清江隔河巖水電站
一、工程概況
清江隔河巖水電站位于湖北省西部清江下游長(zhǎng)陽(yáng)縣境內(nèi)。清江是長(zhǎng)江出三峽后接納的第一條較大支流，全長(zhǎng)423km，流域面積17000km2，基本上為山區(qū)。流域內(nèi)氣候溫和，雨量豐沛，平均年雨量約1400mm，平均流量440m3/s。開(kāi)發(fā)清江，可獲得豐富的電能，還可減輕長(zhǎng)江防洪負(fù)擔(dān)，改善鄂西南山區(qū)水運(yùn)交通，對(duì)湖北省及鄂西南少數(shù)民族地區(qū)的發(fā)展具有重要意義?！ ?/p>
全流域可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量為329萬(wàn)千瓦，相應(yīng)年電能105億千瓦時(shí)。經(jīng)規(guī)劃研究，清江干流恩施市以下河段分三級(jí)開(kāi)發(fā)，自下面目上依次為：高壩洲（蓄水位80m）、隔河巖（蓄水位200m）、水布埡（蓄水位400m——，總裝機(jī)容量305萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量81億千瓦時(shí)?！ ?/p>
隔河巖水利樞紐因其效益巨大，交通便利而首先興建，為滾動(dòng)開(kāi)發(fā)清江流域打下基礎(chǔ)。工程于1987年開(kāi)工，1993年首臺(tái)機(jī)發(fā)電，1996年建成。工程主要建筑物為重力拱壩最大壩高151m，壩頂長(zhǎng)653.5m,水庫(kù)總?cè)莘e為34.54億m3，電站總裝機(jī)容量為121.2萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量30.4萬(wàn)千瓦時(shí)，一座兩級(jí)垂直升船機(jī)，通航噸位為300噸，水庫(kù)深水航道91km，升船機(jī)年單向通過(guò)能力為170萬(wàn)噸；同時(shí)水庫(kù)可發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)，工程效益顯著，電站為華中電網(wǎng)主要調(diào)峰電站之一，水庫(kù)調(diào)蓄洪水，可解決清江下游20年一遇防洪問(wèn)題并減輕長(zhǎng)江荊江河段的洪水威脅。隔河巖工程由國(guó)家和湖北省合資興建，總投資49.88億元。
二、工程主要特點(diǎn)
上重下拱式重力拱壩新壩型 大壩壩址河谷呈不對(duì)稱(chēng)U形，壩基為厚180m堅(jiān)硬的寒武系石龍洞組灰?guī)r，其下為厚200m不透水但軟弱的石牌頁(yè)巖。采用上重下拱式重力拱壩新壩型，其特點(diǎn)是封拱線以上為重力壩，高度26m（拱冠）至46-56m（兩側(cè)）；封拱線以下為重力拱壩，壩軸經(jīng)理半徑312m，拱頂中心角80，下游面采用三園心拱，拱端處用貼角加大斷面。這種特殊壩型可以有效地解決不對(duì)稱(chēng)河谷造成左岸拱座地形高程不足的問(wèn)題，并能改善壩體拱端應(yīng)力狀態(tài)，是重力拱壩設(shè)計(jì)的一次成功的創(chuàng)新。
拱座深層處理是大壩的重要組成部分，其作用百對(duì)大壩拱座巖體中由剪切帶與順流向高傾角斷層構(gòu)成的若干不滿(mǎn)足拱座基礎(chǔ)穩(wěn)定要求的塊體進(jìn)行加固。主要措施是深層洞挖和回填混凝土，形成橫斷剪切帶的阻滑鍵和沿?cái)鄬拥膫髁χ椭脫Q洞等。阻滑鍵的斷面尺寸一般為3.5×3.5m或4.0×4.0m,傳力柱和置換洞斷面尺寸一般為3.0×4.0m拱座深層處理屬隱蔽工程,技術(shù)要求高,施工難度大,因?qū)白€(wěn)定起重要作用而被喻為大壩的命根子?！ ?/p>
泄洪消能 壩址設(shè)計(jì)洪水（千年一遇）洪峰流量22800m3/s，校核洪水（五千年一遇）洪峰流量26600m3/s，經(jīng)水庫(kù)調(diào)蓄后樞紐最大下泄流量分別為22030m3/s及22800m3/s?！ ?/p>
泄洪壩段位于河床中部共8個(gè)壩段，設(shè)有相間布置的雙層共7個(gè)表孔和4個(gè)深孔。溢流表孔為WES型實(shí)用堰。堰頂高程181.8m，孔口尺寸12×18.2m；泄洪深孔采用下彎式矩形管道，進(jìn)口底檻高程134m，斷面尺寸4.5×6.5m。表孔、深孔的平板事故檢修門(mén)由壩頂門(mén)機(jī)啟閉，弧形工作門(mén)各由單獨(dú)的固定式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)啟閉?！ ?/p>
大壩泄洪流量大，水頭高（最大104.9m），泄洪功率大（最大23.4GW），面拱壩泄流使水流向心集中、加之壩下河床出露的頁(yè)巖抗沖能力低，增加了消能的難度。設(shè)計(jì)通過(guò)大量水工模型試驗(yàn)和研究比較，選用新型的泄洪孔口收縮射流和水墊池聯(lián)合消能工。表孔利用不對(duì)稱(chēng)寬尾墩寬尾墩將泄槽寬度由12m收縮至出口的3.0m；深孔利用不對(duì)稱(chēng)寬尾墻將泄槽寬度由4.5m收縮至出口的2.0m。寬尾墩或?qū)捨矇Φ慕嵌炔煌顾鞣较蛴蓮较蛘{(diào)整為平行河流方向。收縮后的泄流水舌沿豎向和縱向擴(kuò)散，充分摻氣后跌入水墊池，消能效果十分顯著?！ ?/p>
水墊池（一級(jí)消力池）底高程58.0～59.0m，池寬113～131m，有效池長(zhǎng)124m，末端設(shè)頂高程65.0m的尾檻、泄洪時(shí)水墊厚度42m。下游接二級(jí)消力池，長(zhǎng)65m?！ ?/p>
引水隧洞 隔河巖水利樞紐電站引水系統(tǒng)按一機(jī)一洞方式平行布置4條直徑9.5m、中心間距24m的壓力引水隧洞。從電站進(jìn)水口起，穿越右壩肩山體，至廠房高邊坡止，以下接壓力鋼管，單洞長(zhǎng)444m，全長(zhǎng)1776m。其襯砌結(jié)構(gòu)型式以大壩基礎(chǔ)防滲帷幕軸線為界而不同，上游洞段采用普通鋼筋混凝土襯砌；下游洞段最大運(yùn)行水頭94m，需嚴(yán)格防止內(nèi)水外滲，以免影響大壩右拱座和廠房高邊坡的穩(wěn)定安全，為此對(duì)其中602m長(zhǎng)的洞段在我國(guó)首次采用后張式環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土襯砌。共布置錨束1380束，每束由12根×15.2mm鋼絞線集合而成，單束控制拉力2225kN。預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，其中2、4號(hào)洞采用的HM錨即無(wú)臺(tái)座張拉的環(huán)錨預(yù)應(yīng)力技術(shù)為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。獲電力部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)?！ ?/p>
電站廠房及高邊坡處理 電站廠房位于壩址峽谷出口右岸岸邊。廠房長(zhǎng)142m，寬38.6m，高64.3m，安裝4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組。上游副廠房長(zhǎng)126m，寬16.5m，高46.8m，內(nèi)設(shè)中央控制室、主變壓器、封閉式組合電器及其他輔助設(shè)備等。
廠房上游正面和右側(cè)緊靠山體，形成前緣長(zhǎng)約300m，高130-170m的邊坡。其上部為堅(jiān)硬的石龍洞組灰?guī)r，岸剪裂隙發(fā)育；下部為軟弱的石牌組頁(yè)巖，坡腳處風(fēng)化解體嚴(yán)重；兩組巖層之間為201號(hào)剪切泥化破碎帶。巖層走向70°～80°，與廠房軸線方向基本一致；傾角25°～30°。傾向上游，形成“上硬下軟”逆向高邊坡的特殊地質(zhì)條件?！ ?/p>
為了保證邊坡的穩(wěn)定和廠房的安全，采取了在灰?guī)r/頁(yè)巖的交接處設(shè)計(jì)較寬大的平臺(tái)以利應(yīng)力擴(kuò)散，整個(gè)坡面略呈內(nèi)弧形有利于整體穩(wěn)定； 引水隧洞出口兩側(cè)挖除201號(hào)泥化夾層，回填置換混凝土； 灰?guī)r壁面進(jìn)行錨噴支護(hù)，頁(yè)巖坡面用混凝土護(hù)面； 靠近邊坡巖體內(nèi)設(shè)2層排水隧洞，洞的周邊排水幕以降低滲壓； 邊坡上部高程165～225m灰?guī)r壁面設(shè)226束預(yù)應(yīng)力錨索，每束長(zhǎng)40m，張拉力2000kN，以改善巖體應(yīng)力，限制裂隙發(fā)展等綜合技術(shù)措施?！ ?/p>
升船機(jī) 兩級(jí)垂直升船機(jī)設(shè)在左岸，提升高度分別為42m和82m，中間有長(zhǎng)385m的通航渠道（其中200m為高架橋式通航渡槽相連接，連同上、下游引航道，全長(zhǎng)1405m。升船機(jī)最大過(guò)壩船舶為1艘300t分節(jié)駁，承廂有效尺寸為42×10.2×1.7m，年單向通過(guò)能力為170萬(wàn)t，為國(guó)內(nèi)第一座高升程300t級(jí)船舶的垂直升船機(jī)?！ ?/p>
第一級(jí)升船機(jī)位于大壩第27壩段，由上閘首、承船廂室和下閘首組成，長(zhǎng)63.5m，寬34m，建筑總高度99.4m；第二級(jí)升船機(jī)塔式建筑物，長(zhǎng)61.8m，寬37.5m，建筑總高度131m。承船廂帶水總重1370t，由56根鋼絲繩懸吊，其中40根繞過(guò)滑輪后與總重量1100t的平衡重塊相連，另16根鋼絲繩與卷?yè)P(yáng)機(jī)相連。升船機(jī)有一系列輔助設(shè)備確保船廂安全平衡地運(yùn)行。
船舶上行過(guò)壩時(shí)，先進(jìn)入第二級(jí)升船機(jī)，再經(jīng)過(guò)中間渠道進(jìn)入第一級(jí)升船機(jī)，然后再進(jìn)入水庫(kù)，全部航程約30分鐘。
隔河巖升船機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、提升功率小、造價(jià)低和運(yùn)行安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，它的建成將為我國(guó)高壩通航建設(shè)提供有益經(jīng)驗(yàn)，并列為三峽工程升船機(jī)中間試驗(yàn)項(xiàng)目。
機(jī)電設(shè)備 隔河巖水利樞紐經(jīng)國(guó)家計(jì)委同意利用加拿大政府混合貸款，引進(jìn)主要機(jī)電設(shè)備。水輪發(fā)電機(jī)組兩臺(tái)由GE Canada與MIL TRACY聯(lián)合供貨，另兩臺(tái)由國(guó)內(nèi)哈爾濱電機(jī)廠成套供應(yīng)，四臺(tái)機(jī)組由中、加聯(lián)合設(shè)計(jì)。隔河巖水電站額定水頭103m， 選用轉(zhuǎn)輪直徑5.74m的混流式水輪機(jī)額定出力310MW,額定點(diǎn)效率94.5%，加權(quán)平均效率92.41%，平均效率高于國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品2%。1、2號(hào)發(fā)電機(jī)額定容量306MW，3、4號(hào)機(jī)為300MW?！ ?/p>
電氣設(shè)備引進(jìn)了發(fā)電機(jī)電壓封閉母線、220kV和500kV升壓變壓器及六氟化硫（SF6）全封閉電器（GIS），滿(mǎn)足了調(diào)頻調(diào)峰機(jī)組啟停頻繁的要求，提高了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。
隔河巖水電站是華中電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻骨干電源，以后又可能成為清江梯級(jí)電站的調(diào)度通信中心，因此，電站有較高的自動(dòng)化水平。機(jī)組和主要機(jī)電設(shè)備由計(jì)算機(jī)監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)采用貫穿全廠的雙冗余以太網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)，主站的各種設(shè)備、各機(jī)組及開(kāi)關(guān)站的現(xiàn)地控制單元、公用設(shè)備控制單元以及通信控制單元等均直接掛上以太網(wǎng)。主站雙機(jī)并聯(lián)工作，系統(tǒng)可靠性高。這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案由長(zhǎng)江委提出后為加拿大CAE公司采納，軟件由雙方合作開(kāi)發(fā)，試運(yùn)行中一次啟動(dòng)成功，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平和世界先進(jìn)水平。
該工程于1994年全部建成。隔河巖水電站1999年獲國(guó)家第六屆優(yōu)秀工程勘察金質(zhì)獎(jiǎng)；泄洪消能設(shè)計(jì)獲省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；重力拱壩獲1998年水利部?jī)?yōu)秀工程設(shè)計(jì)金質(zhì)獎(jiǎng)，并獲1999年國(guó)家第八屆優(yōu)秀設(shè)計(jì)金獎(jiǎng)。