葛洲坝水电站
葛洲坝水利枢纽位于长江三峡末端河段上,长江西陵峡出口、南津关以下3km处的湖北宜昌市境内,距上游的三峡水电站38公里, 是三峡工程的反调节和航运梯级。它是长江上第一座大型水电站,也是世界上最大的低水头大流量、径流式水电站。坝型为混凝土闸坝,最大坝高47米,总库容15.8亿立方米。总装机容量271.5万千瓦,其中二江水电站安装2台17万千瓦和5台12.5万千瓦机组;大江水电站安装14台12.5万千瓦机组。年均发电量140亿千瓦时。首台17万千瓦机组于1981年7月30日投入运行。电能以500kV和220kV输电线路并入华中电网,并通过500kV直流输电线路向距离1000km的上海输电120万kW。葛洲坝工程具有发电、改善航道等综合效益。
葛洲坝水利枢纽工程由船闸、电站厂房、泄水闸、冲沙闸及挡水建筑物组成。船闸为单级船闸。上、下闸首工作门均采用人字门,其中一、二号船闸下闸首人字门每扇宽9.7米、高34米、厚27米,质量约600吨。为解决过船与坝顶过车的矛盾,在二号和三号船闸桥墩段建有铁路、公路、活动提升桥,大江船闸下闸首建有公路桥。三座船闸中,大江1号船闸和三江2号船闸为中国和亚洲之最。
(修建背景:至1967年夏已有十多个大中型企业兴建于宜昌。之后,一大批国防军工企业和科研单位落户于宜昌山区。一下子增加这么多用电大户,湖北全省及邻近省份陷于电力严重短缺的困境。1970年5月,为了缓解华中地区工业用电十分紧缺的局面,武汉军区和湖北省革命委员会向中央建议先修建葛洲坝工程。中央在研究了葛洲坝工程与三峡工程的关系,并听取了对先建葛洲坝工程的不同意见后,于1970年12月26日批准兴建葛洲坝工程,并指出这是有计划、有步骤地为建设三峡工程作实战准备。)
葛洲坝技术问题:
一、为了解决水流条件与泥沙淤积的矛盾,参照我国多年来治河工程以及水库冲淤的经验,结合长江水量丰沛、含沙量不大的特点,考虑采用防淤堤把引航道与主流分开,并设置冲沙闸,形成有利于束水冲沙的人工航道,通过“静水过船,动水冲沙”的途径,解决引航道淤积问题。
二、川江航道全长660公里,水流湍急,滩险很多,有些滩险在洪枯期需设绞过滩,通过能力受到限制。葛洲坝水利枢纽建成后,汛期大洪水时,回水110公里,到巫峡下口的官渡口;非汛期回水180公里,到瞿塘峡下的黛溪。回水所及,正是川江航道最艰险的一段,这段航道得到了改善。建坝后,对于通航问题,除防止航道淤积问题已如前述外,主要有:引航道布置问题;船闸规模问题和南津关航道整治问题。
三、二江泄水闸消能防冲和导流截流问题,三江泄水闸承担着以下主要任务:1、永久性长期泄洪时,有良好的上下游水流衔接条件,保持有利的河势;2、大江截流时过水,保证胜利截流;3、二期导流时,通过绝大部分的水流,消能防冲问题得到很好解决,保证建筑物安全;4、排泄推移质泥沙;5、加大导流过水能力,降低二期大江上游围堰施工强度,使围堰能在汛前抢修至设计高程。
水布垭水电站
水布垭水电站坝址位于清江中游的巴东县水布垭镇 , 上距恩施 117 km , 下距隔河岩 92km , 距清江入长江口 153km,是清江梯级开发的龙头枢纽。水库
正常蓄水位400m,相应库容43.12亿立方米,总库容45.8亿立方米,装机容量1600MW,是以发电为主,并兼顾防洪、航运等的水利枢纽工程。其水库是长江中下游防洪体系的重要组成部分,水布垭水库预留的5亿立方米防洪库容与隔河岩水库已预留的5亿m3防洪库容联合调度运行,可有效减轻荆江河段的防洪压力,提高长江中下游地区的防洪标准。
混凝土面板堆石坝最大坝高 233m,为目前世界上最高的面板坝,坝顶高程 409m,坝轴线长 660m,坝顶宽度 12m。坝顶设钢筋混凝土防浪墙,墙顶高程 410.2m,墙高 5.2m。大坝上游坝坡 1:1.4,下游坝面设置“之”字形马道,马道宽 4.5m,下游综合坝坡 1:1.4。工程主要由以下建筑物组成:高 233m的面板堆石坝,最大下泄流量为 18280立方米/秒的岸边溢洪道,布置在左岸,位于右岸的地下厂房,装机容量 4 × 400MW;兼作中后期导流用的放空洞,布置在右岸。
溢洪道部分主要有:(1)引水渠,引水渠横断面为复式。(2)控制段,控制段由 6 个溢流坝段和 4 个非溢流坝段组成,坝轴线全长 163.0m,坝顶高程407.0m,每个表孔均设有平板检修闸门槽和弧形工作门各一道,平板检修门由坝顶门机操作,弧形工作门由设在闸墩下游侧的液压启闭机操作。溢流坝段从上游至下游分别布置有:防浪墙、人行道、坝顶公路、门机轨道、电缆廊道、启闭机房等。(3)泄槽段,泄槽段轴线呈直线,泄槽底板纵坡由一坡度i =0.1584 的斜坡段 ,上接溢流坝的反弧段,挑流鼻坎采用阶梯式窄缝挑坎。(4)下游防冲段,下游防冲段采用防淘墙加混凝土护岸的结构型式,防淘墙采用钢筋混凝土结构。右岸地下电站为引水式。
电站建筑物包括:引水渠、进水口、引水隧洞、主厂房、安装场、母线洞、尾水洞、尾水平台、尾水渠、500 kV变电所、交通洞、通风洞和厂外排水洞等,引水隧洞采用一机一洞。放空洞布置在右岸地下电站的右侧,主要作用有水库放空,中、后期导流和施工期向下游供水等。由引水渠、有压洞(含喇叭口)、事故检修闸门井、工作闸门室、无压洞、交通洞、通气洞及出口段(含挑流鼻坎) 等组成。
根据坝址处的地形地质条件、水文特征和枢纽总体布置,以及面板堆石坝的施工特点,施工导流采用围堰一次拦断河床,隧洞导流,枯水期围堰挡水,汛期淹没基坑的方式。
水布垭技术问题:
1、国外已有多座200m-300m左右的心墙堆石坝建设经验,在中国建设227m的高心墙堆石坝还属首次,通过大量的筑坝材料室内试验,现场碾压试验以及坝体应力应变,水力劈裂和渗流控制等分析研究论证,在采取适当工程措施后技术上是可行的。
2、坝后滑坡,在大坝下游分布有大岩淌、马岩湾、台子上、古树包四个大滑坡,设计研究分别采用开挖减载,地下地表排水,前缘护坡、抗滑支挡等措施。右岸峡口马崖高陡自然边坡,坡高达360余米,岩性为上硬下软,且上部硬岩中还夹有多层软弱夹层,处理措施为卸荷开挖,边坡锚固,坡面喷护,排水坡脚护岸等。
3、洪道下游消能区位于坝址峡谷出口大崖沱深潭,左有大岩淌滑坡,右有马崖高陡边坡和马岩湾滑坡,河床岩层主要是泥盆系上统写经寺组和志留系砂页岩,抗冲能力低,而本工程泄洪量大,万年一遇时最大下泄流量达18280m3/s,相应单宽流量为181 m3/s,汛期水头在171m-180m以上,经计
算、试验、分析综合考虑,最后选择分区陡槽接窄缝式排坎消能方案,消能区保护采用防淘墙方案。
隔河岩水电站
隔河岩水电站位于中国湖北长阳县长江支流的清江干流上,下距清江河口62km,距长阳县城9km,混凝土重力拱坝,最大坝高151m。水库总库容34亿立方米。水电站装机容量120万kW,保证出力18.7万kW。年发电量30.4亿kW·h。工程主要是发电,兼有防洪、航运等效益。水库留有5亿立方米的防洪库容,既可以削减清江下游洪峰,也可错开与长江洪峰的遭遇,减少荆江分洪工程的使用机会和推迟分洪时间。1987年1月开工,1993年6月第一台机组发电,1995年竣工。隔河岩水电站为清江干流主要梯级之一,以发电为主,兼有防洪及航运等综合利用效益。厂房内装4台单机容量30万kW水轮发电机组,总装机容量120万kW,保证出力18.7万kW,年发电量30.4亿kW·h。电站建成后将成为华中电网的调峰、调频骨干电站之一,与系统内葛洲坝、丹江口及其他水电站补偿调节,可发挥更大的效益。水库正常蓄水位以下预留5亿立方米防洪库容,对提高荆江河道的防洪能力将产生有利的影响。
隔河岩水电站厂房外景隔河岩水电站枢纽建筑物由河床混凝土重力拱坝、泄水建筑物、右岸岸边式厂房、左岸垂直升船机组成。大坝坝顶高程206m,坝顶全长653.5m,坝型为\上重下拱\的重力拱坝,其封拱高程左岸为150m,河床为180m,右岸为160m,上游坝面采用铅直圆弧面,外半径为312m。拱圈平面内弧采用三心圆,靠近拱冠部位采用定圆心大半径等厚圆拱,拱端部位采用变圆心小半径贴角加厚,坝坡随之渐变为1∶0.75。溢流段位于坝的中部,溢流前缘长度为188m。共设7个表孔,4个深孔和2个放空兼导流底孔。电站厂房位于右岸河滩阶地上,采用隧洞引水。进水口设在大坝上游右岸山体边坡上,底部高程142.5m。4条直径9.5m的隧洞接直径8m的压力钢管,单机单洞,分别接至4台30万kW水轮发电机组。
300t级垂直升船机位于左岸岸边,总升程122m分为2级,年通过能力为340万t。第一级与左岸重力坝相交叉,成为大坝挡水前缘的一部分,升程40m,可适合库水位变幅40m的要求。第二级位于左岸下游河滩,升程82m,衔接中间错船渠和下游河道。中间错船渠长400m,宽30m。升船机采用全平衡钢丝卷扬系统,承船厢有效尺寸为42m×10.2m×1.7m,带水总重量1400t。
隔河岩技术问题:
(1)坝址河谷岸坡陡峻,坝基灰岩呈弧形带状分布,坝址距页岩太近,采用上重下拱,上部封拱高程不同的重力拱坝,适合坝址地形、地质特点,改善了坝体内应力分布,与重力坝相比,可节省混凝土约70万立方米。
(2)大坝最大下泄流量达23900立方米/s,上下游水位差104.7m,入水单宽流量为191.2m2/s;并且还存在下游页岩抗冲能力低,拱坝泄洪引起的水流集中等问题。为适应上述特点,采用表孔、深孔和底孔的3层布置,以表孔为主、深孔为辅的泄洪方式。同时采用不对称宽尾墩结合\水垫池\的消能布置,取得了良好的消能效果。
(3)厂房引水隧洞出口高边坡,施工期间最大坡高155~222m,永久坡高110~170m,上部为石灰岩,下部为软弱页岩,2种岩层之间还有软弱夹层,为了防止边坡失稳,采用分区、逐级下挖的施工方法,以及采用混凝土置换
软弱夹层、系统锚杆结合喷混凝土、深层预应力锚索、排水系统等加固措施和加强监测的手段,使这一复杂问题得到了满意的解决。
(4)坝基岩溶及顺河断裂构造发育,防渗帷幕线长达1.5km,帷幕灌浆总进尺达22万m,最大孔深达130m,最大月灌浆进尺达1万~2万m且灌浆工艺复杂,这一问题的解决,为岩溶地区帷幕灌浆施工提供了新的经验。
高坝洲水电站
高坝洲位于湖北省宜都市境内,是清江口的最下游一个发电梯级,也是隔河岩梯级的航运反调节梯级,主要任务是发电和航运。枢纽布置自左至右为左岸非溢流坝,河床式电站厂房,深孔泄洪坝段,表孔溢流坝段,升船机坝段及右岸非溢流坝段。坝顶长419.5m,最大坝高57m。正常蓄水位80m,水库库容4.3亿m3,坝区回水长50km,与隔河岩电站尾水相接。深孔泄洪坝段共3个坝段,每个坝段宽17m,孔口尺寸(宽×高)9×9.4m,设弧形工作门和平板检修门。表孔溢流坝段共6个坝段,每个坝段宽17.5m,设弧形工作门和平板检修门。河床式电站设在左岸共3台,机组段长78m,安装厂长46m。升船机设在右岸为一级垂直升船机,采用湿运方式。
高坝洲技术问题:
1、坝址深层夹层的地质问题。坝址左段基础为岩溶角砾岩,中段为薄层加中厚层白云岩夹含泥质白云岩和少量灰岩、泥岩、砂岩以及极薄层泥质白云岩和泥灰岩。其中薄层、极薄层泥质白云岩和泥灰岩在后期的构造变动中,多发育成剪切带。右段为厚层白云岩、灰岩夹薄层泥质白云岩,薄层泥质白云岩多发育成剪切带。坝址基础内有剪切带10余处,其中有7层已弱化,力学强度很低,其系值只有0.2—0.25。
2、电站厂房蜗壳采用预应力钢筋砼结构。由于蜗壳的作用水头约
46—54m,由于工期紧张钢蜗壳施工不能满足工期要求,因此采用预应力钢筋砼结构。
3、消能型式的选择 当0.1%校核洪水时,表、深孔分别为16600 m3/s和5600 m3/s,单宽流量分别为153 m3/s和110 m3/s,经水力条件及工程量比较,结合水工模型试验成果分析,表孔采用变半径的实体消力戽加Y型宽尾墩方案,深孔采用戽式消力池方案。
4、二期大坝由常态砼改为碾压砼施工,坝体上升速度加快,可由二期坝体挡水发电,省掉原设计中的上游碾压砼围堰挡水发电的碾压砼围堰,减少了投资。