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摘 要：马岩洞水电站首部枢纽布置由碾压混凝土拦河大坝、泄洪建筑物和电站进水口组成。大坝采用，碾压式重力坝型，最大坝高70m。泄水建筑物由5个表孔+1个底孔的布置形式。电站进水口布置于左岸岸坡。首部枢纽布置紧凑，而且充分考虑了坝址区河谷狭窄、地形地貌存在的地质缺陷及泄洪流量大等工程特点。本文重点介绍首部枢纽的布置设计必选过程。
关键次：马岩洞水电站；首部枢纽；布置设计
1 工程概况
马岩洞水电站位于重庆市彭水县境内郁江中游河段，电站距重庆市340km，距彭水县城58km，是一座以发电为主的枢纽。
电站水库正常蓄水位350.00m，死水位347.00m，总库容0.296亿m3，调节库容0.04亿m3；装机容量66MW，保证出力9.5MW，多年平均发电量2.35亿kW.h。工程为Ⅲ等工程，规模为中型，主要建筑物按3级建筑物设计。设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇，地震基本烈度为Ⅵ度。工程枢纽主要由碾压混凝土拦河大坝、溢流表孔、冲沙底孔、左岸引水隧洞及发电厂房等建筑物组成。
2工程地形及地质条件
坝址河谷为走向谷，左岸为逆向坡，右岸为顺向坡，坝址地形为基本对称的“V”型，右岸平均坡角48?，左岸平均坡角44?，两岸山体较完整。坝址河面高程304m左右，河面宽50m～58m，355m高程谷宽142～162m。
坝址处于马岩向斜北西翼，为单斜构造，岩层倾左岸，岩层产状：N25～35?E，SE∠38～46?。坝区范围内无断层发育，P1q岩体内主要发育四组构造裂隙。右岸、河床及左岸340m高程以下、河床及右岸岩体较完整，左岸340m高程以上岩体由于构造挤压剧烈，岩体呈碎裂状结构（或镶嵌碎裂结构）。
坝址岩溶水文地质条件较简单，岩溶不发育，两岸沿线灰岩中未见溶洞发育，河边未见地下暗河及大的岩溶泉出露。
坝址河床弱风化岩体深度4～6m，两岸P1q灰岩岩体弱风化水平深度7～10m。左岸330m高程以上P1m1、P1m2岩体由于构造挤压呈碎裂结构，基本呈强风化状态。
3首部枢纽布置
本工程枢纽有拦河大坝、泄洪建筑物、电站进水口、引水隧洞及发电厂房组成，其中拦河大坝、泄洪建筑物及电站进水口组成了首部枢纽部分，各建筑物相互之间即独立又交错，使其形成一个和谐的统一体，需要考虑的因素较多，而结合地形地质条件和各建筑物的结构特点，综合考虑施工可星河经理合理是本工程首部枢纽布置格局确定的重要因素。
3.1拦河大坝
3.1.1基本布置格局确定
坝址区为基本对称的“V”型峡谷，河谷较狭窄，左岸为逆向坡，平均坡坡角44?，右岸为顺向坡，平均坡坡角48?，两岸山体完整。布置刚性坝地形较为适宜。坝基地层主要为P1q中厚层至厚层含泥（炭）质灰岩夹薄层瘤状泥灰岩、（P1m1）深灰色中厚层夹薄层瘤状泥灰岩夹泥灰岩。坝体河床及右岸建基面以P1q1地层为主，该地层地基承载力较高，满足建坝要求，虽然左岸P1m1地层受构造挤压结构碎裂，承载力和变形模量较小，但处于335m高程以上，通过对其处理后，仍可满足建坝要求。由于河谷为走向谷，三种坝型的左坝肩均存在地质缺陷，需采取工程处理措施。
根据坝址区地形、地质条件，在大坝布置时进行了碾压混凝土重力坝方案、碾压混凝土重力拱坝方案和常态混凝土双曲拱坝方案的布置比较和研究。对于碾压混凝土重力拱坝方案，受左岸岸坡335m高程以上为构造挤压碎裂结构岩体，边坡稳定性较差，且需设置垫座，由于该坝址为较典型的“V”型河谷，重力拱坝嵌深相对重力坝较大，其坝肩开挖远大于重力坝，且坝体混凝土量又与重力坝接近，施工难度相对较大。对于常态混凝土双曲拱坝方案左岸由于存在构造挤压碎裂结构岩体，左坝肩的稳定及变形均不能满足规范要求，需要设置重力墩体量较大，从而而带来坝肩及开挖边坡的处理工程量大，工程投资也最大。碾压混凝土重力坝工程施工技术难度相对简单，左岸构造挤压碎裂结构岩体对坝体结构的影响相对较小，由于河谷较窄，溢流前缘短，泄水建筑物布置选择余地小，金属结构工程量相对较大，坝体混凝土量比重力拱坝稍大，但由于嵌深小，开挖量明显少，同时降低了对左岸坝肩及开挖边坡的处理规模，工程投资最省。从各方面因素比较后，提出了碾压混凝土重力坝的基本布置格局。
3.1.2 坝轴线布置
坝址河谷为走向谷，坝址地形为基本对称的“V”型，从节省坝体工程量的角度，大坝宜布置在这一段河谷的最窄处。考虑到地形、地质、枢纽布置等，坝址宜置于坝址段上游。
3.1.3 拦河大坝布置
擋水建筑物的布置应根据坝址区河谷较狭窄的特点，尽可能多利用强度高、完整性好的基岩，避开不良地层。挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，由溢流坝段和挡水坝段组成，坝顶全长155.78m，其中河床中段为溢流坝段，长66m，堰顶高程337.00m。大坝基础置于P1q1中厚层泥质灰岩的弱风化下线以下，河床部位坝基高程285.00m，坝顶高程355m，最大坝高70m；上游坝坡垂直，下游坝坡为1：0.75，折坡点高程为344.33m；坝顶宽度8m，最大坝底宽57.5m。坝体防渗采用二级配碾压混凝土直身防渗。坝内设有一层基础廊道和观测廊道，为减少坝基扬压力，在基础廊道设置抽排水系统。坝区防渗帷幕采用接地式和悬挂式的组合形式，帷幕底线为250 m高程；右岸伸入P1l相对隔水层，形成接地式帷幕，左岸接地下水位线。防渗帷幕线总长约360m，防渗面积约2.17万m2，帷幕灌浆量约1.80万m2。
3.2 泄水建筑物
泄水建筑物由坝身溢流表孔和冲沙放空底孔及下游护坦护坡组成。
在坝体河床中段，布置5孔单孔宽度为9m、堰顶高程337m的溢流表孔，中墩厚度4m，边墩厚度2.5m，溢流前沿总宽66m，堰上设9m13m（宽×高）的弧形工作闸门各一扇，共用9m13m的平板检修闸门一扇；溢流堰面按幂曲线y = 0.05473x1.85与下游坝坡10.75相接，下游采用挑流消能方式，为减少表孔泄洪时水流对两岸的冲刷，对坝下游两岸50m范围内312m高程以下的岸坡进行保护。 冲沙孔布置在溢流表孔右侧宽度为12m的坝段，其孔口尺寸为4m×6m（宽×高），进口底板高程320m，设置一扇4m×7m（宽×高）的平板检修闸门和4m×6m（宽×高）的弧形工作闸门，出坝口处底板高程320.00m，。底孔出口采用圆弧导墙和斜鼻坎的挑流消能形式，使水流导入河床内。
3.3 进水口
由于受左岸坝区地质条件的限制，进水口紧靠左坝肩布置，采用岸塔式进水口。进水口段长15m，前沿宽度15m，底板高程330m，塔顶高程355m，与坝顶高程相同。在拦污栅段设有2孔尺寸为5×17m（宽×高）的拦污栅，在进水喇叭口段设有一道孔口尺寸为6×7m（宽×高）的检修闸门。
经过拦河大坝、泄水建筑物及进水口的方案比选，最终形成的马岩洞水电站首部枢纽的布置格局为碾压混凝土重力坝+坝身泄洪建筑物+左岸塔式进水口。
4 建筑物设计
4.1碾压混凝土重力坝
碾压混凝土重力坝，坝轴线方位为N23.98E，坝顶高程355.00m，坝底高程285.00，最大坝高70.00m，坝顶全长155.78m。坝体分左、右岸挡水坝段和溢流坝段，其中溢流坝段长66m，左、右岸挡水坝段分别长43.03m和46.75m，坝顶宽度8m，最大坝底宽57.50m。
坝体基本剖面上游坝坡垂直；下游坝坡为1：0.75，折坡点高程为344.33m。
坝内设有基础灌浆排水廊道、基础排水廊道及交通观测廊道。为减少坝基扬压力，河床坝段设有基础灌浆排水廊道及纵、横向基础排水廊道，以形成坝基抽排水系统。
坝体除基础垫层、溢流头部、闸墩、下游消能防冲建筑物等采用常态混凝土外，其余均采用三级配C15碾压混凝土。坝体上游防渗体由2～5m厚的二级配C20富胶凝材料防渗碾压混凝土构成；坝体下游溢流面拟采用强度等级较高的二级配抗冲耐磨混凝土。
4.2 泄洪建筑物
泄水建筑物由5个溢流表孔和1个冲沙底孔组成，分别承担渲泄水库各种频率的洪水、冲沙及放空水库等任务。
泄流表孔采用深孔布置型式，布置在河床中部，空口尺寸9×13m（宽×高），堰顶高程337.00m，溢流堰原点上游用三园弧与上游坡相接，堰顶原点下游曲线采用WES曲线，后接坝坡1：0.75，再接反弧段。下游采用挑流效能方式。泄流表孔最大下泄流量6972m3/s。
冲沙孔布置在溢流表孔右侧宽度为12m的坝段，其孔口尺寸为4×6m（宽×高），进口底板高程320m，由压力短进口段、无压洞身段、出口段组成，进口喇叭口断面尺寸为7.9m×10.48m（宽×高），设置一扇4m×7m（宽×高）的平板检修闸门和4m×6m（宽×高）的弧形工作闸门，压力短进口段长3m；洞身段长22.12m；出坝口处底板高程320.00m，。底孔出口采用圆弧导墙和斜鼻坎的挑流消能形式，使水流导入河床内。
为减少表孔泄洪时水流对两岸的冲刷，对坝下游两岸315.00m高程以下的岸坡进行保护。
4.3 岸塔式进水口
岸塔式进水塔高28m，由直立式拦污栅段、进水喇叭口和闸门井段组成。水口口地板高程330m，塔顶高程355m。为了清污方便灵活垂直于水流方向共设置2孔拦污栅，每孔拦污栅设一道栅槽，每道拦污栅孔口尺寸为5.2×17m（宽×高），过栅流速小于1.0m/s。两孔间设一个中墩，中墩高24.5m、长3m、厚1.6m，中墩与进水塔之间采用排架结构连接。两端边墩长6m、厚2m，与进水塔连接。在高程347m以上设置拦污胸墙以阻挡污物进入进水口。进水喇叭口顶板轮廓采用1/4椭圆曲线，曲线方程为：X2/42+Y2/22=1，两侧边墙轮廓同样采用曲线方程为：X2/42+Y2/22=1的1/4椭圆曲线连接。进水口在闸门井段设一道检修闸门槽，门槽孔口尺寸为6×7m（宽×高），闸门槽后设两孔直径为1m的通气孔。
5 结语
（1）马岩洞水电站拦河大坝采用碾压混凝土重力坝，充分考虑了坝址区的地形地貌和地质条件，因左岸340m高程以上岩体为碎裂结构而给拱坝布置造成了很大的难度，碾压混凝土重力坝的布置解决了左岸的地质缺陷。
（2）本工程最大下泄流量6970m3/s，泄洪规模较大，5个表孔+1个底孔的布置形式，达到了不冲刷岸坡和效能的目的，解决了狭窄河谷大泄量的问题。
（3）将电站进水口布置在左岸，充分利用了地形地质条件，节约了工程量。
（4）通過对拦河大坝、泄水建筑物和进水口各建筑物的分层次的研究比较和精心布置，最终所形成的马岩洞水电站首部枢纽布置格局，不论从适应性、合理性、可行性和经济方面都得到了充分体现。
关键次：马岩洞水电站；首部枢纽；布置设计
1 工程概况
马岩洞水电站位于重庆市彭水县境内郁江中游河段，电站距重庆市340km，距彭水县城58km，是一座以发电为主的枢纽。
电站水库正常蓄水位350.00m，死水位347.00m，总库容0.296亿m3，调节库容0.04亿m3；装机容量66MW，保证出力9.5MW，多年平均发电量2.35亿kW.h。工程为Ⅲ等工程，规模为中型，主要建筑物按3级建筑物设计。设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇，地震基本烈度为Ⅵ度。工程枢纽主要由碾压混凝土拦河大坝、溢流表孔、冲沙底孔、左岸引水隧洞及发电厂房等建筑物组成。
2工程地形及地质条件
坝址河谷为走向谷，左岸为逆向坡，右岸为顺向坡，坝址地形为基本对称的“V”型，右岸平均坡角48?，左岸平均坡角44?，两岸山体较完整。坝址河面高程304m左右，河面宽50m～58m，355m高程谷宽142～162m。
坝址处于马岩向斜北西翼，为单斜构造，岩层倾左岸，岩层产状：N25～35?E，SE∠38～46?。坝区范围内无断层发育，P1q岩体内主要发育四组构造裂隙。右岸、河床及左岸340m高程以下、河床及右岸岩体较完整，左岸340m高程以上岩体由于构造挤压剧烈，岩体呈碎裂状结构（或镶嵌碎裂结构）。
坝址岩溶水文地质条件较简单，岩溶不发育，两岸沿线灰岩中未见溶洞发育，河边未见地下暗河及大的岩溶泉出露。
坝址河床弱风化岩体深度4～6m，两岸P1q灰岩岩体弱风化水平深度7～10m。左岸330m高程以上P1m1、P1m2岩体由于构造挤压呈碎裂结构，基本呈强风化状态。
3首部枢纽布置
本工程枢纽有拦河大坝、泄洪建筑物、电站进水口、引水隧洞及发电厂房组成，其中拦河大坝、泄洪建筑物及电站进水口组成了首部枢纽部分，各建筑物相互之间即独立又交错，使其形成一个和谐的统一体，需要考虑的因素较多，而结合地形地质条件和各建筑物的结构特点，综合考虑施工可星河经理合理是本工程首部枢纽布置格局确定的重要因素。
3.1拦河大坝
3.1.1基本布置格局确定
坝址区为基本对称的“V”型峡谷，河谷较狭窄，左岸为逆向坡，平均坡坡角44?，右岸为顺向坡，平均坡坡角48?，两岸山体完整。布置刚性坝地形较为适宜。坝基地层主要为P1q中厚层至厚层含泥（炭）质灰岩夹薄层瘤状泥灰岩、（P1m1）深灰色中厚层夹薄层瘤状泥灰岩夹泥灰岩。坝体河床及右岸建基面以P1q1地层为主，该地层地基承载力较高，满足建坝要求，虽然左岸P1m1地层受构造挤压结构碎裂，承载力和变形模量较小，但处于335m高程以上，通过对其处理后，仍可满足建坝要求。由于河谷为走向谷，三种坝型的左坝肩均存在地质缺陷，需采取工程处理措施。
根据坝址区地形、地质条件，在大坝布置时进行了碾压混凝土重力坝方案、碾压混凝土重力拱坝方案和常态混凝土双曲拱坝方案的布置比较和研究。对于碾压混凝土重力拱坝方案，受左岸岸坡335m高程以上为构造挤压碎裂结构岩体，边坡稳定性较差，且需设置垫座，由于该坝址为较典型的“V”型河谷，重力拱坝嵌深相对重力坝较大，其坝肩开挖远大于重力坝，且坝体混凝土量又与重力坝接近，施工难度相对较大。对于常态混凝土双曲拱坝方案左岸由于存在构造挤压碎裂结构岩体，左坝肩的稳定及变形均不能满足规范要求，需要设置重力墩体量较大，从而而带来坝肩及开挖边坡的处理工程量大，工程投资也最大。碾压混凝土重力坝工程施工技术难度相对简单，左岸构造挤压碎裂结构岩体对坝体结构的影响相对较小，由于河谷较窄，溢流前缘短，泄水建筑物布置选择余地小，金属结构工程量相对较大，坝体混凝土量比重力拱坝稍大，但由于嵌深小，开挖量明显少，同时降低了对左岸坝肩及开挖边坡的处理规模，工程投资最省。从各方面因素比较后，提出了碾压混凝土重力坝的基本布置格局。
3.1.2 坝轴线布置
坝址河谷为走向谷，坝址地形为基本对称的“V”型，从节省坝体工程量的角度，大坝宜布置在这一段河谷的最窄处。考虑到地形、地质、枢纽布置等，坝址宜置于坝址段上游。
3.1.3 拦河大坝布置
擋水建筑物的布置应根据坝址区河谷较狭窄的特点，尽可能多利用强度高、完整性好的基岩，避开不良地层。挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，由溢流坝段和挡水坝段组成，坝顶全长155.78m，其中河床中段为溢流坝段，长66m，堰顶高程337.00m。大坝基础置于P1q1中厚层泥质灰岩的弱风化下线以下，河床部位坝基高程285.00m，坝顶高程355m，最大坝高70m；上游坝坡垂直，下游坝坡为1：0.75，折坡点高程为344.33m；坝顶宽度8m，最大坝底宽57.5m。坝体防渗采用二级配碾压混凝土直身防渗。坝内设有一层基础廊道和观测廊道，为减少坝基扬压力，在基础廊道设置抽排水系统。坝区防渗帷幕采用接地式和悬挂式的组合形式，帷幕底线为250 m高程；右岸伸入P1l相对隔水层，形成接地式帷幕，左岸接地下水位线。防渗帷幕线总长约360m，防渗面积约2.17万m2，帷幕灌浆量约1.80万m2。
3.2 泄水建筑物
泄水建筑物由坝身溢流表孔和冲沙放空底孔及下游护坦护坡组成。
在坝体河床中段，布置5孔单孔宽度为9m、堰顶高程337m的溢流表孔，中墩厚度4m，边墩厚度2.5m，溢流前沿总宽66m，堰上设9m13m（宽×高）的弧形工作闸门各一扇，共用9m13m的平板检修闸门一扇；溢流堰面按幂曲线y = 0.05473x1.85与下游坝坡10.75相接，下游采用挑流消能方式，为减少表孔泄洪时水流对两岸的冲刷，对坝下游两岸50m范围内312m高程以下的岸坡进行保护。 冲沙孔布置在溢流表孔右侧宽度为12m的坝段，其孔口尺寸为4m×6m（宽×高），进口底板高程320m，设置一扇4m×7m（宽×高）的平板检修闸门和4m×6m（宽×高）的弧形工作闸门，出坝口处底板高程320.00m，。底孔出口采用圆弧导墙和斜鼻坎的挑流消能形式，使水流导入河床内。
3.3 进水口
由于受左岸坝区地质条件的限制，进水口紧靠左坝肩布置，采用岸塔式进水口。进水口段长15m，前沿宽度15m，底板高程330m，塔顶高程355m，与坝顶高程相同。在拦污栅段设有2孔尺寸为5×17m（宽×高）的拦污栅，在进水喇叭口段设有一道孔口尺寸为6×7m（宽×高）的检修闸门。
经过拦河大坝、泄水建筑物及进水口的方案比选，最终形成的马岩洞水电站首部枢纽的布置格局为碾压混凝土重力坝+坝身泄洪建筑物+左岸塔式进水口。
4 建筑物设计
4.1碾压混凝土重力坝
碾压混凝土重力坝，坝轴线方位为N23.98E，坝顶高程355.00m，坝底高程285.00，最大坝高70.00m，坝顶全长155.78m。坝体分左、右岸挡水坝段和溢流坝段，其中溢流坝段长66m，左、右岸挡水坝段分别长43.03m和46.75m，坝顶宽度8m，最大坝底宽57.50m。
坝体基本剖面上游坝坡垂直；下游坝坡为1：0.75，折坡点高程为344.33m。
坝内设有基础灌浆排水廊道、基础排水廊道及交通观测廊道。为减少坝基扬压力，河床坝段设有基础灌浆排水廊道及纵、横向基础排水廊道，以形成坝基抽排水系统。
坝体除基础垫层、溢流头部、闸墩、下游消能防冲建筑物等采用常态混凝土外，其余均采用三级配C15碾压混凝土。坝体上游防渗体由2～5m厚的二级配C20富胶凝材料防渗碾压混凝土构成；坝体下游溢流面拟采用强度等级较高的二级配抗冲耐磨混凝土。
4.2 泄洪建筑物
泄水建筑物由5个溢流表孔和1个冲沙底孔组成，分别承担渲泄水库各种频率的洪水、冲沙及放空水库等任务。
泄流表孔采用深孔布置型式，布置在河床中部，空口尺寸9×13m（宽×高），堰顶高程337.00m，溢流堰原点上游用三园弧与上游坡相接，堰顶原点下游曲线采用WES曲线，后接坝坡1：0.75，再接反弧段。下游采用挑流效能方式。泄流表孔最大下泄流量6972m3/s。
冲沙孔布置在溢流表孔右侧宽度为12m的坝段，其孔口尺寸为4×6m（宽×高），进口底板高程320m，由压力短进口段、无压洞身段、出口段组成，进口喇叭口断面尺寸为7.9m×10.48m（宽×高），设置一扇4m×7m（宽×高）的平板检修闸门和4m×6m（宽×高）的弧形工作闸门，压力短进口段长3m；洞身段长22.12m；出坝口处底板高程320.00m，。底孔出口采用圆弧导墙和斜鼻坎的挑流消能形式，使水流导入河床内。
为减少表孔泄洪时水流对两岸的冲刷，对坝下游两岸315.00m高程以下的岸坡进行保护。
4.3 岸塔式进水口
岸塔式进水塔高28m，由直立式拦污栅段、进水喇叭口和闸门井段组成。水口口地板高程330m，塔顶高程355m。为了清污方便灵活垂直于水流方向共设置2孔拦污栅，每孔拦污栅设一道栅槽，每道拦污栅孔口尺寸为5.2×17m（宽×高），过栅流速小于1.0m/s。两孔间设一个中墩，中墩高24.5m、长3m、厚1.6m，中墩与进水塔之间采用排架结构连接。两端边墩长6m、厚2m，与进水塔连接。在高程347m以上设置拦污胸墙以阻挡污物进入进水口。进水喇叭口顶板轮廓采用1/4椭圆曲线，曲线方程为：X2/42+Y2/22=1，两侧边墙轮廓同样采用曲线方程为：X2/42+Y2/22=1的1/4椭圆曲线连接。进水口在闸门井段设一道检修闸门槽，门槽孔口尺寸为6×7m（宽×高），闸门槽后设两孔直径为1m的通气孔。
5 结语
（1）马岩洞水电站拦河大坝采用碾压混凝土重力坝，充分考虑了坝址区的地形地貌和地质条件，因左岸340m高程以上岩体为碎裂结构而给拱坝布置造成了很大的难度，碾压混凝土重力坝的布置解决了左岸的地质缺陷。
（2）本工程最大下泄流量6970m3/s，泄洪规模较大，5个表孔+1个底孔的布置形式，达到了不冲刷岸坡和效能的目的，解决了狭窄河谷大泄量的问题。
（3）将电站进水口布置在左岸，充分利用了地形地质条件，节约了工程量。
（4）通過对拦河大坝、泄水建筑物和进水口各建筑物的分层次的研究比较和精心布置，最终所形成的马岩洞水电站首部枢纽布置格局，不论从适应性、合理性、可行性和经济方面都得到了充分体现。