清江水布埡水電站
一、工程概況
清江水布埡水利樞紐工程由長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院勘測(cè)、設(shè)計(jì)，壩址位于巴東縣境內(nèi)，上距恩施市117km，下距隔河巖水利樞紐92km，是清江梯級(jí)開發(fā)的龍頭樞紐。水庫(kù)正常蓄水位400m，相應(yīng)庫(kù)容43.12億m3，總庫(kù)容45.8億m3，裝機(jī)容量1840MW，是以發(fā)電、防洪、航運(yùn)為主，并兼顧其他的水利樞紐工程。據(jù)初步測(cè)算，水布埡電站投產(chǎn)后，將顯著增加清江下游已建隔河巖和高壩洲兩座電站的調(diào)峰調(diào)頻能力，屆時(shí)清江流域的3座電站（水布埡、隔河巖、高壩洲）將可承擔(dān)華中電網(wǎng)10％左右的調(diào)峰任務(wù)，清江流域成為華中電網(wǎng)清潔、可靠的調(diào)峰調(diào)頻電源基地。水布埡水庫(kù)是長(zhǎng)江中下游防洪體系的重要組成部分，水布埡水庫(kù)預(yù)留的5億m3防洪庫(kù)容與隔河巖水庫(kù)已預(yù)留的5億m3防洪庫(kù)容聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，可有效減輕荊江河段的防洪壓力，提高長(zhǎng)江中下游地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。
水布埡水利樞紐工程為一等大(1)型水利水電工程。主體建筑物有：混凝土面板堆石壩、河岸式溢洪道、右岸地下式電站廠房和放空洞等。水布埡水利樞紐混凝土面板堆石壩為目前世界上最高的面板壩，壩頂高程409m，壩軸線長(zhǎng)660m，最大壩高233m，壩頂寬12m。大壩上游壩坡1：1.4，下游平均壩坡1：1.4。大壩填筑量包括上游鋪蓋在內(nèi)共1526萬(wàn)m3。面板厚0.3m～1.1m，受壓區(qū)面板寬16.0m，受拉區(qū)寬8.0m，面板面積13.84萬(wàn)m2。趾板采用壩前設(shè)標(biāo)準(zhǔn)板，下接防滲板的結(jié)構(gòu)型式，標(biāo)準(zhǔn)板寬6m～8m，厚0.6m～1.2m。防滲板寬4m～12m，趾板與基巖間設(shè)有錨筋聯(lián)接。周邊縫結(jié)構(gòu)在高程275m以下采用底、中、頂三道止水，高程275m以上取消中部止水，設(shè)底、頂兩道止水；面板垂直縫設(shè)有底、頂兩道止水?！ ?/p>
河岸式溢洪道布置在左岸，由引水渠、控制段、泄槽段(含挑流鼻坎)和下游防沖段組成。下游防沖段采用防淘墻的結(jié)構(gòu)型式。放空洞布置在右岸，其主要作用為水庫(kù)放空，中、后期導(dǎo)流和施工期向下游供水等。由引水渠、有壓洞(含喇叭口)、事故檢修閘門井、工作閘門室、無(wú)壓洞、交通洞、通氣洞以及出口段(含挑流鼻坎)等組成。有壓洞長(zhǎng)530.24m，洞徑11.0m～9.0m。無(wú)壓洞段長(zhǎng)532.63m，底板坡度為i=0.2～0.055，洞室凈空尺寸為7.2m×12.0m，為城門洞型?！ ?/p>
引水式地下電站，布置于壩址NE30°河段的右岸山體內(nèi)，電站安裝4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量400MW，總裝機(jī)容量1600MW。保證出力310MW，每年平均發(fā)電量39.2×108KW·H。電站建筑物包括：引水渠、進(jìn)水口、引水隧洞、主廠房、安裝場(chǎng)、母線洞、尾水洞、尾水平臺(tái)、尾水渠、500kV變電所、交通洞、通風(fēng)洞和廠外排水洞等。引水隧洞采用一機(jī)一洞，平均長(zhǎng)387.9m，圓形斷面內(nèi)徑為8.5m～6.9m；地下廠房尺寸為168.5m×23m×67m(長(zhǎng)×寬×高)，裝機(jī)高程187.2m；尾水洞亦采用一機(jī)一洞，平均長(zhǎng)313.18m，圓形斷面內(nèi)徑為11.3m。
二、開展的主要專題研究
水布埡水利樞紐兩岸地形陡峻，庫(kù)首近壩地段及壩區(qū)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題比較復(fù)雜，壩址區(qū)環(huán)境地質(zhì)條件較差，有較多的危巖體廣泛分布，在這種地形地質(zhì)條件下，修建230多米高的大壩，長(zhǎng)江委設(shè)計(jì)院進(jìn)行了多項(xiàng)專題研究。
砼面板堆石壩與心墻堆石壩兩種壩型的比選研究 國(guó)外已有多座200m-300m左右的心墻堆石壩建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在我國(guó)建設(shè)227m的高心墻堆石壩還屬首次，通過(guò)大量的筑壩材料室內(nèi)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)以及壩體應(yīng)力應(yīng)變，水力劈裂和滲流控制等分析研究論證，在采取適當(dāng)工程措施后技術(shù)上是可行的。
砼面板堆石壩近年來(lái)國(guó)內(nèi)均有較快發(fā)展，但要修建當(dāng)今世界最高的233m的砼面板堆石壩具有一定的難度，通過(guò)筑壩材料特性，堆石體變形控制，壩體應(yīng)力應(yīng)變分析，面板砼的防裂與耐久性，周邊縫的止水材料和結(jié)構(gòu)型式等研究表明，在采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┖蠹夹g(shù)上是可行的?！ ?/p>
滑坡治理研究 庫(kù)首近壩地段大壩上游河段9km范圍內(nèi)分布有18個(gè)滑坡組成的滑坡群體，總方量8342萬(wàn)m3，5個(gè)危巖體總方量357萬(wàn) m3，1個(gè)穩(wěn)定性差的斜坡，方量為385萬(wàn)m3。壩后滑坡，在大壩下游分布有大巖淌、馬巖灣、臺(tái)子上、古樹包四個(gè)大滑坡，設(shè)計(jì)研究分別采用開挖減載，地下地表排水，前緣護(hù)坡、抗滑支擋等措施。右岸峽口馬崖高陡自然邊坡，坡高達(dá)360余米，巖性為上硬下軟，且上部硬巖中還夾有多層軟弱夾層，處理措施為卸荷開挖，邊坡錨固，坡面噴護(hù)，排水坡腳護(hù)岸等?！ ?/p>
軟巖成洞問(wèn)題 由于壩型為當(dāng)?shù)夭牧蠅危实叵露词蚁鄬?duì)較多，壩址區(qū)巖體中的軟層甚多，如泥盆系寫經(jīng)寺組，二迭系馬鞍組與棲霞組─極薄層含泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r、泥巖、泥灰?guī)r及頁(yè)巖等均屬軟巖。軟巖大多遭受了不同程度的剪切破壞，工程性狀較差，加之產(chǎn)狀平緩，軟巖成洞問(wèn)題突出?！ ?/p>
志留系強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖作為防滲材料的問(wèn)題 志留系砂頁(yè)巖具有明顯的垂直風(fēng)化分帶性，風(fēng)化程度劃分為全風(fēng)化帶，強(qiáng)風(fēng)化上帶、下帶、弱風(fēng)化及微風(fēng)化帶。經(jīng)研究全風(fēng)化帶可直接作為防滲材料上壩，而強(qiáng)風(fēng)化下帶及弱、微風(fēng)化帶不能作為防滲材料?！ ?/p>
消能型式研究 溢洪道下游消能區(qū)位于壩址峽谷出口大崖沱深潭，左有大巖淌滑坡，右有馬崖高陡邊坡和馬巖灣滑坡，河床巖層主要是泥盆系上統(tǒng)寫經(jīng)寺組和志留系砂頁(yè)巖，抗沖能力低，而本工程泄洪量大，萬(wàn)年一遇時(shí)最大下泄流量達(dá)18280m3/s，相應(yīng)單寬流量為181 m3/s，汛期水頭在171m-180m以上，經(jīng)計(jì)算、試驗(yàn)、分析綜合考慮，最后選擇分區(qū)陡槽接窄縫式排坎消能方案，消能區(qū)保護(hù)采用防淘墻方案。
根據(jù)壩址處的地形地質(zhì)條件、水文特征和樞紐總體布置，以及面板堆石壩的施工特點(diǎn)，施工導(dǎo)流采用圍堰一次攔斷河床，隧洞導(dǎo)流，枯水期圍堰擋水，汛期淹沒(méi)基坑的方式。工程計(jì)劃總工期8.5年。2000年以前為籌建期，2001年～2002年為施工準(zhǔn)備期。2003年～2007年為主體工程施工期，2007年7月～2009年6月底為工程完建期。
三、勘測(cè)設(shè)計(jì)概況
從流域規(guī)劃到預(yù)可行性研究，再到可研階段壩址選擇，長(zhǎng)江委人付出了幾代人的努力。從1954年開始長(zhǎng)江水利委員會(huì)就對(duì)清江流域的綜合利用與開發(fā)進(jìn)行了研究，于1964年提出了《清江流域規(guī)劃報(bào)告》。1986年又提出了《清江流域規(guī)劃補(bǔ)充報(bào)告》，推薦恩施以下清江干流最上一級(jí)以水布埡壩址為代表的三級(jí)梯級(jí)開發(fā)方案。1993年底，對(duì)流域規(guī)劃進(jìn)行了補(bǔ)充修訂，提出了《清江流域規(guī)劃報(bào)告（1993年修訂）》。該報(bào)告于1994年1月通過(guò)審查，1994年2月，湖北省人民政府會(huì)同原電力工業(yè)部審查批復(fù)了《清江流域規(guī)劃報(bào)告》（1993年修訂）；1994年12月，湖北省人民政府會(huì)同原電力工業(yè)部審查批復(fù)了湖北清江水布埡水電站預(yù)可行性研究報(bào)告；1995年9月，湖北省人民政府會(huì)同原電力工業(yè)部審查批復(fù)了湖北清江水布埡水電站壩址選擇報(bào)告；1999年4月，湖北省人民政府會(huì)同國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)審查批復(fù)了湖北清江水布埡水電站可行性研究報(bào)告（等同初步設(shè)計(jì)）?！ ?/p>
水布埡工程不僅地質(zhì)條件復(fù)雜，而且是當(dāng)今世界最高的面板堆石壩，地下廠房除頂拱以外，邊墻大部分置于軟巖巖層中，施工期洞室圍巖穩(wěn)定性極差，因而面臨的技術(shù)難題很多，設(shè)計(jì)院根據(jù)工程建設(shè)需要，積極承擔(dān)或主動(dòng)進(jìn)行對(duì)水布埡工程設(shè)計(jì)、施工中的技術(shù)難題研究，組織各專業(yè)技術(shù)骨干，在充分進(jìn)行國(guó)內(nèi)外調(diào)研的基礎(chǔ)上，進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。到目前為止，先后完成了可行性專題研究、特殊科研、導(dǎo)流隧洞優(yōu)化設(shè)計(jì)專題報(bào)告、基礎(chǔ)帷幕灌漿試驗(yàn)專題報(bào)告、施工組織設(shè)計(jì)專題報(bào)告、大壩提前一年完成填筑專題報(bào)告等，并進(jìn)行了爆破試驗(yàn)、碾壓試驗(yàn)、強(qiáng)夯試驗(yàn)等現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，分階段、多層次地解決設(shè)計(jì)及施工中的難題，為水布埡工程順利建設(shè)提供了技術(shù)保障。
水布埡工程于2000年1月正式開工，2002年10月大江截流，2006年10月通過(guò)蓄水驗(yàn)收，2007年7月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2008年8月四臺(tái)機(jī)組全部發(fā)電。2010年9月16日，水布埡工程竣工安全鑒定工作通過(guò)驗(yàn)收。 2011年4月樞紐工程專項(xiàng)竣工驗(yàn)收順利通過(guò)，2011年11月電站工程檔案通過(guò)國(guó)家檔案局驗(yàn)收，工程勞動(dòng)安全與工業(yè)衛(wèi)生專項(xiàng)通過(guò)國(guó)家安監(jiān)局的驗(yàn)收。2012年12月，工程竣工階段移民安置通過(guò)省級(jí)驗(yàn)收。
工程獲獎(jiǎng)情況：《水布埡面板壩筑壩技術(shù)》獲得湖北省科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)”；《WHDF混凝土增強(qiáng)密實(shí)(抗裂)劑的研制及其在水工中的應(yīng)用》、《水布埡面板壩應(yīng)力變形分析》、 《大壩裂縫和溫度監(jiān)測(cè)的分布式光纖傳感技術(shù)研究與應(yīng)用》、 《卸荷巖體力學(xué)理論及其在水電工程中的應(yīng)用》、 《軟硬相問(wèn)地層大型地下廠房工程關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)踐》獲得湖北省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；獲得湖北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)5項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)；獲得2008年度湖北省優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)； “九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃優(yōu)秀科技成果《200m級(jí)高壩混凝土面板壩配套技術(shù)》；2010年 3月28日，該工程獲第九屆中國(guó)土木工程詹天佑獎(jiǎng)。 2011年1月，水布埡超高面板堆石壩筑壩關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2013年7月《水布埡水利樞紐工程勘察》獲全國(guó)優(yōu)秀水利水電工程勘察金獎(jiǎng)。2014年獲菲迪克2014年工程項(xiàng)目?jī)?yōu)秀獎(jiǎng)。2018年12月26日，湖北清江水布埡水電站工程通過(guò)竣工驗(yàn)收。