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小湾水电站解五大世界性难题

  “小湾水电站的综合性难度世界第一”,在8月25日的全国水电装机破2亿千瓦时标志性机组揭牌仪式上,华能小湾水电站的总工程师易魁说道

  易魁介绍,小湾水电站创造了数个世界第一,已建成近300米高的坝体世界第一,单机容量70万千瓦时世界第一,装机难度世界第一,筑坝时对两岸工程的加固难度和工程量世界第一,小湾水电站的综合性难度世界第一。单是混凝土浇筑的科研经费就达数千万。另外,坝体的抗震能力达到9度,光含钒的钢筋就用了一万多吨。
  
  作为一个极具挑战性的世界级工程,华能小湾水电站建设汇聚了诸多世界性难题。”易魁说:“高地震烈度区建设的世界首座300米级高拱坝,以及大容量、高水头、高参数水轮发电机组制造及安装等,均为世界水电工程建设之罕见,为水电建设领域提供了诸多经验。”  
  
  300米级高拱坝的设计和施工
  
  小湾拱坝为目前世界在建的最高拱坝之一,修建在高地震裂度区,基岩峰值水平加速度、坝顶弧长、总水推力等数据,在世界拱坝建设中均居第一。拱坝的布置与体形受制于特定的地质地形条件、枢纽总布置以及坝基稳定,其体形设计要同时满足施工期、正常运行期以及地震时的应力标准,难度很大。为此,除采用传统的多拱梁法外,还引入厚壳单元法、有限单元法等,对拱坝体形进行优化,较好地解决了小湾拱坝体型设计的安全和经济问题。对于目前水电施工规范中尚未涉及到的高拱坝坝踵开裂问题,采用国内外最新发展起来的多种分析方法,从不同角度进行了深入研究,提出了解决这一问题的工程措施。
  
  解决了高水头大流量泄洪消能难题
  
  小湾水电站泄洪流量最高为每秒20745立方米,加之泄洪水流落差大,泄洪功率高达4600万千瓦;坝址区内河谷狭窄,岸坡陡峻,泄洪消能区又位于坝肩抗力岩体范围内,泄洪消能设施布置受到很大限制。为此,围绕这些问题开展了大量的数值分析和模型试验,采用坝身表、中孔及岸边泄洪洞联合泄洪的方式,确保枢纽泄洪安全;坝身泄洪按照纵向分层拉开、横向单体扩散、空中对撞消能、总体分散归槽的原则和方法,达到了理想的消能效果。
  
  成功开挖了超大型地下洞室群
  
  小湾水电站地下引水发电系统规模宏大,主副厂房、主变室、尾水调压室及闸门室平行布置,其中主厂房长323米,宽30.6米,最大高度82米,犹如30层楼高的地下宫殿,且中间没有一根柱子,相当于挖出了一个100万立方米的地下空间。施工中采用了大量工程措施稳定地下洞群岩壁,在国内外首次开展了带模型机组的机电一体化水力过渡过程试验研究等。对于这样的地下洞室群开挖,华能小湾水电站是国内首次尝试。  
  
  成功研制并安装使用了高水头大容量水轮发电机组金属结构
  
  小湾水电站安装的水轮发电机组及金属结构,具有“高、大、全”特点,即从水轮发电机组看,水轮机运行水头高、机组转速高、运行稳定性要求高,单机容量大、水头变幅大,是目前世界该水头段单机容量最大的机组。经过模型试验研究,决定提高水轮机额定水头和增加吸出高度以及发电机的额定电压,并采用全风冷的发电机冷却方式;从金属结构看,由于坝高、作用水头高、水推力大、水头变幅大、泄洪流量大,带来金属结构设计、制造和安装难度也特别大。就闸门来说,多达数百个,包括各种名样的闸门,类型齐全,不少闸门的尺寸在同类闸门中是最大的。特别是大孔口、高水头闸门的结构、抗震、止水密封、门槽水力学、抗气蚀、大荷载链轮闸门的支撑等问题,均为世界首屈一指。
  
  找到了高强混凝土及大面积混凝土温控防裂新办法
  
  拱坝混凝土原材料的选择和混凝土浇筑的温控问题,是小湾工程的关键技术问题之一。特别是拱坝中下部高程混凝土最大浇筑块的长度达到90多米,温控防裂难度很大,不少工艺规范超出现有标准。通过对混凝土原材料深入细致的试验研究,优选出最佳配合比;提出并制定了一系列混凝土温控标准,确保坝体混凝土达到了高强度、高极限拉伸值、中弹模、低热、不收缩性能的总技术指标。
  
  成功解决了700米复杂高边坡的稳定问题
  
  华能小湾水电站人工处理边坡之高、边坡稳定条件之差、技术处理难度之大,在国内外水电建设乃至其他行业工程中尚属罕见。在目前国内外对于高边坡的治理尚处探索阶段,在分析理论、计算方法以及与之相配套的安全指标、控制指标等方面尚未形成统一认识,缺乏操作性强的规程规范的情况下,华能小湾水电站的成功实践,在不少方面同样具有开拓者的作用。
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