構(gòu)皮灘水電站工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

構(gòu)皮灘水電站是貴州省西電東送的標(biāo)志性工程，在峽谷地區(qū)、巖溶系統(tǒng)、高200m以上薄拱壩，大流量泄洪消能設(shè)計(jì)，大型地下廠房洞室群，穿過軟巖的大口經(jīng)導(dǎo)流隧洞以及高70多m的RCC圍堰等方面頗具挑戰(zhàn)性。

構(gòu)皮灘拱壩壩基主要地質(zhì)缺陷為壩基和壩肩分布有與巖層走向基本平行的層間錯(cuò)動(dòng)、 溶蝕帶，以及一些喀斯特溶洞，壩肩巖體壓縮變形條件差。為此，在拱壩持力范圍內(nèi)將對(duì)拱壩應(yīng)力、變形及滲控要求有較大影響的巖溶洞穴進(jìn)行回填混凝土處理，對(duì)層間錯(cuò)動(dòng)帶采用平洞與斜井交叉設(shè)置的格構(gòu)狀置換處理方案，從而使壩體應(yīng)力基本呈對(duì)稱分布，拱端應(yīng)力趨于均勻，塑性區(qū)改善，拱壩超載能力提高，整體安全度確有保障。

經(jīng)過整體模型試驗(yàn)、三維有限元計(jì)算和壩踵裂縫穩(wěn)定性分析研究，對(duì)拱壩體形和拱端嵌入巖體深度作了多次優(yōu)化，為適應(yīng)地形地質(zhì)條件，便于泄洪建筑物的布置，拱壩選定拋物線平面拱圈型式。壩頂部厚度10.25m，拱冠梁底厚50.28m，拱端最大厚度58.62m，厚高比0.216，拱圈最大中心角88.070。壩體混凝土量316萬m。

構(gòu)皮灘水電站上、下游最大水頭差150m，大壩設(shè)計(jì)、校核泄洪量分別達(dá)24016m/s和28807m/s，泄洪功率分別達(dá)34940MW和41690MW左右，這在國(guó)內(nèi)外均處于領(lǐng)先;加之河谷狹窄，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，消能區(qū)尾部及下游兩岸與河床為粘土巖等軟巖，泄洪與消能防沖設(shè)計(jì)難度較大。通過對(duì)泄洪布置、消能效果及工程量等多方面綜合比較，確定采用6個(gè)表孔和7個(gè)中孔泄洪，壩下設(shè)置水墊塘消能布置方案。

泄洪表孔堰頂高程617m，孔口尺寸12mX15m，裝設(shè)弧形閘門。泄洪中孔進(jìn)、出口均為有壓流型式，為了分散入塘水流落點(diǎn)，出口分為上挑壓板型和平底型兩種?？卓诔叽鐬?mX7m。

為增加泄洪的安全余度，在左岸設(shè)一條輔助泄洪洞，分流最大泄量為3100立方米/秒，采用有壓進(jìn)水口接明流隧洞型式直線布置，全長(zhǎng)545m。隧洞斷面為城門洞型，尺寸為11mX17m--11mX13m，底板縱坡8%，洞內(nèi)最大流速約43m/s。

在大壩490m高程設(shè)置2孔放空底孔，孔口尺寸采用4mX6m。

水墊塘是壩身泄洪水流的主要消能區(qū)，其底板高程412m，長(zhǎng)303m，底寬70m。為滿足抗浮要求，水墊塘底板布置錨筋，兩側(cè)護(hù)坡也用錨筋錨固。設(shè)置二道壩的主要作用是穩(wěn)定水躍和阻擋回沙，并為水墊塘檢修提供一定條件，其頂高程為441m。為充分保護(hù)水墊塘的安全，二道壩下游設(shè)置了長(zhǎng)約70m的防沖護(hù)坦段。

地下廠房位于右岸地下洞室群內(nèi)，主廠房、主變洞、調(diào)壓室3大洞室平行布置。電站建筑物穿越的地層中，二迭系吳家坪組(P2w)、茅口組(P1m)、棲霞組(P1q)灰?guī)r為I--II類圍巖，梁山組(P1L)、志留系韓家店組(S2h)粘土巖為V類圍巖，其它為III--IV類圍巖。

主廠房洞室開挖尺寸:長(zhǎng)230.45m，寬27m，高75.32m。廠房?jī)?nèi)布置5臺(tái)單機(jī)容量600MW的水輪發(fā)電機(jī)組。主變洞斷面型式為城門洞型，開挖尺寸:長(zhǎng)178.27m，寬15.8m，高18.94m。洞室內(nèi)裝有5臺(tái)單相雙卷強(qiáng)油循環(huán)水冷升壓變壓器，額定容量為223MVA。

尾水隧洞由兩部分組成:在調(diào)壓室前采用一機(jī)一洞平行布置形式，斷面采用城門洞型，尺寸10X14.5m;調(diào)壓室后采用兩機(jī)一洞與一機(jī)一洞聯(lián)合布置方式，其中1#、2#機(jī)與3#、4#機(jī)分別共一尾水洞，采用圓形斷面，直經(jīng)14.2m;5#機(jī)為單機(jī)單洞，直徑10m。尾水隧洞段布置有調(diào)壓室，在482m高程以下為三個(gè)相互獨(dú)立的矩形調(diào)壓井以對(duì)應(yīng)下游三條尾水洞;在482m以上連通成為閘門廊道，其頂高程514m，寬19.7m，長(zhǎng)172.5m。

采用河床圍堰一次斷流，隧洞導(dǎo)流，主體建筑物全年施工，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，洪水流量13500 m/s。利用構(gòu)皮灘上游烏江渡等水電站在6--7月預(yù)留5.5億m防洪庫(kù)容，可使頻率10%全年洪水降低為10930 m/s，從而降低導(dǎo)流隧洞和上下游圍堰的規(guī)模。導(dǎo)流隧洞在左岸布置兩條(按高、低洞布置)，右岸布置一條(低洞)，進(jìn)口底板高程分別為450m和430m。斷面采用平底馬蹄型，尺寸為15.6mX17.7m，單條隧洞過流斷面凈面積235.5㎡。左岸導(dǎo)流隧洞長(zhǎng)度分別為888m(低洞)和673m(高洞)，右岸導(dǎo)流隧洞長(zhǎng)度為918m。

上游RCC重力式圍堰堰頂高程484.6m，堰頂寬8.5m，最大堰高約72.6m，堰基巖體進(jìn)行全線防滲帷幕灌漿處理，深度至巖體透水率小于5Lu處以下3m。下游RCC圍堰建于二道壩上，堰頂高程464.6m，頂寬8m，最大堰高56.6m，防滲帷幕與二道壩帷幕結(jié)合。

貴州第一大江，為長(zhǎng)江上游南岸最大支流，發(fā)源于烏蒙山東麓。她是一條歷史的江，她是一條紅色的江，她在中國(guó)革命的歷史上寫曾經(jīng)留下過輝煌的一頁(yè)。

烏江全長(zhǎng)1037公里，橫貫貴州中部 ，在貴州東北部出境，入重慶市，于涪陵區(qū)匯入長(zhǎng)江。其中，貴州境內(nèi)802公里，貴州、重慶界河段72 公里，重慶境內(nèi)163公里。干流總落差達(dá)到2124m，平均徑流量達(dá)到534億m，接近黃河的流量，是水能集中的水電富礦，為我國(guó)十二大水電基地之一。

根據(jù)1989年國(guó)家批準(zhǔn)的《烏江干流規(guī)劃報(bào)告》，烏江干流可興建11座大中型水電站，依次為北源六沖河上的洪家渡水電站，南源三岔河上的普定、引子渡水電站，干流上的東風(fēng)、索風(fēng)營(yíng)、烏江渡、構(gòu)皮灘、思林、沙沱、彭水、大溪口等水電站。除彭水和大溪口(三峽電站興建后取消)外，其于電站均在貴州境內(nèi)。

電站于2003年11月8日正式開工，2004年11月16日大江截流，2009年7月31日首臺(tái)機(jī)組(5#)投產(chǎn)發(fā)電，2009年12年29日實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)大型機(jī)組一年五投的偉大壯舉。

電站樞紐由高 225m的混凝土雙曲拱壩、右岸地下式廠房、壩身表中孔泄洪及左岸泄洪洞等建筑物組成。導(dǎo)流工程由左岸2條導(dǎo)流洞、右岸1條導(dǎo)流洞組成。工程總投資138億元。電站由水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)。中國(guó)水利水電第八工程局有限公司和中國(guó)水利水電第九工程局組成的八、九聯(lián)營(yíng)體承擔(dān)攔河大壩施工任務(wù)。

2001年11月開始施工準(zhǔn)備，2003年12月正式開工。左、右岸進(jìn)場(chǎng)及場(chǎng)內(nèi)公路均已具備通車條件并投入使用，馬鞍山水廠、砂石加工系統(tǒng)和混凝土系統(tǒng)運(yùn)行基本正常，爛泥溝砂石系統(tǒng)場(chǎng)平和土建基本完成，觀景水廠正在施工;左、右岸壩肩、水墊塘、電站進(jìn)水口及泄洪洞進(jìn)出口正在開挖，導(dǎo)流洞進(jìn)出口、洞身開挖及支護(hù)接近完成。擬于2004年10月實(shí)施截流。2001年10月30日進(jìn)入四通一平前期工程建設(shè)，2002年7月開挖導(dǎo)流洞，同年11月開挖壩肩，2003年電站工程正式開工建設(shè)，2004年實(shí)現(xiàn)大江截流，2009年首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2011年完建。

構(gòu)皮灘電站是貴州省歷史上最大的水電站，總裝機(jī)容量300萬KW，超過長(zhǎng)江上的葛洲壩電站。具有多年水電開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的構(gòu)皮灘電站建設(shè)公司副總工程師雷輝光告訴記者:"這樣大規(guī)模的水電建設(shè)，在過去不引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備，是難以想像的。但構(gòu)皮灘電站卻實(shí)現(xiàn)了水電站機(jī)組全部國(guó)產(chǎn)化。"

據(jù)了解，構(gòu)皮灘水電站機(jī)組是我國(guó)通過三峽工程建設(shè)引進(jìn)、吸收國(guó)際先進(jìn)發(fā)電機(jī)設(shè)備制造技術(shù)后，自行設(shè)計(jì)、制造的特大型機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組垂直高度近25層樓高，安裝各種機(jī)械、電氣配件10萬件，重4000t，最大的配件---發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)輪1200t，各種管道40000多m、電纜總數(shù)30000多m，其中1號(hào)-5號(hào)水輪機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)，1號(hào)-3號(hào)發(fā)電機(jī)由天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司生產(chǎn)，4號(hào)、5號(hào)發(fā)電機(jī)由東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)。

電站從2003年11月8日正式開工，到2009年7月31日首臺(tái)機(jī)發(fā)電，建設(shè)時(shí)間之短令國(guó)外同行側(cè)目。雷輝光介紹，在如此短的時(shí)間內(nèi)，用國(guó)產(chǎn)機(jī)組建這樣一座大壩，彰顯的就是中國(guó)力量。

據(jù)了解，貴州省電力總裝機(jī)容量將達(dá)到3000萬KW，相當(dāng)于兩座三峽電站。屆時(shí)，可形成向廣東輸送5條交流、2條直送電網(wǎng)路。

構(gòu)皮灘水電站通航建筑物為Ⅳ級(jí)建筑物，采用三級(jí)垂直升船機(jī)方案，主要 由上下游引航道、三級(jí)垂直升船機(jī)和兩級(jí)中間渠道組成，線路總長(zhǎng)2306m，年單向設(shè)計(jì)通過能力為142.1萬噸，工程概算投資29.5億元。該工程是當(dāng)今世界通航水頭最高、單級(jí)提升高度最大、主提升設(shè)備規(guī)模最大的通航建筑物。