黑部第Ⅳ壩

黑部第Ⅳ壩

Kurobe No Ⅳ

概　述

黑部第Ⅳ壩位於日本富山縣，黑部川(Kurobegawa)、支流御前澤川匯口以下，距河口55km。混凝土雙曲拱壩，最大壩高186m，水庫總庫容1.99億立方米 。電站裝機容量38.5萬kW。工程主要目的是發電，電站初期裝機容量25.8萬kW，年發電量10.38億kW·h，計畫增加一台7.9萬kW機組。它的建成，提高了對徑流的調節作用，可增加下游電站的出力。工程於1956年8月開工，1963年6月完工。電站1961年1月開始投運。 壩址處為一深達152m的陡峭峽谷，基岩為雲母花崗岩，此外，還有石英斑岩、混雜岩、斑狀花崗閃長岩、煌斑岩等，呈小範圍或脈狀分布。花崗岩節理十分發育，左岸以N30°W節理為主，它與拱座推力方向平行。右岸以N82°E為主，與推力大致成40°交角。破碎帶多達100處以上，厚薄不一，寬者可達數米。絕大部分破碎帶長度不大。 黑部川總長86km,流域面積660平方公里 。年降水3800mm，壩址以上流域面積202平方公里 。多年平均流量15.23立方米 /秒，百年一遇設計洪水流量為1260立方米 /秒，水庫正常高水位1448m，利用水深60m，有效庫容1.48億立方米。

樞紐布置

樞紐包括混凝土雙曲拱壩、泄水建築物、引水式地下廠房等。 大壩壩頂全長489m。壩頂高程1454m，其中，雙曲拱壩壩頂長367m，頂寬8.1m，底寬38m。厚高比0.213，最大半徑259.4m，體積136萬立方米 。壩左右岸均為重力式非溢流副壩。左岸副壩高66m，頂長69m，右岸副壩高47m，頂長56m。體積分別為8.3萬立方米 和2.5萬立方米 。1960年當壩澆築至130m高度時，發現兩岸岩石破碎，斷層發育，不能承受拱肩的巨大推力。因此，僅將拱壩中央部分修建到原設計高程1448m(即溢流表孔的底部高程)，而在兩側自高程1390m起做成懸臂結構。壩體中部承受的水壓力可籍斜拱作用傳給兩岸下部較好的岩石。兩側水壓力由錨固在拱體上的懸臂段承受，不致影響壩肩岩石穩定。兩岸副壩，除攔擋庫水外，還有利於主壩上部基岩不直接與水接觸，延長了滲徑。另外，為了儘量將拱端推力方向移向上游，將拱壩體形改為扁平形狀。同時在中間高程上加大拱端厚度，以減少基岩受推的平均應力。 溢洪建築物由壩頂溢洪道和2個泄洪中孔和1個底孔組成。壩頂溢洪道位於壩頂中部，共設10個溢洪孔，每孔淨寬11.5m，堰頂高程1448m。無閘控制，採用自由跌流消能。 在壩體1384.5m高程處設有2個?φ1.5m泄水孔。在1384.5m高程處設有1個?φ1.5m的泄水孔。電站廠房為引水式地下廠房，設在右岸壩下游10km處。廠房為蘑菇形斷面，長119m，寬22m，高34m。引水隧洞為圓形有壓洞，內徑4.80m，長10.41km，設有斜井的差動式調壓井，上室寬6.5m，高8.2m，長136.5m；下室為圓柱型，直徑5m，長75.02m。最大引水量72立方米 /秒。最大有效水頭545.5m。電站裝機4台，單機容量9.58萬kW。

工程施工

大壩混凝土澆築量共160萬立方米 ，土石開挖量139萬立方米 ，地下廠房開挖量達54萬立方米 。由於工程處於陡峭峽谷中，交通困難，施工中開挖了一條8km長的公路隧洞來運輸材料。混凝土骨料由取自河中卵石和用蠻石加工而成。 為了實現1960年11月水庫蓄水至1380m提前發電，研究了一系列加快基礎開挖和混凝土澆築的措施，分析了分期蓄水情況下的壩體應力以及相應的接縫灌漿措施；並在壩體內1309.5m高程處設定兩個4m×4m的臨時泄水孔，宣洩施工期洪水。

其　他

1.工程建設中的重大科技問題

由於兩岸壩肩地質條件差，因此，工程建設中進行了大量的地質勘探和壩基處理工作。地質勘探工作從1953年持續到1963年，共完成鑽孔180個，總長12500m；兩岸平洞65個，總長3700m；河底平洞1個，長204m；探井4個，深度62m。為了測定壩基岩體的力學特性，進行了大量的常規試驗和現場試驗。常規試驗包括：室內單軸、三軸試驗、斷層夾泥土試驗、現場承壓板三軸試驗、彈性波 測試 測試 以及壓水試驗。現場試驗包括：基岩和斷層的大比尺三軸試驗及抗剪試驗。岩石三軸試件的尺寸達2.8m×3.5m×1.4m，抗剪斷試件剪下面積達3.75m×2.5m，施加的荷載均達6000t。對標高1340m以下、標高1340～1380m、標高1380m以上，最後採用的基岩彈模值分別為7.14×10?4、3.57×10?4和1.78×10 3 MPa。斷層的彈模為1000～3000MPa。 左岸拱端1330～1380m的軟弱頻寬約20m，深約60m，體積4萬立方米 ，採取格線系統補強處理。格線系統由橫樑、垂直樁和水平樁組成。梁樁均為鋼筋混凝土結構。橫樑置於軟弱岩面上，兩端支承在堅硬岩石上，中間用樁支撐。水平樁在平面上由主樁和支樁組成。在垂直樁和水平主樁中留有灌漿洞。格線系統處理於1960年11月完成，當庫水位蓄至1380m時，觀測成果表明系統工況正常。為安全計，後來又進行了第二期處理，即將軟弱帶全部挖除後回填混凝土，總計回填混凝土4萬立方米 ，於1963年5月完工。 對左岸軟弱帶下游的3條與拱端推力大致平行的斷層，用混凝土洞塞進行處理。斷層傾向河床，傾角70°，最大寬度1m左右。處理方法是在1365m高程開挖1條4m高的水平隧洞，並沿斷層面各開挖3個高16m，長5m的豎井，用混凝土回填形成傳力鍵。斷層本身全部用混凝土置換，置換寬度平均為1.5m。對於右壩肩拱端附近的4條斷層(有1條斷層與其他3條正交)也用類似方法進行了處理。 壩基進行了二期固結灌漿。第一期每18平方米 布置1孔，孔深3～5m，壓力0.5～3kg/c㎡ ，漿液水灰比4∶1至1∶1。第二期孔距為2.5～3m，在河床孔深15m，兩岸為30～40m，灌漿壓力分別為0.3～4.5MPa和1～8MPa，漿液水灰比4∶1至1∶1。帷幕灌漿孔為單排孔，河床孔深115m，兩岸向山體內延伸150m。灌漿時根據檢查孔壓水試驗的壓力，控制漏水量，當壓力為2、1.5、1MPa時，漏水量分別0.005、0.0067、0.01L/(min·m·m)。

2.工程運行情況

黑部第Ⅳ壩內設有許多觀測儀器，並有一個總觀測室，可自動記錄蓄水期和運行期大壩和岩基應力和變位的觀測結果。大壩自1960年開始蓄水後，為觀測地基變形，每年水位只升高10～15m，直到1963年才達到正常水位。至今大壩已運行了30年以上，觀測結果證明壩體是安全的。