创新技术保障高水头大断面调压井工程安全和效率

（1）狭窄河谷、深厚覆盖层上的高混凝土面板堆石坝设计

九甸峡坝址区河谷地形狭窄，两岸岸坡极不对称，河床坝基为深厚覆盖层，且位于高烈度地震区。设计单位联合科研院所开展的大量研究工作有效地解决了工程中的技术难点，经全面的技术经济比较，确定采用混凝土面板堆石坝坝型。针对坝址区地质条件和面板堆石坝防渗要求，提出了将河床平趾板直接建于覆盖层上的设计方案。在深入研究坝基覆盖层、防渗墙与上部坝体的相互作用以及各防渗结构单元变形协调要求和应力条件的基础上，通过对单防渗墙柔性连接方案、双防渗墙柔性连接方案和双防渗墙刚性连接方案的对比分析，确定采用单防渗墙柔性连接设计方案。

（2）高混凝土面板堆石坝面板混凝土抗裂综合措施

在面板混凝土配比和防裂处理方面，采取了系统的工程处理措施，有效地控制了面板混凝土的开裂和裂缝发展。

①结合九甸峡工程的结构要求及气候特点，按照C30混凝土的强度要求，对其配合比、材料抗裂性能等进行了详细优化研究，提出了掺加聚丙烯腈纤维的设计方案，每立方米混凝土中掺加0.9 kg聚丙烯腈，可以有效地提高面板的早期抗裂性能和耐久性。

②针对工程区的寒冷天气条件，设计面板混凝土水灰比小于0.35，溜槽入口处的坍落度控制为3～7 cm，含气量控制在4.0%～6.0%，从而有效地保证了面板混凝土良好的耐久性、抗渗性、低收缩性、和易性。

③为减轻和避免坝体不均匀沉陷引起面板裂缝，对坝体材料特别是主堆石料、过渡料和垫层料提出了严格的材料、级配、压实标准等要求，使其孔隙率分别控制在19.1%、17.3%、16.2%以下，使大坝堆石料具有较低的压缩性。

④通过采用挤压墙施工方法，提高了垫层料的填筑强度和施工效率。为减小挤压式混凝土边墙对面板底部的约束，在挤压式混凝土边墙对应面板垂直缝处进行了人工切缝，并在挤压墙和面板之间喷涂乳化沥青。通过以上措施，一期面板未出现裂缝，二期面板仅有很少裂缝且不贯穿，面板质量优良。

（3）发电引水系统进水口设置的二道坝，有效地解决了高坝大库生态取水问题

为了满足环境保护部门对坝前的分层取水要求，在发电引水系统进水口前40.00 m处布置了一道在平面上呈圆弧形的隔水二道坝，二道坝坝顶高程为2163.00 m，其高程较进水口底板高21.0 m，较水库死水位低3.0 m。二道坝坝顶高程和坝顶埋管高度的设计，既满足水库在最低运行水位时的发电引水要求，同时也满足电站正常运行期间尽量引用水库表层水温较高库水，以尽量避免电站引水对下游河道水生生物的不利影响。该设计理念对高坝大库为生态保护需要进行分层取水设计具有一定的借鉴意义。(www.xing528.com)

（4）高水头大断面调压井结构设计

九甸峡工程调压井井筒直径为22 m，高度为93 m，其中井筒下部结构2/3置于山体基岩中，井筒上部1/3在地面以上，为高耸结构，结构的抗震安全至关重要。同时，由于调压井紧邻电站厂房后边坡布置，为避免由于调压井衬砌结构开裂渗水对厂房后边坡稳定的影响，井筒衬砌结构必须按限裂设计。由于调压井直径大，内水水头高，结合调保计算结果，阻抗孔附近PD值达到1610，采用常规的钢筋混凝土衬砌结构，难以实现衬砌结构裂缝小于0.25 mm。为此，对调压井下部1/2高度范围衬砌结构采用预应力混凝土以改善衬砌结构的受力条件。环锚预应力技术的成功应用，为高水头、大断面调压井衬砌结构设计与施工创造了新途径。

（5）岩土混合型高边坡治理

九甸峡水利枢纽工程电站厂址受地形、地质等条件的限制，厂房基坑开挖在厂后形成高达90 m以上的高边坡，边坡类型为岩土混合型，工程治理难度较大。针对厂后边坡的特点，设计中结合工程投资、施工工期、运行安全等因素，经过综合分析比较，采用了预应力锚索锚拉钢筋混凝土梁格结构进行边坡加固。运行监测表明，设计采取的工程措施合理、有效。

（6）机电设备布置及选型

①330 kV户内GIS开关站布置

电站厂区受地形地质条件及厂房位置的限制，330 kV开关站布置困难大。设计采用户内GIS开关站布置方式，节约了用地，便于架空线引入和引出，结构紧凑、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强、维护工作量很小，同时极大地缩短了间隔的安装调试时间，大幅度降低了工程的施工费用。

②主机选型先进性

九甸峡电站水头范围为97.87～135.06 m，水头变幅较大，且洮河含沙量较大。设计选用的HL166转轮适应150 m水头段和多泥沙河流的特点，采用了新型“轮缘翼前置”型叶片，叶片出水边按照现代转轮设计理念设计成空间扭曲形状，对于降低水压脉动、提高水轮发电机组的运行稳定性起到关键作用。水轮机的选型设计对九甸峡电站的水头和负荷变幅具有很好的适应性，保证了良好的能量、空化特性和内部流态。