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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008/1/4 17:51:14
棉花滩水电站枢纽布置设计
李启雄董勤俭
（上海勘测设计研究院，上海200434）
关键词：枢纽布置设计棉花滩水电站
摘要：棉花滩水电站枢纽包括RCC重力坝、坝顶开敞式溢洪道、泄洪底孔、输水建筑物、地下厂房、洞内配电装置、控制楼、航运过坝建筑物等。工程为一等枢纽，大坝为一级建筑物。RCCD最大坝高110m，坝顶长308.5m；坝顶溢洪道3孔，每孔宽16m；在5坝段设泄水底孔；4条发电隧洞直径均为7.5m，长度为169.8～184.5m；地下厂房129.5m×21.9m×52.08m(长×宽×高)，安装4台水轮发电机组。首台机组发电证明枢纽布置设计是合理的。
1枢纽等级及洪水标准
棉花滩水电站枢纽包括：RCC重力坝、坝顶溢洪道、泄水底孔、左岸输水建筑物及地下厂房、左岸220kVGIS洞内配电装置、出线场及地面控制楼、湖洋里副坝、右岸航运过坝建筑物等。工程施工期间采用上、下游围堰断流隧洞导流。枢纽工程为一等，大坝为一级建筑物，设计洪水标准为500年一遇，5000年一遇洪水校核；输水发电建筑物为2级，50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核，但进水口的挡水标准与大坝相同。其他建筑物的设计标准为：坝顶溢洪道及泄水底孔的等级及设计洪水标准与大坝相同；航运过坝建筑物定为3级。导流隧洞为4级建筑物，导流洪水标准为20年一遇，度汛标准为50年一遇以上。大坝、输水发电系统主要建筑物结构设计按7度地震烈度复核和设防。坝址各设计频率洪水、天然流量、下泄流量及水位如表1所示。
2各建筑物布置
2.1挡水建筑物
RCCD坝顶高程由校核洪水位确定，遇5000年一遇洪水时，库水位177.80m，加上风浪爬高及超高后要求挡水高程为179.60m，坝顶高程定为179.00m，另要求上游有0.6m高的实体防浪墙。最大坝高为111m，坝顶全长308.50m，分成7个坝段，从左到右为1～7坝段，其中1、2坝段为左岸非溢流坝，3、4坝段为溢流坝段，5、6、7为右岸非溢流坝段，坝段宽度分别为50、50、33、33、64、64、14.5m，最大底宽84.5m，非溢流坝段上游面垂直，下游面为1∶0.75,溢流坝段上游面亦垂直，下游面直线坡度为1∶0.65，坝顶宽7m，坝内设电梯一道，布置于2坝段内。湖洋里副坝为均质土坝，高5.6m，坝顶长50m。
注：(1)5～6月为主汛期，7～8月中旬为次汛期，控泄流量分别为5210、4400m3/s；(2)下游水位指IV勘线以下200m处；(3)下泄流量包括发电流量；(4)控制系指考虑下游广东韩江三角洲有防洪任务下泄流量；(5)括号内为次汛期数字。
2.2泄水建筑物
(1)坝顶溢洪道。开敞式溢洪道共设3孔，每孔由导流墙隔开分别出流，堰顶高程155.0m，每孔净宽16m，设工作弧门及检修门各一道，出口采用收缩式消能工，平底出口高程88.07m，边孔出口宽从17.25m不对称收缩到5.0m，中孔出口宽由18.50m对称收缩到6.5m。
(2)泄水底孔。该底孔布置在右岸5坝段内，兼放空水库用，进口底板高程115.40m，出口处孔口尺寸为5m×7.2m（宽×高），孔身为平底坡，断面尺寸5m×8.2m（宽×高），出口采用收缩式消能工，孔口出口由5m对称收缩到2m，进口设事故检修门一座，出口设工作弧门一道。
2.3输水发电建筑物
进水口采用岸塔式，位于左岸坝前约30m，进口总宽84.6m，底板高程129m，1～4号进水口尺寸相同，平行布置，间距21m，中心高程132.75m，进口由喇叭口、闸门槽（检修及快速门槽）及渐变段组成，前沿设4个进口相互连通的一列式二道拦污栅槽，闸门孔口断面为6.0m×7.5m（宽×高），快速门槽及检修门槽放在内径为8.6m的圆筒内。4条引水隧洞直径7.5m，间距21m，互为交错布置，由上平段、竖井段及下平段组成，上、下平段平面转角97°。1号引水隧洞长为169.788m，2～4号引水隧洞长为168.738m。下平段后接长35m、内径5.4m的压力钢管段，末端与蜗壳相接。尾水管后接4条平行的尾水管加长段，断面为8m×8m，后接尾水调压室。设2个尾水调压室，1、2号及3、4号机分别共用1个，其轴线与主厂房平行，2个调压室在高程82.5m以上合二为一，联合运行，总尺寸：87m×12m×41.4m（长×宽×高）。尾水调压室后设4条尾水支洞经2个岔管合并为2条内径11m的圆型尾水隧洞，尾水隧洞在出口段渐变为9.4m×11m（宽×高）的城门洞形，在坝下0 500m处与下游河道斜交相接，1、2号尾水隧洞长度分别为413.701m及366.701m。在尾水调压室内及隧洞出口处皆设有检修闸门，分别在尾水管及尾水隧洞检修时用。
2.4地下厂房
主厂房内设4台机组段及安装场，尺寸为129.5m×21.9m×52.08m（长×宽×高）,主厂房两端设1、2号空调机室，水轮机安装高程为65.60m。主变室与主厂房平行，二者净距22.0m，尺寸97.35m×16m×14.8m（长×宽×高），主变室两端设3、4号空调机室，主厂房与主变室之间有4条宽8.0m、高8.4m的母线洞，主变室与尾水调压室间净距19.6m。进厂交通洞长573.75m，尺寸为8.5m×9.0m（宽×高）的城门洞形，重车可直达安装场。
2.5开关站及控制楼
开关站布置在左岸180m高程，GIS洞室尺寸为37m×13m×19.05m（长×宽×高）。洞外设6层控制楼及出线场，将中控室及部分副厂房集中在控制楼内，控制楼与地下厂房通过电梯连通。
2.6航运过坝建筑物
航运过坝建筑物为20t级，年过坝货运量为11.2万t。过坝建筑物布置在右岸，采用上游垂直提升、下游斜面提升，上、下游提升为同一轴线，与坝轴线夹角为75.926°。上游垂直升船机道与坝顶交通采用立交交汇，其承重结构为12根钢筋混凝土支墩，沿垂直升船机轴线方向形成5跨，总长72m，轨顶高程188.00m，轨距11m。下游斜坡道坡度为1∶6，顶高程为180.16m，坡脚高程为62.33m，下游斜坡道水平总长706.98m，其中水平长162m斜坡道用9跨跨度为18m的排架梁支承，其余水平长544.98m轨道直接敷设于岩面地梁上。下游斜坡道后设一孔口为5m×5ｍ的清淤检修闸门，清淤闸门段后布置长78.8m，底宽9～17.04m,底高程69.2m的引航道，引航道的河流侧设引航墙，便于船只进出。闸门区段平台设公路与外面公路相连。
3结语
棉花滩水电站工程1998年4月正式开工，2000年12月实现下闸蓄水，2001年4月首台机组发电，从正式开工到首台机组发电只用了3年时间，这在我国水电建设史上类似的工程是少见的，这是参建各方共同努力的结果。本工程枢纽布置合理。采用了重力坝加地下厂房方案，这一方面是根据地形条件，另一方面是使二者施工互不干扰。大坝采用RCC技术，加快了工程进度；主厂房采用岩壁吊车梁及喷锚支护，也缩短了工期；将开关站及部分副厂房置于地面上，增加了工作面，减少了地下厂房工作量，使大坝与地下厂房工程工作量较为均衡，二者工期未构成明显制约因素；大坝上设了比较有争议的泄水底孔，增加了一些工作量，但实践证明，幸亏有了此孔才顺利实现了2000年下闸及2001年度汛，否则，实现下闸蓄水及发电计划是相当困难的。
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