水布垭工程设计中的关键技术研究与创新

水布垭工程地处灰岩狭谷河段,大坝高233m,为目前世界上最高的面板堆石坝;地下电站位于软硬相间的层状岩体中;溢洪道最大泄洪功率3.1万MW,消能区岩体以软岩为主。围绕水布垭工程中的技术难题,经过国家＂九五＂科技攻关、工程前期科研和建设过程中大量的专题研究,取得了一批创新性成果并成功应用于工程实践。     

水布垭水电站消能区防护方案研究

水布垭水电站位于湖北省巴东县境内,是清江梯级开发的龙头枢纽.枢纽以发电、防洪为主,兼顾其它.水库正常蓄水位400 m,相应库容43.12亿m3,装机容量1 840 MW.枢纽主体建筑物由混凝土面板堆石坝、河岸式溢洪道、地下电站厂房和放空洞等组成.面板堆石坝坝顶高程409 m,最大坝高233 m,是目前世界上最高的面板堆石坝.水布垭水电站泄洪消能建筑物为岸边溢洪道,具有水头高、流量大、泄洪功率大、消能区地质条件复杂的泄洪消能特点.下游消能区防护方案经对水垫塘方案和防淘墙方案综合比较,推荐采用护岸不护底的防淘墙方案.     

水布垭高水头放空洞设计技术创新与工程实践

水布垭放空洞设计水头152.2 m,运行水头110 m,泄洪水位变幅110 m,消能区河床宽度仅120 m,岩石为写经寺组页岩,其水工设计和金属结构设计难度很大.通过技术攻关,解决了高水头放空洞突扩突跌体型、出口消能形式、闸门支承结构、止水型式和闸门锁定装置等关键技术难题,研究成果成功应用于水布垭工程,并经受了超设计水位的运行考验.     

高坝泄洪挑流消能工优化研究与应用

挑流消能工是高坝建设中应用最广的消能形式,不同工程应针对工程自身的特点进行优化研究与选择.选取长江科学院主要研究的3种不同坝型的已建工程泄水建筑物为代表,对隔河岩重力拱坝泄洪水流向心集中问题、水布垭面板堆石坝非对称狭窄河谷消能区冲刷和淤积问题,以及构皮滩双曲拱坝坝身泄洪功率最大的水垫塘消能防冲问题进行了论述.分别提出了...     

水布垭泄洪消能对地质环境的影响及处理对策

水布垭水利枢纽地处鄂西暴雨区,又是典型的山区型河流,坝前抬高水头203 m,溢洪道10 000 a一遇(P=0.0l%)泄洪标准最大下泄流量达18 280 m3/s,具泄量大、水头高的特点.泄洪消能区属易冲、最差的地质条件类型,依据地质条件在两岸设置防淘墙是解决消能防冲问题的重要技术举措.消能区及下游两岸又分布有众多的大型滑坡、危岩体及高陡边坡,这些不良地质体紧邻消能区和泄洪雾雨区,地质环境问题十分复杂.如何评价泄洪消能对地质环境产生的影响是本工程必须论证阐述清楚的一个重大关键性技术问题之一.     

加强巨型水电站大坝的安全管理工作 重任在肩

三峡,当今世界上最大的水利枢纽,大坝全长2335m,坝顶高185m,年均发电量将达到847亿度,可"照亮"半个中国;小湾,最大坝高294.5m,目前世界在建的最高拱坝,世界拱坝的又一明星工程;水布垭,当今世界上最高的面板堆石坝,最大坝高233m,世界面板坝里程碑式的工程;龙滩,最大坝高初期建设时为192m,最终为216.5m,目前世界上最高的碾压混凝土坝,红水河上的"龙头"电站。三峡、小湾、水布垭和龙滩,四个中国水电业内备受瞩目的名字,四个吸引全世界水电业关注目光的巨型工程,其中,除小湾外,三峡、水布垭和龙滩已顺利在国家电力监管委员会大坝安全监察中心(以下简称"大坝中心")完成安全注册工作,小湾的安全注册工作也已经全面展开,正在进行过程中。大坝中心注册管理的长长的大坝     

水布垭水电站溢洪道下游消能防冲防淘墙设计

水布垭水电站溢洪道采用挑流消能,最大下泄流量18 280 m3/s,泄洪落差171 m,泄洪功率3.1万MW.消能冲刷区地质环境复杂,左岸有大岩淌滑坡,右岸有马崖高边坡.岩层以泥盆系写经寺组砂页岩为主,岩性软弱,断裂构造发育,抗冲刷能力低.消能冲刷区采用两岸设置防淘墙而不护底的防护方案.防淘墙结构采取了预应力锚索、锚喷支护和排水等措施.通过计算可以满足防淘墙及其墙后岩体稳定要求.     

糯扎渡水电站溢洪道深化设计

糯扎渡水电站地处狭谷地区,泄洪最大水头182 m,溢洪道最大泄洪流量31 318 m3/s,泄洪功率达55 860MW,其规模为目前国内最大,泄洪消能问题十分突出。为此,在可研阶段对泄洪建筑物布置进行了多方案比选研究,在招标阶段进行了深化研究,结合整体水工模型试验及溢洪道单体、掺气减蚀、护岸不护底、泄洪雾化等专题研究,设计了适合该工程的大型岸边溢洪道,在溢洪道挑流鼻坎下游设置消力塘,有效解决了消能问题。     

水布垭工程岩溶研究与帷幕优化

水布垭水电站位于清江中游河段,大坝为混凝土面板堆石坝,地下式引水发电系统,装机1 840 MW,大坝正常蓄水位400 m,相应库容43.28亿m3,最大坝高233m,坝高居世界同类坝首位.该电站是一个石灰岩坝址,岩溶化程度很高,坝基及绕坝渗漏问题十分突出,计算表明,如果坝址不作防渗处理,其渗漏量可达7 m3/s,水量及电能损失严重,还将对坝基中的剪切带产生冲刷破坏,埋藏在坝基下的多条岩溶管道系统在洪水期将直接冲刷大坝的堆石体.为此需要设置一条总长2 588.3 m,面积达44.14万m2,钻灌总进尺达39.2万m的地下帷幕工程.防渗帷幕初期采用了全封闭方案,投资4.76亿元(与大坝投资相当).经大量的地质科学研究,包括岩溶发育规律、控制因素及岩体渗透特性等;提出了Ⅰ号岩溶管道具有独立的补、迳、排系统,邹家沟一带存在"弱岩溶化地块",该地块隔断Ⅰ号岩溶系统与库水的联系;对于帷幕线上的强岩溶发育区通过封堵岩溶洞穴可以实现"变岩溶化岩体为裂隙性岩体",同时提出了在复杂岩溶地区帷幕优化的原则和类型.水布垭工程按地质提出的帷幕优化图形实施后,钻灌进尺将小于30万m,初步估算可节省投资近亿元.     

水布垭枢纽地质研究与实践

水布垭水电站工程有两个第一:一个世界第一,是目前世界最高面板堆石坝(坝高233 m);一个国内第一,是国内在强岩溶化地区建设的抬高水头最高(203 m)的大坝.水布垭坝址岩层缓倾上游,建坝岩体软硬相间,分布有多层剪切带和缓倾角断层,还有煤系地层平卧于河床坝基下,这样的坝基岩体决定了不能兴建混凝土高坝.坝址区天然建筑材料丰富,当地材料坝对岩体要求较低,其中混凝土面板堆石坝不仅对岩体条件要求较低,且具有稳定性好,适应性强,建设速度快,总体安全程度较高等综合优点,作为选定坝型.勘察期间针对坝址地质条件进行了广泛的研究与论证,坝址存在3大主要地质问题:①环境地质问题,坝前库首地段分布有18个总量近1亿m3的滑坡与危岩体,坝下游泄洪雾雨区还分布有14个规模不等的滑坡、变形体和土体斜坡等,还有一个相对比高达360 m、具不利地质结构(上硬下软)的马崖高边坡;②坝址防渗问题,峡谷两岸岩溶强烈发育,勘察期和施工期实际揭示的岩溶洞穴之多就像筛子一样,清江枯水位197 m高程,大坝正常蓄水位400 m高程,坝前抬高水头203 m,解决岩溶绕坝渗漏问题是枢纽工程能否成立的关键技术问题之一;③软岩成洞问题,这里地下洞室较多、岩体条件很差,特别是在地下厂房的中下部,软岩相对集中,垂直开挖形成地下厂房,成洞问题难度很大,在工程建设中,采取了一系列有效措施,以适应这一复杂的地质条件并取得了成功.     

中国高坝枢纽泄洪雾化研究进展与前沿

高坝枢纽泄洪安全防护是水利工程领域的重要课题之一。具有高水头、大流量、窄河谷特征的中国高坝枢纽,泄洪伴生的雾化问题非常突出。面向中国水电工程向高海拔低气压地区发展的现实需求,复杂环境下的泄洪雾化机理、以及高精度的遥测预测方法和科学化的危害防治技术急需突破。文章基于国内外相关研究成果和工程实践应用,构建了中国高坝枢纽雾雨场源及防护体系;凝炼了当前高坝枢纽泄洪雾化的发展成果和技术瓶颈;全面阐释了关键科学技术问题的突破方法。研究成果以推进泄洪雾化研究从经验走向科学,为重大水利水电工程设计及其长期安全运行提供理论和技术支撑。     

糯扎渡水电站水力设计关键技术研究

糯扎渡水电站枢纽工程由心墙堆石坝、溢洪道、泄洪隧洞及引水发电系统组成;总泄洪功率高达66940MW;溢洪道最大泄洪流量高达31318m3/s,泄洪最大水头182m,泄洪功率达55860MW,采用了预挖消力塘的消能方案;泄洪隧洞工作水头达120m,采用双孔合一的闸门布置形式,高水头大流量的泄洪消能问题十分突出;尾水隧洞和导流隧洞结合,尾水调压井直径达33m,水力设计复杂;通过计算分析和水工模型试验研究,较好地解决了堆石坝枢纽工程中溢洪道、泄洪隧洞的掺气减蚀、消力塘护岸不护底等水力设计难题,并将运用于工程实践。     

构皮滩与乌东德电站拱坝关键技术研究与实践

构皮滩和乌东德水电站具有“流量大、水头高和河谷窄”等特点,电站拱坝均为建在岩溶地区的特高双曲拱坝,工程设计、施工和管理难度大。从坝线选择与枢纽布置、拱坝体形设计、泄洪消能设计、岩溶处理及温控防裂设计等方面,对两座拱坝所面临的关键技术问题进行了探讨。工程实践表明,大坝体形设计应从侧重节省坝体工程量向提高坝体综合安全性方向转化;应从结构、材料和施工工艺方面采取措施提高拱坝防裂性能;应采取坝身和岸边联合的泄洪方式,减少坝身泄洪规模。研究成果可为我国西部地区修建高拱坝提供借鉴。     

水布垭水电站泄洪消能设计创新与实践

水布垭水电站消能区岩性软弱破碎,抗冲刷能力低。但岸边溢洪道最大泄量达18 320 m3/s,泄洪落差171 m,最大泄洪功率31 000 MW。致使泄洪消能技术难度居国内外同类工程之首,其具体表现在:①消能区方案选择难;②消能区防护方案选择难;③冲淤形态控制难;④防淘墙结构设计难;⑤防淘墙施工难。通过系统的科学试验和技术攻关,首次提出防淘墙防护方案;独创新型消能工布置形式和综合防冲结构措施。工程建成后,经过了最高运行水位的考验。对同类工程设计具有很好的参考作用。     

锦屏一级水电站工程主要技术创新实践

锦屏一级水电站是雅砻江干流下游河段的控制性梯级电站,其双曲拱坝坝高305 m,为已建世界第一高拱坝。工程区山高坡陡、地质条件复杂,工程建设面临高山峡谷区特高拱坝施工布置、复杂地质条件下高陡边坡稳定与处治、复杂地质条件坝基与抗力体处理、特高拱坝高性能混凝土及原材料、特高水头大流量窄河谷泄洪消能与强雾雨防治、特高拱坝优质快速施工、极低强度应力比高地应力条件下大型厂房洞室群围岩大变形控制等前所未有的技术挑战。这些问题通过建设各方的努力成功地得到解决。介绍了锦屏一级水电站工程建设的关键技术和创新性解决方案,以期为今后类似工程问题的解决提供技术借鉴,促进水电工程特高拱坝建设技术发展。     

基于“漫而不溃”理念的新疆小型水库土石坝应对洪水风险新策略

新疆已建、在建山区小型水库149座,其中拦河坝为土石坝的小型水库120余座。近年来,气候变化条件下洪水风险呈更加严峻之势,小型水库采用土石坝坝型的运行与溃坝风险较大。针对泥沙淤积使防洪库容减少、表孔宣泄遭遇枯木树枝堵塞、水库遭遇超标准洪水、坝体年久失修或结构失稳等小型水库土石坝的洪水风险问题,需增加土石坝工程的超泄能力,避免造成溃坝等洪水风险,以增加工程的安全性。以某山区小型水库为例,通过加宽溢洪道、增加底孔泄流、坝体部分溢流、坝体全断面溢流等方案分析,研究了不同组合泄洪形式的可能性,提出了基于“漫而不溃”的土石坝加固理念与措施,以应对气候变化条件下超标准洪水的宣泄,可供类似工程设计参考。     

云南龙江水电站大坝基础处理效果分析与评价

龙江水电站拦河坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高110 m。坝基岩性主要为寒武系片麻岩,岩石强度较高,但由于两岸岩体局部风化厚度较大,且左岸存在较多软岩带,根据设计建议,对坝基地质缺陷部位采用深挖置换混凝土、全坝段固结灌浆、帷幕灌浆等工程措施进行了处理。处理后坝基岩石呈弱-微风化状态,岩体较完整,岩质坚硬,单孔平均波速值较高。就基础处理前后的检测数据进行了对比分析,对坝基处理效果进行了综合评价。工程竣工后已经历5个汛期和5.8级地震的考验,证明基础处理方案是合理的。其工程经验可供同类工程参考。     

三里坪水利水电枢纽工程布置设计及研究

三里坪水利水电枢纽工程为南河梯级开发的骨干工程,经多方案的综合论证分析,枢纽总体布置方案最终确定为：大坝采用碾压混凝土双曲拱坝,坝身设3个表孔和2个中孔泄洪,坝下采用天然水垫塘消能,右岸布置引水式地下厂房等。着重介绍了坝址坝线选择、泄洪建筑物及电站厂房布置中多个关键技术问题的设计研究概况。所选定的枢纽布置方案满足工程开发任务及运行条件等要求,安全性及经济性均较好。     

洞河水库双曲拱坝表孔泄洪消能问题的试验研究

洞河水库大坝为碾压混凝土双曲拱坝,最大坝高65.5 m,采用"三表+二底"泄洪方案。通过1∶50的水工整体模型对其表孔泄洪消能布置进行了体型优化试验研究,提出了差动式鼻坎与斜切圆柱体鼻坎巧妙结合,合理搭配,使其下泄水流实现纵、横向充分扩散,最大限度地增加落水面积,充分利用下游河道水体消能减弱对下游河道的冲刷作用,从而较好地解决了该工程消能防冲问题。该泄洪方案已被设计单位采用。