葛洲坝水利枢纽
更新时间:2014-06-29 16:33:16 来源: 作者: 浏览:1221次 评论:0条
导读：1概述葛洲坝水利枢纽位于中国湖北省宜昌市，在长江三峡出口南津关下游2.3km处，是三峡水利枢纽的航运梯级，担负着渠化三峡大坝至宜昌间天然河道、对三峡电站日调节非恒定流进行反调节和利用河段落差发电的任务。混凝土重力坝，最大坝高53.8m，渠化航道110～180km，水..
葛洲坝水利枢纽位于中国湖北省宜昌市，在长江三峡出口南津关下游2.3km处，是三峡水利枢纽的航运梯级，担负着渠化三峡大坝至宜昌间天然河道、对三峡电站日调节非恒定流进行反调节和利用河段落差发电的任务。混凝土重力坝，最大坝高53.8m，渠化航道110～180km，水电站装机容量271.5万kW ，保证出力76.8万kW，多年平均发电量157亿kW·h，以500kV和220kV电压接入华中电力系统，并通过换流站以500kV直流向华东电力系统供电。
坝址在丘陵区，地势低平，河谷开阔。两岸山顶高程在200m以下。左岸有五级阶地、漫滩发育。右岸基岩峭壁临江，阶地保存较差，与左岸谷坡极不对称。
坝基为白垩系下统陆相红色碎屑岩、粘土质粉砂岩和砂岩，并含有粘土岩软弱夹层。岩层倾向下游，倾角4°～8°。由于粘土岩夹层的厚度及强度均远比上下岩层薄和低，所以较明显的层间剪切带几乎都沿岩体中的原生粘土岩类夹层发生。坝基下共有72个不同性状的剪切带。其中5个剪切带
发育充分，并等距分布。它们分布广，性状差，对工程影响最大。坝基下分布有6个强透水带，均由断层带发育而成。此外，粘土岩易快速风化泥化，施工时要采取保护措施。
坝址以上流域面积100万km2，多年平均流量14300m3/s。调查历史最大流量110000万m3/s，实测最大流量71100m3/s，实测最小流量2770m3/s，多年平均悬移质泥沙年输沙量5.23亿t，多年平均沙质推移质年输移量863万t，多年平均卵石推移质年输移量84.3万t。正常蓄水位66m，死水位63m，水库无调节能力。设计洪水流量86000m3/s时，相应坝前水位66m，下游尾水位59.5m。校核洪水流量110000m3/s时，相应坝前水位67m，相应总库容15.8亿m3。
2 枢纽布置与建筑物
枢纽建筑物自左岸至右岸为：左岸土石坝、3号船闸、三江冲沙闸、三江混凝土非 溢流坝、2号船闸、黄草坝混凝土挡水坝、二江电站厂房、二江泄水闸、大江电站厂房、1号 船闸、大江泄水冲沙闸、右岸混凝土挡水坝。220kV和500kV开关站分设在西坝和右岸。坝 顶高程70m，挡水前沿总长26065m。
泄洪与排沙建筑物：二江泄水闸共27孔，前沿总长度498m，最大泄流量83900m3 /s。闸型为开敞式平底闸，闸室长65m，闸底高程37m。孔口宽12m，高24m。每孔设上下 双扉闸门，上扉为平板门，下扉为弧型门，均宽12m、高12m。护坦设计单宽流量125～135 m3/(s·m)，校核单宽流量为170m3/(s·m)。闸后设有180m长的平底消力池，底部采 用分区封闭抽排水式结构，池后接70m长的防冲护固段，闸尾设深20m的防淘墙和长85m并设有加糙墩的柔性混凝土海漫。总长335m。防淘墙墙身为倾向下游的斜卧式，基础高程11.0m～14.0m，顶厚2.0m，底厚4.0m。为了便于调度和检修，以及防止水跃打闸 门或发生远趋水跃，闸室内设有二道隔墙将27孔分成3个区，计左区6孔、中区12孔、右区9 孔。护坦面采用厚40cm的400号高强混凝土作抗冲耐磨层。见葛洲坝水利枢纽泄水闸剖面图 。
三江沙闸共6孔，总宽度108m，最大泄流量10500m3/s。采用平底闸，闸室长58m，底板高程48m。孔口宽12m，高10.5m。设弧形闸门，采用三级消力池，总长405.5m。
大江泄水冲沙闸共9孔，每孔宽12m，高19.5m，闸室长52.2m，底板高程42m，最大泄流量20000m3/s。
水电站厂房和主要机电设备：二江电站厂房长328.5m，安装2台17万kW和5台12.5万kW轴流 转桨式水轮发电机组，总容量96.5万kW。水轮机层高程50.63m，发电机层高程55.91m。 厂房最大高度82.0m。大江电站厂房长582.2m，安装14台12.5万kW轴流转桨式水轮发电机组，总容量为175万kW。除设置长70m的左安装场外，在右端另设长32m的辅助安装场。为了便于排沙，二江电站每个机组段下布置有排沙底孔，大机组2个，小机组1个，每孔设计流量250m3/s。大江电站每台机组设置2个排沙孔，每孔设计流量200m3/s。 此外，在二江安装场下设有2个流量各为335m3/s的排沙孔。为了排除厂前漂浮物，在大、 二江电站每个机组段均设两道拦污栅槽，一道工作，一道备用；在二江厂闸导墙中，设有宽12m的明渠式排污(漂)道，孔道内最大流速约9～12m/s。在大江右安装场下设有双孔有压管 道式排漂孔，孔口尺寸为宽6.5m、高3.0m，每孔设计排漂流量270m3/s。见葛洲坝水利 枢纽二江发电厂房剖面图。
电站最大水头27m，最小水头8.3m，设计水头18.6m。
17万kW机组的水轮机型号为ZZ560-LH-1130，额定出力17.62万kW，额定转速54.6r/min，飞逸转速120r/min，转轮直径11.30m，设计流量1130m3/s，最高效率92.5%，混凝 土蜗壳为不对称梯型断面，包角180°，流道最大宽度31.2m，进口段设2个中墩，尾水管高度27.12m，扩散段设2中墩，装机高程36.6m。发电机型号为SF170-110/1760，伞式空冷型，额定容量194.2/170MVA/MW，额定电压13.8kV，额定电流8.125kA，额定速54.6r/min，纵轴瞬态电抗不大于 0.33，效率97.9%，推力轴承负荷3.8万kN。
12.5万kW机组的水轮机型号为ZZ500-LH-1020，额定出力12.9万kW，额定转速62.5r/m in，飞逸转速140r/min，转轮直径10.20m，设计流量825m3/s，最高效率93%，混凝土 蜗壳为不对称梯形，包角180°，流道最大宽度26.8m，进口段设2中墩，尾水管高度24.6 m，扩散段设2个中墩。装机高程亦为36.6m。发电机型号为SF125-96/1560，空冷半伞式，额 定容量143/125MVA/万kW，额定电压13.8kV，额定电流5.98kA，额定转速62.5r/min，纵轴瞬态电抗不大于0.37，推力轴承负荷33000kN。
通航建筑物：共有2条航道和3座船闸。三江航道建有2号和3号船闸，大江船道建有1 号船闸。1号和2号船闸闸室有效尺寸为：长280m，宽34m，最小槛上水深分别为5.5 m和5m，可通过大型客货轮和万吨级船队。3号船闸闸室有效尺寸为：长120m，宽18m，最小槛上水深3.5m，可通过3000t客货轮和地方船队。3座船闸远景设计年单向通航 能力为5000万t。
三江航道是主要过船通道，设计最大通航流量为4.5万m3/s，通航水位上游为63～66m，下游为39～54.5m。上游引航道口门底部宽度不小于230m。闸前直线段长度：2号船闸不小于960m，3号船闸不小于360m。弯曲半径：2号船闸不小于1000m，3号船闸不小于600m。下游 引航道口门底部宽度150m。闸前直线段长度：2号船闸650m，3号船闸不小于360m。弯曲半径 ：2号船闸720m，3号船闸600m。三江航道总长6400m，上游引航道全长2500m，下游引航道长3900m。上游引航道右侧布置有防 淤堤，防淤堤长度为1750m，一般高18～25m，最大高度29m，顶宽10～260m。
大江航道主要是配合三江航道承担通航任务，配合二江闸承担泄洪、排沙。大江航道总长3500m，其中上游引航道长1000m， 口 门外直线段500m，下游航道长2000m。左侧设有防淤堤。防淤堤长1000m，堤身高度一般为40m，最大高度44m，顶宽一般为10m，最宽处为140m。
2号船闸由桥墩段，上、下闸首、闸室，上、下游导墙，上、下游靠船墩等建筑物组成 。上闸首人字门门叶高13.50m，宽19.7m，厚2.7m，自重196 t；下闸首人字门门叶高34.05m，宽、厚与上闸首相同，自重580t。门叶与垂直水流方向 夹角为22.5°，人字门启闭机械为扇齿轮带摇杆的形式，用双速鼠笼电机驱动。电动 机功率75/55kW。上闸首工作门上游没有事故检修闸门，为垂直提升并横移的平板门，门高10m，自重263t，门下另加设一节3m高的迭梁门。闸门采用2×200t桥式起重机起吊 。下闸首工作门下游设有浮式检修闸门，门高13.1m，自重354t，生铁压重516t。船闸 采用长廊道底部分散式三区段纵横支廊道侧向出水加消能明沟形式。输水系统工作阀门采用 反向弧形门，阀门孔口尺寸5.5m×5m(高×宽)，自重80t，采用液压启闭机启闭，最大提升力1200kN，下压力200kN。工作阀门前后设有平板检修阀门，孔口尺寸7m×5m，重23 t，采用40t轮胎吊平压启闭。左右主廊道布置在两侧闸墙内，断面尺寸为7.0m ×5.0m。在闸室底板中部布置有6条横支廊道，两头各布置2条纵支廊道，形成3个区段，由支廊道两侧出水，出水总面积77.55m2。船闸充、泄水时间分别为10.45min和12.9min。桥墩段、上闸首、闸室采用分离、重力式结构，下闸首采用整体式结构。
1号船闸和3号船闸的布置、结构与2号船闸大致相同。
3 工程施工
主体工程土石方开挖5799万m3，土石方填筑3088万m3，混凝土及钢筋混凝土1042万m3，钢筋钢材58.2万t，高峰劳动力5.5万人，施工工期1970年12月～1988年12月(其中1972年11月～1974年9月主体工程暂停施工)。
采用分期导流方式。一期先围二江、三江， 江水由大江主河床宣泄，照常通航。二期围大江，江水从二江泄水建筑物过流，船舶经三江 船闸通行。为适应泄洪和导、截流的需要，挖除了大江和二江之间的水岛——葛洲坝，扩宽二江，布置27孔泄水闸，在靠葛洲坝的大江侧修建一期土石纵向围堰，保护二江 基坑和二期纵向围堰的施工。
技术复杂施工难度大的围堰是大江二期上游横向围堰和二期纵向钢板桩格型围堰。大江上游横向围堰最大高度50m，长895m，体积274万m3。需挡水5年，常年在高水位下运行 ，其设计、校核、保证洪水流量分别为66800、71100、86000m3/s。施工时水深10～18m，堰体下部15～20m高度为水下抛填，约占总填筑量的60%。堰基覆盖层左岸厚5～1 4m，右岸覆盖层大部分已冲走，局部厚度2～3m，岩基面层3～5m裂隙发育，透水性强。 围堰采用混凝土垂直防渗墙砂卵石堰壳的结构形式。防渗墙为双排混凝土防渗心墙，第一排 墙位于下游侧(下游墙)，可在堰体55m高程上施工，上接现浇混凝土至61m高程；第二排墙位 于上游侧(上游 墙)可在堰体63m高程上施工，上接现浇混凝土至65m高程。按每排墙承担2/3水头设计，2排墙中心距为3.5m，墙厚80cm，第一排防渗墙于1980年10月截流堤进占前即开 始施工，1981年4月完成，5月堰体填至61.0m高程，水库开始蓄水，月底全线填至64.5～6 6.0m高程，以保证安全度汛和提前发电。同年7月恰逢百年一遇洪水(流量7.2万m3/s)， 围堰经受挡水考验安全无恙。第二道防渗墙于1981年6月开始施工，12月完成， 1982年3月全线封闭，5月围堰全断面加高至设计高程(堰顶高程67.0m)。混凝土 防渗墙总造孔进尺3.22万m，截水面积5.1万m2。施工时最大月造孔进尺12245m，日进尺558.2m。堰体为砂卵石及石渣混合料堰体，水下部分采用汽车端进，直接向水中抛投，配以推土机向水中推料及平整堰体顶面以便 汽车进占。水上部分填料采用汽车运输，卸料后用推土机平整，震动碾压实。水下抛填最大 日强度11.0万m3，水上部分干填压实最大日强度5.2万m3。
二期纵向钢板桩格型围堰由若干彼此连接的钢板桩格体组成，各圆筒之间用两段钢板桩 连弧相接，圈成连续的封闭空间。圆筒及连弧段内均回填砂砾料以保持稳定。圆筒直径为19.81m，连弧半径为5.1m。为了钢板桩的底部嵌固，在浇筑混凝土基桩时，顶部预留一深 0.5m，宽0.9m的槽，在安放钢板桩，回填二期混凝土之后，在钢板桩外侧用二油一毡与混凝土相隔，便于以后拆除。上纵段全长383.49m，布置18个圆筒的连弧段，下纵段全长277.09m，布置13个圆筒和连弧段。采用一字型和T形板桩，桩长20m，宽400mm，腹板厚9. 5～12.7mm，单根重量1.084～1.216t，锁口极限应力不少于4000kN。
大江截流选择在12月下旬至1月上旬合龙，相应流量为7300～5000m3/s。由于水深流量大，且二江分流的导渠及泄水闸底板比龙口河床高7m，截流难度较大。
选定上游单戗立堵截流方案。在龙口段预先用船舶水下抛投重型钢架石笼(重量约30t)和混凝土四面体预制块(重17t)形成拦石坎护底。1980年3月开始施工，共抛投钢架石笼150个，混凝土四面体392块，实测拦石坎高程31～33m，1980 年度汛后发现未冲动。1980年11月12日至12月12日在上游非龙口戗堤进占的同时，用210m3侧卸抛石船间断地在拦石坎两侧平抛一部分5t钢筋石笼和中等块石，戗道形成龙口后， 在已抛拦石坎部位又平抛了120个10～15t钢筋石笼和43个5t钢筋石笼。抛投时流速达4.5 ～5m/s，拦石坎高程34～35m。
11月27日上游戗堤形成龙口，共抛投块石料31万m3。下游戗堤左右岸分别于10月1日及11月1日开始进占，12月14日形成下游龙口。1981年1月3日7时30分，龙口开始进占，1月4日19时12分两岸戗堤胜利 合龙，历时36h，抛投块石料及混凝土四面体共10.6万m3，合龙流量4800～4400m3/s，龙口最大水深10.7m，实测最大落差3.23m，最大流速7m/s，最大单宽能量1 460kN·m/(s·m)，单戗堤立堵截流日抛投强度7.2万m3。
一期工程共计完成土石方开挖5250万m3，混凝土浇筑626万m3，金属结构安装448万t。最高年施工强度：土石方开挖900万m3，混凝土年浇筑202.9万m3，金属结构年安 装2.17万t。二期工程共计完成土石开挖2097万m3，混凝土浇筑487万m3，金属结构安装3.72万t。最大年施工强度：土石方开挖685万m3，混凝土浇筑176.5万m3，金属结构安装2.22万t。
土石方施工中使用了45t自卸车，320～410马力推土机和6.9m3装载机。混凝土浇筑主要采用特别的20t高架门机和10t门机。高架门机最大工作幅度62m时，起重量20t，30m时起重量60t，轨面以上提升高度70m，回转速度0.4r/min。当起吊3m3料罐浇筑混凝土的实际能力，最高月浇量9114m3，平均月浇筑量5985m3。
砂石加工系统分设3处，总生产能力为1400m3/h。混凝土拌和系统：一期工程共设3个，配备8座拌和楼，月生产能力35.5万m3；二期工程共设3个系统，配备6座拌和楼，月生产能力32万m3。制冷系统：一期工程共设制冷楼3座，能生产14～17°C混凝土300m3/h，另设西坝制冰厂1座，日产块冰140t；二期工程制冷装机总容量1479万kcal/h。
4 几个重大工程技术问题
葛洲坝水利枢纽兴建过程中，进行了大量科研工作，解决了一些复杂的技术问题。
4.1 通航水流条件及工程泥沙问题的研究
坝址上下的河 道、水流和泥沙条件十分复杂，如何科学地进行枢纽布置和合理解决水流、泥沙之间的矛盾，是工程设计中的一项重大课题。通过试验，在枢纽布置上采取“一体两翼”的方案，使工 程在施工过程中能满足截流导流的要求，工程建成后，能满足正常运用的通航、发电、泄洪 和排沙的要求，确保工程正常、安全地运用。所谓“一体两翼”，即在拦河建筑物上游的江 中，两侧布置防淤堤与河岸形成两条新的引航道，在中间的长江主泓河 道上修建27孔泄水闸，这就是“一体”；主泓道两侧的新航道和电站进水渠道是“两翼”。 这样就将航道与主泓河槽隔开了。同时，在航道内除设置船闸外，还设置了冲沙闸。对难以 避免的航道淤积，则开闸冲沙辅以疏浚，即所谓“静水通航，动水冲沙”的办法。为改善水 流条件，对南津关天然河道进行整治，切除了岸边突咀，平顺岸线(共开挖石方161.2万m3)，适当回填江底深槽，从而压缩和削弱泡漩强度，扩宽“剪刀水”。为防止电厂进口淤堵和大量泥沙，特别是粗砂通过水轮机造成磨损，除利用低进口高程的泄水闸排沙外，还合理地布置了电站引水的边界及导沙坎和排沙底孔。十多年来的运用表明，上述措施都是有效的。
4.2 大流量泄水闸的消能防冲
二江泄水闸担负着泄洪、 排沙以及导流等任务，是关键工程之一。总泄水流量大，单宽流量大，运行条件复杂，佛氏系数低，消能困难，且基岩软弱。经过充分的试验研究。从布置和结构措施上采取了一系列 措施解决了闸基稳定、消能防冲、灵活调度等问题。运行十分成功。
4.3 复杂地基处理
泄水闸和厂房之下的基岩不仅软弱 ，而且有几十条泥化夹层，不利于抗滑稳定。从宏观到微观，从物理力学试验到夹层粘土的化学性能和粒团的排列构造等，进行了大量的岩基试验研究工作，为设计提供了可靠的依据。设计上采取措施，如利用深 层岩体提供抗力、设置防渗板减低扬压力、挖齿槽切断剪切带、利用闸下游岩体抗力的阻滑作用等，较好地解决抗滑稳定问题。
4.4 大江导流截流和围堰工程
长江流量大、水深、变幅也大，葛洲坝工程大江导截流和大江二期上游横向围堰的成功实施，不仅为中国在大江、大河上进行导流截工程迈出了重要的一步，也为世界水利建设提供了新鲜经验。
4.5 大型水轮发电机组和金属结构设计
17万kW的水轮机 是中国自行设计、制造的，是目前世界上大型低水头转桨式水轮机之一。二江泄水闸闸门下面为弧形门，上面为平板门，属于创新设计。1号和2号船闸的下闸首人字门，也是目前世界上最大的闸门之一。
4.6 鱼类资源保护的研究
通过调查研究发现，受葛洲坝建坝影响的主要是中华鲟鱼。中华鲟鱼是中国一类保护动物。通过试验研究认为，修建过鱼建筑物来保护中华鲟是无效的，而借鉴原苏联的经验，通过人工繁殖，网捕过坝等措施可以救护中华鲟鱼。1981年发现中华鲟在坝下江段性腺可以发育成熟。以后又发现坝下江段已形成稳定的中华鲟产卵场。同时，坝下中华鲟人工繁殖技术日臻完善，形成了大量的放养能力。实践已经证明，不修过鱼建筑物是完全可以救护中华鲟鱼的。
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