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【世界十大拱坝】:中国二滩坝(多图)
2014/2/20 9:42:02    新闻来源:四川水力发电网

拱坝指在平面上呈凸向上游的拱形挡水、雍水建筑物,并在结构上起拱的作用的坝,起借助拱的作用将全部或部分水压力(负荷)传到河谷两岸的基岩上。按拱坝体型,可分为双曲拱坝、单曲拱坝和空腹拱坝。双曲拱坝,指双向(水平向和竖向)弯曲的拱坝。它是拱坝中最具代表性的坝型。

20世纪50年代前后,意大利、瑞士、法国建成了较高的有代表性的双曲拱坝。20世纪90年代,我国自行设计建成了二滩水电站双曲拱坝。目前,世界现有100米以上的拱坝约130余座。在已建、在建的世界前十大拱坝中,我国已占有5个席位,标志着我国拱坝的设计、施工达到了世界一流水平。

世界十大拱坝工程分布在亚洲、欧洲两大区域。【图为】世界十大拱坝地域分布 (The world is top ten arch dam Geographical locations )。

 

在世界十大拱坝中,中国占了5个席位,其分别为:第一位,锦屏一级坝(Jinping-I Dam。305m);第二位,小湾坝(Xiaowan Dam。292 m);第三位,溪洛渡坝(Xiluodu Dam。285.5 m);第七位,拉西瓦坝(Laxiwa Dam。250m);第十位,二滩坝(Ertan Dam。240m)等5座。【图为】世界十大拱坝中的中国5大拱坝分布(据Google 地球资料编绘)。

 

二滩水电站位于四川省西南部的雅砻江下游,坝址距雅砻江与金沙江的交汇口33km,距攀枝花市区46km,系雅砻江全流域梯级开发21个水电站中第一个开发项目,是中国在二十世纪末建成投产的最大水电站。【图为】二滩水电站在雅砻江下游所处的地理位置(据Google 地球资料编绘)。

 

二滩水电站地处中国四川省西南边陲攀枝花市盐边与米易两县交界处,是国家"八五"重点建设项目之一,是建国以来我国西部规模最大、技术最复杂、投资最密集的基础设施项目之一。【图为】二滩水电站卫星图(据Google 地球资料编绘)

 

二滩水电站以发电为主。水库正常水位高程1200m,总库容58亿m3,有效库容33.7亿m3,属季调节水库。电站安装6台单机55万kW的水轮发电机组,总装机容量330万km,保证出力100万kW,多年平均发电量170亿kWh,年利用小时5162h。电站建成后将供电四川主网,并就近供电攀枝花、西昌地区,是四川电网中的大型骨干工程。工程总投资284.7亿元。【图为】二滩水电站卫星三维图(据Google 地球资料编绘)。

 

早在上世纪60年代初,中国水电顾问集团成都勘测设计研究院(原水利电力部成都勘测设计院)就着手二滩水电站的勘探设计工作。工程1991年9月开工,工程建设初期确定的所有里程碑目标均已实现,1998年7月第一台机组发电,2000年完工。二滩工程的初期运行和监测数据表明,工程设计先进,施工质量优良,工程性能达到了设计要求。【图为】二滩水电站坝址原始地形地貌图。

 

 

二滩水电站坝址处河谷狭窄,枯水时水面宽80~100m,两岸山高300~400m,左岸谷坡25°~45°,右岸谷坡30°~45°。基岩由二迭系玄武岩和后期侵入的正长岩以及因侵入活动而形成的蚀变玄武岩等组成,岩体坚硬完整。河床覆盖层厚度一般为20~28m。坝址区仅有小的断层和破碎带,多半以中高角度与河床垂直或斜交,且延伸短小,连贯性差。库区不存在永久性渗漏问题。距坝址80~83km的大坪子,有一处近3亿m3的大滑坡体,但处于稳定状态。坝址地区基本地震烈度为7度。设计烈度为8度。

二滩水电站坝址以上流域面积11.64万km2,约占雅砻江整个流域面积的百分之90。多年平均年降雨量1038.5mm。坝址处多年平均流量1670m3/s,年径流量527亿m3,实测最大流量11100m3/s,发生在1965年8月10日;调查历史最大流量16500m3/s,发生在1863年。【图为】1964年,中国水电顾问集团成都勘测设计研究院(原水利电力部成都勘测设计院)的工程技术人员在二滩水电站坝址现场踏勘时的合影。

 

大坝按千年一遇洪水设计,洪水流量20600m3s;相应库水位1200m,5000年一遇洪水校核,流量23900m3/s,相应水位1203.5m,库容61.8亿m3,可能最大洪水流量30000m3s。坝址处多年平均输沙量2720万t,多年平均含沙量0.52kg/m3,实测最大含沙量9.58kg/m3。水库面积101km2,水库淹没耕地1656hm2,迁移人口26823人。【图为】上世纪80年代,中国水电顾问集团成都勘测设计研究院(原水利电力部成都勘测设计院)在二滩水电站坝址进行水上勘探。

 

二滩水电站导流标准经风险度分析采用重现期30年,设计导流量为13500m3/s。前期导流方式采用不过水围堰隧洞导流、基坑全年施工的方案。上下游围堰均采用沥青混凝土心墙堆石围堰,上游围堰堰顶高程1062m,最大堰高56m,堆筑量94万m3,基础最大防渗深度37m;下游围堰堰顶高程1030m,最大堰高30m,堆筑量19万m3,基础最大防渗深度54m。左岸、右岸各布置1条导流隧洞,其洞身长度分别为1087.75m和1167.08m,进口高程均为1010m。导流隧洞在施工期需在有压流态下宣泄设计洪水。左岸导流洞下游段在大坝建成后,作为电站2号尾水洞的一部分。导流洞断面均为方圆形,其尺寸(宽×高)均为17.5m×23m。【图为】二滩水电站混凝土双曲拱坝设计效果图。

 

二滩水电站拱坝经过体型优化设计,以及在应力计算和稳定分析方面的改进,节约了工程量,其中土石方开挖122万m3,石方洞挖74万m3,混凝土130万m3,钢筋3.4万t,按1986年单价概算,节约投资4.82亿元。扣除节约后的电站主要工程量为:土石方开挖1170万m3,土石方填筑114万m3,混凝土650万m3,帷幕灌浆18万m3,钢材14.8万t。【图为】二滩水电站枢纽平面布置图。

 

二滩水电站工程项目的实施,是国内第一个全面实行国际招标、按照菲迪克合同条款(FIDIC)实施工程建设管理的项目,也是世界银行对单个工程提供贷款最多的项目(9.3亿美元)。二滩水电站的建设在国内第一个推行了以业主负责制为主导的"四制"管理(项目法人责任制、工程招投标制、工程监理制和合同管理制),并在同类工程中率先开展全过程的环境监理工作。【图为】二滩水电站双曲拱坝上游展视图。

 

二滩水电站工程的建设,原由国家开发投资公司、四川省投资集团公司和四川省电力公司(2002年实施网、站分家后,该股份调整为中国华电集团公司)按48、48和4的比例投入股本金,组建二滩水电开发有限责任公司(EHDC),为二滩水电站工程项目的建设和运营业主。二滩水电工程公司(EEC)是二滩水电站的建设监理单位;国家电力公司成都勘测设计研究院(CHIDI)是二滩水电站的设计单位。【图为】二滩水电站双曲拱坝剖面示意图图。

 

 

二滩水电站主体工程分为拱坝工程(含电站进水口、泄洪洞和过木机道进口及河床围堰工程)、地下厂房工程(含导流洞、泄洪洞和过木机道工程)和机电安装工程三个标。通过竞争性国际招标,选择了以意大利IMPREGILO公司为责任方,由意大利、中国和法国共五家公司组成的二滩联营体(EJV)为拱坝工程的承包商;选择了以德国PHILIPP HOLZMANN公司为责任方,由中国和德国共三家公司组成的中德二滩联营体(SGEJV)为地下厂房工程的承包商;以中国葛州坝集团公司为责任方,由国内中水一局、中水八局、东方集团四家公司组成的二滩机电安装联营体(GYBD)为主体安装承包商等,共同承建二滩水电站工程。【图为】二滩水电站地下厂房布置示意图。

 

二滩水电站主要机电设备通过招标选定:加拿大通用电气公司(GE)与中国东方电机股份有限公司和哈尔滨电机公司合作,是6台水轮发电机组的制造供货商;主变压器、GIS设备、500KV高压电缆、发电机断路器以及计算机监控系统是通过国际招标、分别由国外厂商制造和供货,所有的闸门及启闭机、厂房桥吊等通过国内招标、分别由国内的厂商制造和供货。【图为】1995年2月23日,二滩水电站大坝砼开始浇筑。

 

二滩水电站于1987年第四季度开始前期施工准备,1991年9月14日主体工程开工,1993年11月26日实现大江截流;1995年2月23日大坝砼开始浇筑,1997年11月4日,导流洞下闸、实现二次导流;1998年5月1日,大坝浇筑至1190m高程、横缝灌浆封拱高程达1175m,坝身泄洪孔口和右岸泄洪洞具备过流条件,经蓄水前安全鉴定和国家组织的蓄水阶段验收后,水库开始蓄水。【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

 

1998年12月31日,SGEJV所承担的地下厂房工程基本完工;1999年4月15日,EJV承担的拱坝合同工程基本完工。机组安装工程始于1996年8月1日,1998年8月18日第一台机组(6号机)经启动验收后并网发电,其余5号、4号、3号、2号、1号等五台机组分别于1998年11月16日、1999年3月6日、5月31日、9月21日、12月4日经启动验收后并网发电、投入商业运行。二滩水电站工程建设的里程碑安全按合同工期或提前实现。截止1999年底,二滩大坝及泄洪建筑物、引水发电系统等枢纽主要建筑物和电厂的生产、生活配套设施均已按设计文件所规定的内容建成,质量符合合同要求,并已投入正常运行。【图为】二滩水电站地下厂房开挖。

 

【电站枢纽】电站枢纽由混凝土双曲拱坝、左岸地下厂房系统,右岸泄洪隧洞等组成。整个枢纽布置在自上游金龙沟至下游三滩沟之间2km范围的狭窄河谷内。主要水工建筑物混凝土双曲拱坝、泄水建筑物、引水道、厂房、主变室和开关站为一级建筑物。电站采用五回500kV出线,经地面开关站进入四川电网。【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

二滩水电站坝址枢纽基岩由二叠系玄武岩和后期侵入的正长岩以及因侵入而形成的蚀变玄武岩等组成。枢纽下游三滩沟有三叠系砂、页岩分布,河床覆盖层20~28m。枢纽区岩体完整性较好,无大断层分布。右坝肩中、下部在高程1020~1100m处发育有两条近乎平行的强烈蚀变带,带宽10~15m,隐微裂隙极为发育,产状零乱,裂隙中普遍充填绿泥石、阳起石、滑石、皂石等软弱矿物,称为"绿泥石—阳起石玄武岩",是坝区主要的软弱岩带;但由于范围小,条带与坝基接触部位采用局部混凝土置换处理。大坝消能区的二层玄武岩中,随机分布裂面充填绿泥石、皂石等软弱矿物的岩体,称为"裂面绿泥石化玄武岩",对消能布置有一定影响。地下厂房洞室群围岩以完整、均一的正长岩、玄武岩为主,岩体节理裂隙短小,嵌合紧密,埋深一般在200~350m,有较好的成洞条件。【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

 

二滩水电站坝址具有修建高混凝土双典拱坝的良好地形和地质条件。大坝为混凝土双曲拱坝,为使坝体应力分布均匀,坝肩推力更偏向山体,有利于坝身稳定,水平拱圈为二次抛物线,拱冠梁的上游面为三次多项式曲线。初步设计审定的双曲拱坝拱冠梁底宽70.34m,坝体混凝土量474.2万m3;经优化设计后,最后采用的混凝土双曲拱坝拱冠梁底部最大宽度减为55.74m,坝体混凝土量减为424.2万m3,比初步设计节约混凝土50 万m3。【图为】建设期的二滩水电站。

 

拱坝分39个坝段,有19个主要接缝灌浆区,在1145m高程以下每个灌区高度为12m,1145m高程以上每灌区高度为15m。大坝不设纵缝,横缝采用球面键槽,球面键槽模板直径80cm,深15cm,与常规剪力键模板相比,结构简单,施工方便。大坝横缝灌浆系统采用预留水平灌浆槽和预埋连接在灌浆槽上的灌浆钢管组成。灌浆槽分设在灌区底部和顶部,分别连 接进浆管和出浆管,采用此系统施工方便,保证了灌浆质量。【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

【引水发电系统】二滩水电站引水发电系统由进水口、压力管道,主厂房、主变压器洞室、尾水调压室、尾水洞及地面开关站组成。整个系统布置在左岸坝肩;进水口在左坝肩上游,采用塔式进水口,进口底高程1128m,塔顶部高程1207m。6根压力管道的进口连成一长条形,进口中心间距281m,总长170m,每一个进口之间设置永久缝。采用单元式引水,6根压力管道在平面上布置成直线形,管道轴线与厂房轴线成65°斜交;引水压力管道直径9m,每根压力管道由上平段,竖井及下平段组成,竖井高130m,由于进水塔轴线与主厂房轴线有一夹角,6根上平段长度不同,最长的119.2m,最短的60.27m,下平段长49m。上平段、竖井段采用钢筋混凝土衬砌,自下弯段起点开始至下平段终点为压力钢管。【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

 

【泄洪消能】二滩水电站工程采用双曲拱坝,由于河谷狭窄、水头高、流量大,因此泄洪消能设施成为二滩水电站枢纽中的重要组成部分。二滩泄洪建筑物按千年一遇洪水流量20600m3/s设计,5000年一遇的洪水流量23900m3/s校核。 表孔沿拱坝顶部呈径向布置,每孔尺寸分别为11m×l1.5m(宽×高),堰顶高程1188.5m,采用水流自由跌落,下游水垫塘形成深水垫扩散消能。出口形式最初曾就连续式、差动式、及大差动俯角跌坎加分流齿坎3种鼻坎形式作比较,最后选用大差动俯角跌坎加分流 齿坎方案。通过进一步优化,大差动坝面的俯角,单号孔采用一30°,双号孔采用一20°;中间5个表孔每孔设置两个紧靠闸墩的分流齿坎,1号、7号两个边孔只设一个靠直边墙的分流齿坎,分流齿坎进一步增大了表孔的水流纵向分散,降低了水垫塘的冲击动压,也减小了对水垫塘边坡的冲击动压。表孔中间6个闸墩首部宽11m,尾部宽度为2m,增加了水流横向扩散,1号、7号的边墩采用不扩散的直线型,以防扩散后冲击岸坡。7个表孔在设计洪水位时泄量为6260m3/s,校核洪水时泄量达9500m3/s。【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

【机电设备】二滩水电站由于机组及主变压器尺寸大,形成了由地下主厂房、主变压器室和尾水调压室组成的三大平行的地下洞室。设两条尾水洞,其中2号尾水洞 部分利用了左岸导流隧洞。1号尾水洞全长881.88m,断面为圆拱直墙形,断面尺寸为16.5m×16.5m(宽×高);2号尾水洞桩号TTO+214.97m前断面同1号洞,桩号TTO+214.97m后利用导流洞,断面为17.5m×23m(宽×高),均采用钢筋混凝土衬护。 主变室升压后的550kV电流由18根干式电缆经电缆斜井升至地面开关站,电缆斜井断面为6.5m×4.8m(宽×高),斜井与水平的夹角为37°58,20"。500kV开关站占地60m×20m(长×宽),内装SF。气体绝缘组合电气。【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

【二滩水电站建设创造的中国第一】

① 我国第一座超过200m的高坝(坝高240m;

② 实现从150m到240m的飞跃,谱写了中国高坝建设交响乐的第一乐章);

③ 中国最大的地下厂房洞室群(也是亚洲最大的);

④ 二十世纪建成投产的最大电站(电站总装机容量330万kW);

⑤ 国内最大的水轮发电机组单机容量:55万kW,实现水轮发电机组单机容量从33.5万kW到55万kW的大跨越;

⑥ 国内第一个全面实行国际竞争性招标的水电工程;

⑦ 最大的泄洪洞。断面高13.5m~14.9m,宽13m,最大流速达45m/s,均居全国第一;

⑧ 进水口高度为80m,调压室高度70m,均居全国第一;

⑨ 二滩工程是二十世纪建成的中国最大的水电站。总装机容量330万kW,单机容量55万 kW,均列全国第一 ;

⑩ 二滩拱坝坝高240m为中国当时的第一高坝、亚洲最大的地下厂房洞室群。【图为】建设期的二滩水电站大坝

 

 

【二滩水电站建设创造的世界第一】

① 世界银行对单个工程贷款最多;

② 大坝承受总荷载980万吨和电站设计泄水能力22480m3/s在高坝中为世界第一;

③ 导流洞断面面积(高23m,宽17.5m)为世界第一;

④ 承受总荷载980万t,列世界第一;

⑤ 总泄水量22480m3/s,在高坝中为世界第一;

⑥ 最大的导流洞。左右岸两条导流洞,其衬砌后断面高23m、宽17.5m,为世界第一。【图为】建设期的二滩水电站大坝

 

【二滩水电站荣誉成就】

① "1998年全国抗洪先进集体"称号;

② 2006年6月,二滩水电站工程成为首批荣获国家建设项目环境保护最高奖项"国家环境友好工程"的10个建设项目之一。【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

 

【大事记】

① 1989年10月20日,原能源部下发《关于成立二滩水电开发公司的通知》(能源人[1989]1033号 );

② 1991年9月14日,雅砻江流域开发第一梯级——二滩水电站开工建设;

③ 1995年2月10日,二滩水电开发公司按照《公司法》改制为二滩水电开发有限责任公司,建立健全了法人治理结构,按照现代企业制度运作;

④ 1996年10月18日,二滩水力发电厂成立。2000年底,二滩水电站竣工;

⑤ 2002年8月—2003年2月,公司进行内部改革,竞聘上岗,精简机构,为公司发展新跨越作准备;

⑥ 2003年10月20日,国家发展和改革委员会发文明确"由二滩水电开发有限责任公司负责实施雅砻江水能资源的开发","全面负责雅砻江流域梯级水电站的建设与管理"。 【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

【工程意义】二滩工程的成功建设,标志着我国水电建设水平迈上了一个新台阶,使四川、重庆两地因此告别了多年的电力紧张局面,为下二十一世纪的经济发展奠定了基础。【图为】建设期的二滩水电站大坝。

 

建设期的二滩水电站大坝

 

 

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