天生橋一級水庫

天生橋一級水電站為西電東送的重點工程，也是珠江流域西江水系上游的南盤江龍頭電站，電站總裝機容量為1200MW（4×300MW），電站于1998年底首臺機組發電，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。溢洪道設計標準為千年一遇洪水(Q=20900m3/s)設計，可能最大洪水(Q=28500m3/s)校核。經水庫調洪后，相應的下泄流量分別為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。渠道兩側為垂直邊坡，每隔22m高設1條12m寬的馬道，引渠基本不襯砌。溢流堰頂高程760m，設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2800萬kW。經水力模型試驗研究，選用左槽正向擴散連續大挑角鼻坎和右槽窄縫曲面貼角斜鼻坎的結合方案，較好地解決了泄流消能問題。在工程建設過程中，對上述設計方案做了簡化，取消了泄槽中隔墩；又經水力模型試驗，選取了兩側擴散的舌形鼻坎方案，在出口河岸相應地做了保護。

引水發電系統

引水發電系統位于左岸砂泥巖地區。進水口設在左岸8號沖溝內，10號沖溝下游側布置地面廠房，采用單機單管布置。

引水系統包括引渠、進水口、引水隧洞和壓力鋼管道。根據進水口的布置，傍山開挖形成引渠。引渠沿中心線長度為284m，梯形復式斷面。其底板寬98m，高程710m。進水口采用岸邊塔式，進水塔長98m，寬27.5m，高84m。設置2道直柵槽，內設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，內徑9.6m，縱坡7.5%～10%，水平投影長380.39～494.09m。結構設計采用一次支護和二次襯砌形式，局部過溝地段二次支護改用后張法預應力混凝土襯砌。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，順河向布置。廠區后山坡臨時邊坡高達154m，永久邊坡高達109m，并有斷層和向背斜結構面，對邊坡穩定有影響。為此做了大量邊坡穩定分析，采取了邊坡綜合治理措施，并設置了監測系統。

主廠房長154.4m，寬26m，高67m。廠房內安裝4臺單機容量為300MW的水輪發電機組，其安裝高程為633.5m。上游側副廠房布置電氣設備，下游側副廠房布置水輪機設備，端頭副廠房為中控室及計算機監控設備。主變壓器布置在上游側副廠房的上游，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，全長1062.17m，進口高程為660m，具有施工期參與后期導流、水庫蓄水期向下游電站供水、運行期放空水庫檢修大壩面板等功能。距放空隧洞進口339.17m處設事故閘門并，并高131m，內徑11.4m，內設6.8m×9m的事故平板鏈輪閘門；距進口560.67m處為工作閘門室，內設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洞與場內公路相連。交通通風洞布置在放空洞的左側，為雙層結構，上層交通，下層通風。

大壩安全監測

變形監測 3.1.1內部變形監測

變形監測

(l)觀測點布置大壩布置有3個觀測斷面，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50個，水平位移測點31個。

(2)觀測儀器壩體內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。天生橋大壩安裝的垂直、水平位移計管線最大長度達350m，堪稱世界第一。

3.1.2面板撓度監測

面板撓度觀測通常采用埋設測斜儀導管的方法，用活動式測斜儀觀測導管的撓度變形。大壩面板坡長305m，如采用活動式測斜儀則存在以下問題：測繩太長可能產生測頭下放困難；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生故障，很難檢修；觀測耗費時間很長，也難以實現觀測的自動化等。承建單位的巴西專家，根據辛戈壩的經驗，建議采用電平器進行面板撓度觀測，經參建各方認真研究，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，根據電平器觀測的測點傾角變化可計算面板的撓度曲線。天生橋大壩3個觀測斷面的面板上游共布置64個電平器來觀測面板撓度變形。

3.1.3接縫監測

(1)周邊縫沿周邊縫布置有12組三向測縫計，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、張性縫和壓性縫過渡區，跨縫布置單向測縫計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，檢查發現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，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。

3.1.4表面變形監測

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

滲流監測 3.2.1滲流壓力監測

滲流監測

(1)壩體滲流壓力在距趾板“X”線下游3m的墊層料區基礎面，布置有坑埋式滲壓計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個鉆孔測壓管觀測繞壩滲流水位。

3.2.2滲流量監測

大壩下游布置了1個滲流匯集系統。在下游壩腳設置1道截水墻，攔截壩體滲水，使滲流匯集，通過布置在右岸的引渠流向下游，在引渠設置量水堰觀測壩體滲流。在右岸壩肩排水系統的2個洞口布置了觀測壩肩滲流量的量水堰。

壓力、應力和溫度監測 3.3.1壓力監測

壓力應力溫度

大壩0十630斷面4個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；在壩體過渡料中部和壩軸線處，布置有觀測平面應力變化的土壓力計。大壩共布置土壓力計28支。

3.3.2混凝土面板應力和溫度監測

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

3.4地震反應監測

大壩設置了遙測微震臺網，記錄壩區和庫區地震情況；在壩體和基巖布置強震儀監測壩體的地震反應。

運行概況

1998年8月天生橋一級電站水庫正式蓄水，同年最高水位達740.36m，發生時間為1998年11月8日，1998年12月一級電站首4#機組投產發電，此時大壩已完成堆石體填筑(787.3m)及三期面板澆筑，下游壩體經濟斷面于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，大壩進行防浪墻及壩體787.3m～791.0m高程施工，99年12月3#機投入運行。

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

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

運行特點

(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產關系重大，若出現意外，將是災難性的，損失難以估量，所以必須保證大壩的安全運行。

(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，無調節性能。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、二級電站的聯合渡汛將十分重要。一、二級電站泄洪時要密切配合，一級電站每開一扇閘門要等二級電站達到相近的泄流量，穩定安全運行的水位，一級電站才能開一下扇閘門，以此類推。當泄流量較大時，閘門操作時間較長，并且整個閘門操作過程一、二級要配合好，不能出現調度、聯系、操作等每個環節的錯誤，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行，關鍵在面板、面板與趾板之間的周邊縫的工作狀態。現代混凝土面板堆石壩設計的原則之一是，面板的應力狀態直接和堆石壩體變形有關，和水壓力關系不明顯。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。面板狀態取決于堆石壩體的變形狀態。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，面板將產生裂縫，同時面板與大壩墊層料產生脫空，也將使面板產生裂縫，需及時做出修補，否則將影響大壩的安全運行。

(4)溢洪道是天生橋一級水電站唯一的泄洪設施，它的安全運行關系到大壩的安全，同時對下游已建工程及沿河國家及人民財產影響重大，所以對溢洪道機電設備及金屬結構的檢查、維護極為重要，必須確保每次閘門操作能正常進行。

(5)天生橋一級電站水庫庫容大，對下游已建電站的經濟效益顯著，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，增加年發電量40.77億kW.h，相當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濟效益至關重要，設計文件規定，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，如果出現主汛期來水集中，后汛期(9～10月)來水較少，就可能出現水庫不能蓄水至正常水位780.0m運行，所以應對汛限水位773.1m進行調整提高或對可蓄至正常水位的時間(9月10日)調整，可以考慮對汛限水位進行動態管理，在滿足電站安全運行的前提下，可適時根據每年來水情況進行調整，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流，運行期作為電站旁通和放空水庫用的特點，放空洞的安全運行較重要。由于放空洞工作閘門屬于地下洞室，有滲水，空氣流動性差，較潮濕，閘門控制設備容易受潮，不能保證正常工作，需作防水、通風處理，由于大壩是目前運行最高的面板堆石壩，如果大壩出現險情，必須保證放空洞能及時運行，開閘放水降低庫水位，所以放空洞的閘門操作系統要維護好，以保證隨時能投入運行。

(7)引水系統跨左岸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應力錨索技術，隧洞投入運行測壓管水位在蓄水后有明顯升高，宜控制滲壓防止發生水力劈裂，2000年在10#沖溝隧洞上履巖進行灌漿處理，以提高圍巖的彈性模量。經過灌漿圍巖彈性模量得到明顯提高。同時利用68#地質探洞（在10#沖溝上游側）補打排水孔，降低巖體滲透壓力，經過觀測，測壓管水位得到降低，有效防止水力劈裂的產生，提高了隧洞的安全運行。