三峡水利枢纽
更新时间:2014-06-29 16:33:18 来源: 作者: 浏览:1119次 评论:0条
导读：1概述三峡水利枢纽位于中国湖北省宜昌县三斗坪、长江三峡的西陵峡中，距下游宜昌市约40km。具有巨大的防洪、发电、航运等综合利用效益，是治理和开发长江的骨干工程。经过长期的研究论证，坝段、坝址、正常蓄水位、重庆至宜昌河段的一级开发与二级开发以及分期开发等..
三峡水利枢纽位于中国湖北省宜昌县三斗坪、长江三峡的西陵峡中，距下游宜昌市约40km。具有巨大的防洪、发电、航运等综合利用效益，是治理和开发长江的骨干工程。经过长期的研究论证，坝段、坝址、正常蓄水位、重庆至宜昌河段的一级开发与二级开发以及分期开发等多方面的比较，最后选定了“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民”的方案。坝顶高程185m，正常蓄水位175m,初期运用水位156m。混凝土 重力坝，最大坝高175m，总库容393亿m3。防洪库容221.5亿m3，可以使下游荆江河段，防洪标准可提高到百年一遇，在遇到千年一遇以上特大洪水时，配合以中游分蓄洪工程等，可以避免发生毁灭性洪灾。水电站装容量1820万kW，保证出力499万kW，多年平均发电量846.8亿kW·h。向华中、华东和川东供电。设有双线五级连续船闸，年单向通过能力5000万t，万吨船队可直达重庆。1993年开始施工准备，1998年截流，2003年6月水库开始蓄水，2009年全部建成。
坝址地形开阔，河谷宽达1000余m，右侧有中堡岛顺江分布，两岸谷坡平缓。基岩主要为前震旦纪斜长花岗岩，岩性均一、完整、力学强度高。微风化与新鲜基岩饱和抗压强度100MPa，变形模量30～40GPa，纵波速度大于5000m/s。岩体透水性微弱，单位吸水量一般小于0.01L/(min·m·m)。坝区有两组断裂构造，一组走向北北西，一组走向北北东，倾角在60°以上。断层规模不大，且岩石胶结良好。花岗岩体的风化层分为全、强、弱、微4个风化带。风化壳的厚度(指全、强、弱3个带)在两岸山体地地段较大，可达20～40m，漫滩地段较薄，主河床中一般无风化层或风化层厚度较小。库区和坝区 地壳稳定，地震基本烈度为6度，建筑物按7度设防。水库建成后，可能产生的水库诱发地震 ，估计最高震级为5.5级。水库库岸总体稳定条件较好。
坝址以上流域面积100万km2，多年平均径流量4510亿m3，多年平均输沙量5.3亿t。正常蓄水位175m时，库容393亿m3，防洪限制水位145m时，相应库容171.5m3，防洪库容221.5亿m3。枯季消落低水位155m，库容228亿m3，调节库容165亿m3。主要建筑物按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水加10%校核，相应洪峰流量分别为98800m3/s和124300m3/s，相应水位为175m和180.4m(库容为450亿m3)。
2 枢纽布置和建筑物
枢纽布置自左至右顺序为双线五级连续船闸、升船机左侧非溢流坝段、升船机、临 时船闸、左岸非溢流坝段、左厂房坝段及左岸厂房、导墙坝段、泄洪坝段、纵向围堰坝段、右厂房坝段及右岸厂房、右岸非溢流坝段。大坝轴线总长度为 2335m(不包括双线五级船闸)。
泄洪坝段长383m，分为23个坝块，每个坝块长21m。共设23个7m×9m(宽×高)的深 孔和22个净宽8m的表孔。深孔布置在坝块的中部，进水口底部高程90m。表孔在2个坝块之间跨缝，堰顶高程158m。在表孔的正下方跨缝布置三期导截底孔，孔口尺寸6m×9m， 孔底高程55.5m，底孔共22个。左侧导墙坝段和右侧纵向围堰坝段各设1个泄洪排漂孔，孔 口尺寸为10m×12m，进水口底面高程133m。另在右岸非溢流坝段设1个排漂孔，排漂孔坝面处孔口尺寸为7m×4m，孔底高程为130m。共布置7个排沙孔，其中左、右厂房坝段中间安装场及厂房左端坝块共设5个4m×7m的排沙孔 ，进口孔底高程为75m；在厂房左端1号机组、右厂房右岸26号机组各设1个排沙孔，进口 底部高程90m。深孔采用有压短管明流泄槽形式，有压段设3道闸门，进口上游面设反钩检 修叠梁门(9.6m×14m)，中部设平板定轮事故闸门(7m×10.59m)，末端出口设弧形工 作闸门(7.0m×9.0m)。表孔尺寸为8.0m×18.0m，设置平板定轮工作门和事故检修门各一道。库水位135、145、175、183m时深孔的泄流能力分别为33510、37880、48680、51180m3/s。包括深孔、表孔、排沙孔、排漂孔，电站24台机组在内的总泄流能力，当库水位135、145、175、180m和183m时，分别为56470、63440、97090、110430、119050m3/s。
电站厂房为坝后式，布置于泄洪坝段两侧，左右厂房分别安装14台和12台70万kW机组，厂房 中部各设1个安装场，左、右岸端各设高、低安装场2个。机组间距为38.3m，左、右厂房( 包括安装场)为643.7m和584.2m。厂房上部横向(顺水流方向)为38.0m，水下部分横向 宽度68m。厂房总高度为93.8m。在主厂房上、下侧为副厂房，分别布置中央控制室、主变压器和六氟化硫封闭开关(GIS)。电站出线共13个回路，左岸电站7回，右岸电站6回。后期准备扩机6台，共420万kW，厂房布置在右岸山体下，采用地下厂房。电站进水口采用小进口方案，喇叭口与闸门进口面积之比可做到最少为1.5∶1。闸门进口面积基本与引水钢管 面积相等。电站进口底坎高程为110.0m。进口设有两道闸门，一道为液压操作的快速工作门，尺寸为9.2m×13.4m，另一道为检修闸门。拦污栅布置在进口段上游，为平板式呈一列式布置，栅后各机组可互相补水，当部分机组拦污栅堵塞时，可减少过栅水头损失。设有两道拦污栅，一道工作，一道检修时备用。引水钢管按流速8m/s计算，确定钢管直径为12.4m。引水钢管的布置采用下游坝面预留槽形式，钢管全部或部分埋在坝面以下。压力引入管道在不同部位采用不同结构：在坝内的进口和渐变段为钢筋混凝土结构，不设钢板衬砌 ，坝内斜直段为钢衬、钢筋混凝土联合受力结构，坝后背管段为钢衬、钢筋混凝土联合受力结构。
永久通航建筑物包括永久船闸和垂直升船机，均布置在左岸。永久船闸总水头113m， 按设计水平2030年单向下水货运量5000万t的要求，采用双线船闸，闸室有效尺寸为280m×34m×5m(长×宽×槛上水深)。可通过万吨级船队。当流量为56700m3/s(相当于P=1%)时仍可通航。上游运行水位，初期为135.0～156.0m，正常期为145.0～175.0m。下游运行水位为62.0～73.8m。从第一级船闸上闸首至第五级下闸首结构长度为160.7m，上游引航道长度2113m，下游引航道长度2722m。输水系统采用侧向取水的方式，左右两线船闸的进水口均布置在上游隔流堤的右侧，每线设有5个6m×7m(宽×高)的进水孔，进水口下接10m×10m的进水廊道，在第一级闸前，进水廊道分成两支，分别与左、右船闸两侧的输水主廊道相接。输水主廊道为双侧布置，置于闸室两侧岩体内。廊道断面为上半圆下矩形，面积一般为24.32m2，仅第一级船闸的廊道为30.82m2，输水阀门采用反向弧形门，共24个。阀门尺寸：第一级船闸的充水阀门和第五级船闸的泄水阀为4.5m×5.5m(宽×高)，其他各级均为4.2m×4.5m。在闸室内采用等惯性底部纵支长 廊道四区段顶部分散出水加消能盖板的输水系统。为了避免船闸泄水引起下游引航道内水位 波动，泄水廊道采用以泄水箱涵直接泄入主河道为主以泄入引航道为辅的方式。由于船闸布 置在深开挖的花岗岩上(船闸底板建基面需挖至高程120～50m，最大开挖深度达170m)，闸槽结构采用衬砌式混凝土墙，用锚杆将墙体与岩体锚固成整体，共同受力，以充分利用花岗 岩风化壳以下岩体比较完整、强度高的特性。在闸室段墙厚为1.5～2.4m，在闸首段因布置工作门和检修门的需要，墙厚18～18.9m。两线船闸间的中隔墩也采用保留岩体的方案 。保留岩体厚55～57m，两侧衬砌混凝土1.5～2.4m。
升船机为垂直均衡重式，承船厢尺寸为120m×18m×3.5m(长×宽×船厢水深)，一次可通过一条3000t级客货轮或一条1200马力推轮顶推的1500t级驳船。
升船机由上游引航道、上闸首、升船机主体、下闸首及下游引航道等主要部分组成，上游导航墙长250m，主体建筑物(包括上、下闸首及升船机主体)长243.5m，下闸首至下游引航道口门长约4400m，自上游口门至下游口门全长约5000m。上闸首位于非溢流坝段，兼有 大坝挡水和升船机闸首双重功能，总宽62.0m，总长120.0m，顶高程185.0m，采取与升船机承重柱分开的结构形式。垂直升船机包括承船厢、卷扬提升设备、平衡重、承重塔柱及柱顶机房等。承重塔柱柱基高程为48.0m，船厢室底板高程为50.0m，塔柱柱顶高程为197.0m。下闸首宽58.4m，长32.5m。承船厢轮廓尺寸为132.0m×23.4m×10.0m带水总重量为11800t，为钢质槽形结构，两端设卧倒式闸门及防撞梁。与承船厢保持全平衡平衡重块总重量也为11800t。平衡重有两种，一种是总重量9200t的重力平衡重，由144根钢丝绳分成8组通过机房内的平衡重滑轮与船厢直接相连；另一种是重量2600t的转矩平衡重，分成8组由48根钢丝悬吊缠绕并固定在机房内的16个卷筒上，同时卷筒上另有48根出绳方向之相反的钢丝绳，其一端缠绕固定在卷筒上，另一端经过液压均衡油缸，与船厢相连，主提升设备的主要技术参数为：总提升力6000kN，最大提升高度113m，提升速度0.2m/s，起、制动加速度0.01m/s2，事故减速度0.04m/s2，总制动力27000kN，钢丝绳安全系数不小于8.0，电机功率8×220kW。
3 工程施工
长江是中国的重要水运交通干线，不允许施工期断航。因此，施工通航问题与施工导流方案 ，乃至枢纽布置方案的拟定密切相关。经过多方案比较，采用分三期施工导流方案。第一期围右岸，将导流明渠由250～300m加宽至350m以满足通航要求，明渠内不修建任何建筑物。长江主河道仍可通航。第二期围主河床，明渠用作导流兼通航，在流量不大于20000m3/s时，可以顺利通航；另在左岸修建一线单级临时船闸辅助通航。第三期再围右岸，江水由河床溢流坝段导流底孔及永久泄洪深孔宣泄。水库蓄水前，船只经左岸临时船闸通航。当明渠上游碾压混凝土围堰修建至设计高程，水库充水至135m时，永久船闸投入运行。
计划总工期17年。施工准备期和一期工程共5年，二期工程6年，三期工程6年。工程于1993年开始施工准备，1997年11月8日已实现截流，完成一期工程现正进行二期工程施工。
一期工程的碾压混凝土纵向围堰，混凝土总量159.33万m3，其中碾压混凝土134.96万m3。二期截流时主河床最大水深60m，设计中采用从11月中旬至12月中旬时的5%最大日平均流量作为截流标准，其流量分别为19400m3/s和14000m3/s。在1996年汛末从左岸和 纵向围堰左侧开始向河中进占修建戗堤，预留龙口宽度130m，对河床深槽部位(高程40m以下)平抛垫底至高程40m。实际截流时根据施工进度提前于1997年10月23日形成了130m宽的龙口，10月26日又提前形成了40m宽的龙口。当龙口由90m向60m缩窄时是戗堤推进的最困 难的阶段，当时流量约11600m3/s，龙口流速4.22m/s，落差0.66m，水深33m。从25日8时至26日7时，共抛投土石料15万m3。在10月14～15日进行截流合龙实战演习时，动用了130辆载重量77t的大型卡车，创下了日抛投强度19.4万m3的世界纪录。在11月8日15时30分合龙，截流成功。合龙时，流量为8480m3/s，龙口流速2.6m3/s，水位落差0.32m。下游围堰龙口宽50m，于同日18时30分合龙。截流时出现的困难一是明渠淤积严重，影响分流比；二是深水抛填时堤头坍塌，通过在龙口平抛垫底得以解决。
三期截流时，河水从22个有弧形闸门控制的导流底孔通过，孔口尺寸为6m×9m，进口高程55.5m，设计截流流量9010m3/s，水头差少于3.5m。
初步设计审定的枢纽工程主体建筑物工程量为：土石方开挖10259万m3，土石方填筑2933万m3，混凝土浇筑2715万m3，金属结构安装28万t，钢筋35万t。
一期工程施工的控制项目是导流明渠的开挖和临时船闸的施工。导流明渠开挖总量为2221万m3，开挖宽度350m，长度3407.4m，总工期3年8个月，最大月开挖强度为817万m3。临时船闸土石开挖844万m3，最大挖深113m，混凝土浇筑36.5万m3，金属结构安装4300t。二期工程主要控制项目为二期围堰施工和河床泄洪坝段浇筑和永久船闸施工。二期上下游横向围堰总填筑方量1218.9万m3，高峰月土石填筑强度达281.3万m3。混凝土防渗墙面积9.6万m2，土工膜防渗面积5.7万m2，高峰月混凝土防渗墙施工强度1.26万m3，施工最大水深60m，施工总工期9个月。实际施工时围堰最高月填筑量200万m3，最高日填筑量19.44万m3，上游围堰最高月成墙面积6440m2。河床泄洪坝段总混凝土方量499.7万m3，最大月浇筑强度为15.6万m3，河床深槽坝段最大坝高175m, 总工期45个月，要求平均月上升高度4.4m。明渠内三期碾压混凝土纵向围堰轴线长572m，堰顶高程140m，最大堰高124m，混凝土总量168万m3(在一期工程中已完成导流明渠底 板高程50～50m以下的40.4万m3，施工部位的最大高度90m)，要求月上升高度18m，平均月强度25.52万m3，最大月上升高度23m，最大月浇筑强度为39.8万m3，最大日浇筑量达18000万m3。
实际施工中，二期工程在1999年浇筑了454.45万m3混凝土，其中11月份浇筑了55.4万m3。
土石方开挖工程量大，强度高，最大挖深为175m。其中约有70%的方量须采用钻爆法施工。开挖时运用预裂爆破、光面爆破或缓冲爆破技术。为提高开挖效率采用凿裂法、深孔梯段爆破技术和保护层一次爆破技术。
大坝和厂房的混凝土浇筑，采用以塔带机为主的方案，包括6台塔带机，4台胎带机，1台大塔机、8台高架门机，2台摆塔式缆机，2台履带吊。相应设有7座生产能力为240～360m3/h的拌和楼2个。人工骨料加工系统，月生产能力分别为46万m3和14万m3。三期上游碾压混凝土围堰将用自卸汽车与皮带机结合运送混凝土。
对外交通采用以公路为主的方案。专用公路为全线4车道全封闭的准一级公路。
4 几个重大工程技术问题的研究与解决措施
三峡工程建设中需要解决的重大技术问题，除上面已述及的外，对以下几个问题补充说明如下：
(1)二期上游横向围堰。围堰最大挡水水头85m，堰体最大高度82.5m，土石填筑 量大，施工强度大。围堰基础覆盖层中有块球体和葛洲坝水库 蓄水后的新淤沙，基岩为闪云斜长花岗岩，强风带中含风化块球体，弱风化带岩体中有强透水带，给围堰防渗处理增加了难度。
最后选定下部连续管柱墙双 墙上部接土工膜方案。上游围堰在河床深槽段，塑性混凝土防渗墙顶高程73m，上接土工合成材 料至86.2m高程，墙底嵌入弱风化岩体1m，防渗墙高度35～74m。采用两排墙，墙厚1m；两岸漫滩段，塑性混凝土防渗墙顶部高程79～73m，上接土工合成材料至86.3m高程， 防渗墙厚0.8及1.0。对防渗墙底基岩进行帷幕灌浆处理。双墙段下游墙布置在围堰轴线上，上游墙与其相距6.0m。上游先施工，下游后施工，堰体由风化沙、石碴、石碴混合料、过渡料和块石填筑而成，风化砂水下填筑的干密度至关重要，经长期研究，取得了重要成果。下游围堰的形式与上游围堰基本相同。上下游围堰填筑方量1060万m3，堰体高度2/3位于枯水位以下，填料80%为水中抛填施工。防渗墙最大高度74m，截水面积8.49万m2。土工合成材料截水面积5.87万m2。
施工中结合实际情况采用铣削成槽法，两钻一抓(铣)成槽 法，铣、砸、爆结合成槽法，两钻三抓(铣)成槽法、上抓(铣)下钻成槽法，使防渗成墙技 术获得重大发展和突破，解决了围堰防渗墙两岸接头处理、围堰深槽陡岩段防渗结构、防渗墙穿过复杂地层成墙、防渗墙基础块球体处理以及高防渗墙底帷浆灌浆施工等复杂技术问题。并经受了2个汛期洪水考验，堰体和基础总渗水量为50L/s。
(2)船闸高边坡稳定问题。三峡双线五级船闸系在山体中深切开挖修建。在微风化和新鲜岩体部位，为充分利用花岗岩的高强度特性，闸室边墙为锚固在直立边坡岩体上的混凝土 衬砌式结构，边坡断面下陡上缓，闸墙部位为50～70m高的直立坡。闸墙顶以上开挖边坡： 全风化带1∶1～1∶1.5，强风化带1∶1，弱风化带1∶0.5，微风化和新鲜岩体1∶0.3。
船闸主体段最大开挖深度达170m，边坡高度，在第三闸首附近约400m长范围为120～160m ，其余部位高50～100m。边坡基岩整体稳定性较好，但通过二维、三维弹性有限元分析以及地震动力响应分析，局部边坡存在塑性破损区；施工中存在局部块体失稳问题。为提高边坡的稳定性，主要采取以下措施：①设置防渗及排水系统。②边坡加固支护，包括喷混凝土支护、预应力加固、系统锚杆加固和预应力锚索加固。施工过程中加强观测、分析，进行动态分析和相应的调整。目前已成功地完成施工。
(3)工程泥沙问题。经过大量现场调查、数学模型计算、物理模型试验以及和已建工程分析对比，对三峡工程的泥沙问题认识已比较深入。水库采用“蓄清排浑”的运用方式。
据计算水库运用100年后，泥沙趋于冲淤平衡，此时仍保留86%～91%的防洪库容和92%～96%的调节库容。不会影响水库长期使用。在变动回水区泥沙 淤积抬高洪水位，水库运用100年后(不考虑上游建库拦沙影响)，重庆市百年一遇洪水位将抬高4.8m，不会影响重庆市主要市区。通过改善水库调度、整治工程和机械清淤等措施可以保证航道畅通。枢纽运用70～100年后，坝区的悬移质含沙量和粒径基本上恢复天 然情况。由于泄水前缘布置有深孔和排沙孔，排沙条件好，辅以围隔措施，坝前泥沙淤移不会影响电站和通航建筑物的正常使用。水库蓄水后，三峡水利枢纽下游河道将发生河床冲刷，冲刷自上游河段向下游河段发展，预计运行90年后，发展到大通。个别河段因河床冲刷可能引起的河势变化以及对通航的不利影响，可以需采取河势控制和整治工程措施。
(4)巨型水轮发电机组的选型、制造与安装。三峡水电站装机容量大，水头变幅52m，要求选择单机容量为70万kW左右的混流式水轮机。目前国外已有适合三峡水电站的巨型水轮 发电机组的制造、安装、运行的实例和经验。在引进第一批国外机组和 技术的基础上，选择的机组要适合我国目前的机组制造能力和水平，尽快实现自行制造这种 机组； 经过长期的研究论证，最后选用单机容量70万kW的混流式水轮机。根据选用的机组，三峡水电站的主要特征参数为：装机容量1820万kW，保证出力初期360万kW，后期499万kW，共26台机组，多年平均发电量846.8亿kW·h。装机利用小时，初期3960h，后期4650h。最大水头初期94m，后期113m。加权平均水头初期77.1m，后期90.1m。额定水头80.6 m。最小水头，初期61m，后期71m。水轮机比速系数选用2349，相应转速为75r/min，比转速为261.7m·kW。水轮机装机高程为57m，吸出高度为-5m。发电机额定容量778MVA，并设置840MVA最大容量，频率50Hz，功率因数0.9，纵轴瞬变电抗X′d不大于0.35，飞轮力矩GD2不少于450000t-m2，短路比(SCR)不少于1.1，效率不小于98.6%。水轮机转轮直径9.85m，单台总重3500t，发电机单台总重3500t，因此每台机组的设备安装工作量达8000t以上。单机设计安装工期约31个月。计划第一批机组开始发电的第一年投产2台，以后每年投产4台。无论从安装量、安装速度和复杂性都是前所未有的。
(5)生态和环境影响。三峡工程对生态和环境的影响主要有：大气环境、局地气候、水温水质、陆生动植物资源、水生生物、环境地质、人群健康，自然景观和文物古迹、下游河道冲刷、对海口和邻近海域影响、库区移民环境容量等方面，进行了长期研究，取得了有效成果 ，制定了“趋利避害”的措施。
(6)水库淹没和移民。水库淹没总面积1084km2，其中陆地面积632km2，据1991～1992年调查，淹没人口84.62万人，其中非农业人口48.47万人，占57%；农业人口36.15万人，占43%。考虑到各类 影响和增长因素，规划动迁人口约110余万人。淹没耕地(含旱地、水田、菜地)17160hm2，河滩地3867hm2，园地(含柑桔地)7346.7hm2，林地3273hm2，各类工厂企业 1599个(其中大型6个)，房屋3479.47万m2。三峡工程移民数量大、牵涉面广、问题复杂、政策性强，是一项具有自然科学和社会科学双重属性的系统工程。水库淹没及移民安置 ，是工程建设的重要组成部分，也是工程成败的关键问题之一。决定采用开发性移民方针及 其一系列实施政策，结合库区经济发展，把移民安置、库区建设、资源开发、环境保护等方 面有机结合起来，达到移民安置长治久安的目的。通过试点工程，已证明这一方针是行之有效的。
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