砂卵石、砂层水平均匀交互分层的特点，防渗性能及基础承载力、变形特性相应出现强弱交替、软硬相间、砂土层液化和抗冲能力低的特点。右岸岩体风化、卸荷、松动深厚。且坝前分布bx01、bx02变形体，坝肩分布bx03变形体，地质条件较差。
3.1.2 枢纽布置
(1) 枢纽建筑物布置充分结合了地形地质条件,充分考虑泄水建筑物兼顾二期导流，因地制宜采用土工膜防渗砂砾石坝、左岸布设泄洪闸泄水建筑物、机组采用贯流式闸坝方案, 枢纽布置合理紧凑。枢纽建筑物布置见图1。
图1 枢纽建筑物布置图
(2) 左岸泄洪闸及生态放水孔、引水发电系统、左副坝及鱼道等建筑物布置在左岸覆盖层开挖面，采用主河床一期导流、二期泄洪闸导流、主河床土工膜防渗砂砾石坝结合上游围堰一次建成，有利于减少施工干扰，以加快施工进度，提前发电。
3.1.3 国内巨厚覆盖层上最高闸坝
多布电站水工建筑物基础为巨厚覆盖层，厚度达359.3 m。厂房挡水坝段高达49.5 m，其与相邻的泄洪闸坝段、安装间坝段间基础面高差将近30 m。中国福堂水电站挡水闸高31 m，覆盖层厚65 m[4]；锦屏二级挡水闸高34 m，覆盖层厚约40 m[5]。因此，多布水电站作为中国巨厚覆盖层上的最高闸坝，其基础不均匀沉降、砂土层液化、防渗控制及止水系统等设计处理方案均体现了中国最高水平。
3.1.4 承载力及变形控制
多布水电站地质条件复杂，泄洪闸基础为中粗砂层，厂房建筑物基础为砂卵石，地基承载力不足。三维沉降计算分析，最大沉降量达到20 cm，不满足规范要求，因此设计中深入研究不同地基处理措施、施工工序下高闸坝建筑物应力应变，分析其沉降量及沉降差等控制指标，同时针对机组振动、水流脉动对厂房结构基础影响，进行了静动力三维有限元计算研究[6]。通过大量的研究分析，采用高坝段强处理、低坝段弱处理、中间坝段过渡处理的综合地基处理措施。对最高的厂房坝段，采用长桩协力形式的长短桩复合地基设计理念，减小了地基上部的沉降变形，提高了基底土层的承载力，解决了通常短桩加固后的地基承载力不足和均匀沉降的问题。土工膜防渗砂砾石坝坝基及下游砂土层液化问题，采用碎石桩和压重处理等工程措施。
3.1.5 防渗控制及止水系统
闸坝基础防渗充分利用基础相对不透水层，采用悬挂式混凝土防渗墙措施，既达到防渗防冲目的，又节约了工程投资。
止水系统针对深厚覆盖层地基高闸坝及相邻坝段高差大的特点，系统集成了沥青井、高鼻大翼缘止水带、连接板与防渗墙缝间SR表面止水、防渗墙顶部凹槽止水结构等止水方案，防渗墙与建筑物之间的永久缝采用“双层止水、分块封闭检查”的措施，解决了大变形地基上高闸坝止水系统适应性和完好性。
(1) 沥青井止水技术以往用于重力坝工程上，刘家峡[6]、大峡[7]等水电站重力坝横缝均采用该型式，1998年蓄水的万家寨水库枢纽大坝横缝[8]、1992年建成的岩滩水电站大坝伸缩缝[9]亦采用该型式，但在软基挡水建筑物应用尚数首次。
(2) 高鼻大翼缘止水带最早应用于面板堆石坝止水设计中[10]，多布水电站设计中，考虑5～9号泄洪闸基础位于回填砂卵石上，而回填压实对沉降的影响不易控制，竖向剪切对竖向止水影响较大，采用鼻子高150 mm、宽30 mm的铜止水，能承受80～100 mm的沉陷变形、80～100 mm的张开变形和60～80 mm的剪切变形。
(3) 连接板与防渗墙缝间SR表面止水、防渗墙顶部凹槽止水结构等止水方案，是为了充分适应防渗墙与相邻连接板、挡墙结构间的变形，有针对设计的专利技术。“一种防渗墙顶部凹槽止水结构” 、“连接板与防渗墙缝间连接的SR止水结构及其止水方法”分别申请实用新型、发明专利。
(4) “双层止水、分块封闭检查”技术：为检查止水片的埋设质量和止水效果，在双层止水片之间设置骑缝检查槽，检查槽尺寸为10 cm×10 cm，将连通的止水采用竖向止水分隔成封闭的区间，每个区间设置进水管、出水管，对止水检查槽向各个止水分区进行压水检查，观测止水片是否漏水，必要时进行低弹聚合物灌浆。
3.1.6 施工过程监测反演的控制
针对深厚覆盖层地基高闸坝及相邻坝段高差大、不均匀沉降大可能引起止水系统损坏失效，采用“工序优化、过程控制、成果分析”的施工反馈机制和合理施工工序，在施工中控制不同建筑物高差，并对沉降差持续监测和反馈分析，有效解决了施工过程建筑物不均匀沉降问题。
3.2 设计的技术难点
多布水电站设计的难点在于“复杂深厚”(基础覆盖层巨厚、有14层且物质组成复杂，并存在砂土液化层)、“高”(挡水坝段最大坝高49.5 m)、“差”(右岸岩体风化、卸荷、松动深厚，河床及左岸河谷抗冲能力差)3个方面，由此带来了复杂的变形控制、防渗、防冲刷及地震液化等问题。
(1) 基础覆盖层巨厚(厚度达359.3 m)，具有砂卵石、砂层水平均匀交互分层的特点，防渗性能及基础承载力、变形特性相应出现强弱交替、软硬相间的特点。针对超深厚复杂覆盖层工程分层多且组成复杂、物理力学参数低、地基不均匀沉降变形、砂层液化、深基坑边坡稳定、渗漏渗透稳定、抗冲能力问题。如何选择主要建筑物型式、工程布置、合适建基面、沉降变形防渗控制、止水系统适应可靠、砂层地震液化处理和消能防冲方案是本工程设计的关键。
(2) 多布水电站厂房坝段高达49.5 m，其与相邻的泄洪闸坝段、安装间坝段间基础面高差将近30 m，不均匀变形问题突出，基础应力(0.56 MPa)超出地基允许承载力。基础处理的研究和处理措施、土工膜防渗砂砾石坝坝基及下游砂土层液化的研究和处理措施等是工程设计的重点[11]。
(3) 防渗控制和止水系统适应可靠是工程设计的难点。针对防渗墙与连接板、混凝土挡墙及土工膜之间，连接板与泄洪闸厂房挡水坝段及混凝土挡墙之间，不同主要建筑物的分缝等止水系统类型多且复杂，研究分析选择合理可靠的连接方式和止水材料，确保防渗体止水系统能够适应有效应力应变特性，其难度在国内均属于研究前沿。
(4) 右岸边坡岩体风化、卸荷、松动深厚，有多条拉裂缝穿过坝肩, 边坡开挖高度约80 m，工程边坡问题和右岸防渗问题较突出。如何确保在右坝肩安全稳定基础上，减少开挖量；右岸防渗与坝体防渗有效连接及防渗安全也是工程设计的重点之一。
针对本工程复杂的工程地质问题、特点和技术难点，通过大量系统地分析研究，采用了多项新技术，解决了巨厚复杂覆盖层工程分层、物理力学参数取值、地基不均匀沉降变形、砂层液化、深基坑边坡稳定、渗漏渗透稳定问题，完成了复杂巨厚(359.3 m)覆盖层、高闸坝坝基处理、沉降变形及渗流控制、完善的止水系统、泄水建筑物消能型式的选择和有效的防冲刷措施、砂层地震液化处理、岩体风化卸荷松动的高边坡处理、巨厚复杂覆盖层的边坡处理及基坑排水等，创新成果突出。
(1) 2015年工程运行以来安全可靠，工程设计填补了国内外在360 m级深厚复杂覆盖地层上建设50 m级高闸坝技术的空白，促进了水利水电行业技术进步。
(2) 在水工建筑物基础处理中采用长桩协力形式的长短桩复合地基设计理念，有效减小了地基上部的沉降变形，提高了基底土层的承载力，解决了通常短桩加固后的地基承载力不足的问题[12]。
(3) 针对深厚覆盖层地基水工建筑物上沉降变形不协调的问题，系统进行防渗止水设计，止水系统集成了沥青井、高鼻大翼缘止水带、连接板与防渗墙缝间SR表面止水、防渗墙顶部凹槽止水结构等止水方案，解决了大变形地基上水工建筑物的防渗止水适应性和可靠性问题。
(4) 采用“工序优化、过程控制、成果分析”的施工反馈机制和合理施工工序，在施工中控制不同建筑物高差，并对沉降差持续监测和反馈分析，有效解决了施工过程建筑物不均匀沉降问题。
(5) 按照“坡降控制、渗量合理”的渗流控制设计原则，采用“防渗墙折减系数分析法”和“水力坡降法”两种渗流安全控制方法及渗流控制指标，充分利用基础相对不透水层，采用悬挂式混凝土防渗墙措施，既达到防渗防冲目的，又节约了工程投资。
(6) 河床砂砾石坝坝基及下游砂土层液化问题，通过大量科研试验和分析研究，采用碎石桩和压重处理等工程措施，有效解决坝基砂土层液化问题。
(7) 设计充分考虑泄水建筑物兼顾二期导流，针对河床抗冲能力低问题，通过科研试验和分析研究，采用复合消能措施(消力池+差动式消力堆)，消力池末部设防冲墙和钢筋笼海曼等措施，有效解决了河床抗冲能力低问题。
(8) 重视生态环保,首次在西藏地区实现并建成过鱼建筑物和满足河道生态流量的建筑物,实现了环境友好型工程的目标。
西藏尼洋河多布水电站复杂的工程地质问题、技术难点得到有效解决，工程设计和建设填补了国内外在360 m级深厚复杂覆盖地层上建设50 m级高闸坝技术的空白，促进了水利水电行业技术进步。
2015年工程运行以来，渗流、沉降等各项监测资料均满足设计安全要求，运行安全可靠。
参考文献：
[1] 中华人民共和国建设部.防洪标准：GB50201-2014[S].北京：中国计划出版社，2014,11.
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[3] 中华人民共和国国家经济贸易委员会.水电工程水工建筑物抗震设计规范：NB35047-2015[S].北京：水利电力出版社，2006,11.
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[12] 林本海,方辉.长短桩高强复合地基在高层建筑中的应用[J].岩土力学,2009,30(z2)：302-305.
Technical Difficulty and Design Renovation of Duobu Hydropower Station
WANG Junli, REN Wei
(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065,China)
Abstract：Aiming at the complicated engineering geological issues, features and technical difficulties, through systematic analysis and study, and by application of new technologies, the geological issues are solved. These issues includes the engineering layering of the largely thick and complicated overburden, selection of the physical mechanic parameters, uneven settlement deformation of foundation, liquefaction of sand layer, slope stability of deep foundation pit, seepage and permeable stability, etc. The dam foundation treatment, control of settlement deformation and seepage flow, perfect waterstop system and effective anti-scouring facilities, treatment of earthquake liquefaction of sand layer, treatment of high slope with unloading loose of weathered rockmass, slope treatment of largely thick and deep overburden, drainage of foundation pit of the high gate dam ( the powerhouse is 54.5 m high and its water-retaining height is 49.5 m) on the complicated largely thick (359.3 m) overburden are fulfilled. The renovating accomplishments are outstanding. Since the dam operation from 2015, indicators of the dam satisfy design requirements, the dam operation is safe and reliable.
Key words：Duobu Hydropower Station; largely thick overburden; complicated geology; technical difficulty; renovation
作者简介：王君利(1960-)，男，陕西省泾阳县人，教授级高工，从事水利水电工程设计工作.