克拉斯诺雅尔斯克水电站

更新时间:2023-10-15 14:47

克拉斯诺雅尔斯克水电站位于俄罗斯叶尼塞(Енисей)河上游克拉斯诺雅尔斯克市附近。混凝土重力坝,最大坝高124m,坝顶长1175m。水库面积2000平方公里 ,总库容733亿立方米 ,有效库容304亿立方米 ,为多年调节水库。

基础配置

电站装机12台,单机容量50万kW,总装机600万kW,年平均发电量204亿kW·h。设有2000t级斜面升船机。工程具有发电、航运和供水等综合经济效益。工程于1955年开工,1963年3月截流,1967年第一台机组发电,1972年全部工程建成。 坝址以上控制流域面积28.8万平方公里 ,多年平均流量2790立方米 /秒,最大实测流量29800立方米 /秒,最小实测流量300立方米 /秒。水库正常蓄水位高程243m。流域气候属大陆性气候,坝区年平均气温-4℃,1月平均气温-20℃,7月平均气温18.8℃。实测最低气温为-53℃,7月最高气温达37℃,年平均降水量约400mm。坝址河谷狭窄,两岸陡峭,水面宽750m。河床和两岸岸坡为中粒和细粒花岗岩。河床卵砾石层厚1~5m。设计地震烈度为7度。右岸坝段有一条构造带,还有倾向下游15°~17°的裂隙和厚达2m的破碎带。

枢纽布置

克拉斯诺雅尔斯克水利枢纽的主要建筑物有混凝土重力坝、水电站厂房、斜面升船机、左右岸220kV和500kV开关站等。

混凝土重力坝

混凝土重力坝最大坝高124m,坝顶长1175m,体积435万立方米 ,坝顶比设计蓄水位超高5m。比非常洪水位超高4m。坝体为三角形断面,上游面铅直,厂房段下游面坡度为1∶0.76,其他部分下游面坡度为1∶0.8。坝体分成各为15m宽的坝段。根据坝基上游面不允许出现拉应力的要求,决定在坝基构造带内做一楔形混凝土塞,下宽3~5m,上宽15~20m,深15m。溢流坝段布置在河床左岸,设有7个净宽各为25m的溢流堰。堰顶水深10m在设计蓄水位条件下,其过水能力为12000立方米 /秒。非常洪水位时,宣泄量为14570立方米 /秒。挑流鼻坎可将水流挑射到下游140m以外。水流跌落段的河底,形成深达20~25m的冲刷坑。但其边缘距大坝约50m,不致影响坝基稳定。溢流坝闸墩宽5m,装有平板闸门,由两台起重量各为250t的门机启闭。 另有6个由导流底孔改成的永久底孔,装有6m×6m平板滑动检修闸门,水头100m,静力荷载2500t。工作闸门为弧形闸门,尺寸为5m×5m,操作水头70m。偏心铰弧形门后,两侧突扩0.5m,底板突跌Δ=0.7m+6.3m=7m。 底孔后面的护坦板长58m,最小厚度1.25m,平均厚约2m,用锚栓嵌固在岩石中。护坦板末端是一道齿墙。齿墙嵌入基岩5~10m,鼻坎高2~4.75m。

水电站厂房

厂房坝段布置在河床右岸。厂房内装机12台,每台由两个进水口引水,两个进水口皆布置在15m宽的一个坝段内。水轮机额定出力50.8万kW,最大水头100.5m,设计水头93m,最小水头75m。水轮机过流量615立方米 /秒,转轮直径7.5m,转轮重240t,额定转速93.8r/min,最高保证效率94%。发电机为伞型,频率50Hz,最大出力58.8万kW,功率因素0.85,电压15.75kV,飞逸转速180r/min,转子直径16.1m,转子重884t,定子水内冷,最高效率98.2%。设有8m×10.5m平板滑动闸门并由液压启闭机操纵。第一批投入运行的4台机组进水口底槛高程比其余机组进水底槛高程低13m。

斜面升船机

斜面升船机布置在左岸,紧靠水边线。在上下游斜坡道接头处,即混凝土非溢流坝与岸边联接区,设承船箱转向设备和错船线。上下游斜坡道中心线平面夹角为142°23′。 斜坡道总长1600m,其中转向设备长107m。从转向设备中心算起,上游坡长353m,下游坡长1240m,斜坡道坡度1∶10,坡道上铺设齿轨,轨距9m。 承船厢为焊接钢结构,装在斜形桁架上,沿斜坡道移动时,船底始终保持水平状态。承船厢尺寸为107m×24m,有效尺寸90m(长)×18m(宽),船箱水深为3.3m,船箱包括水重和一艘排水量2000t的船只,共重6500t。承船箱沿下游斜坡道上升的最大高度118m,沿上游斜坡道上升是17~30m。 承船厢由78个平衡车架液压支承,为使承船厢可靠地移动和制动,采用与齿轨咬合的液压驱动导向轮,平衡车架共有156个液压驱动马达,每个扭距为30kN/m。液压马达工作液体由16个轴向活塞电动泵泵送,泵送量为3600L/min。船箱上升速度为80m/min,下降速度为60m/min,制动加速度0.008m/s2 ,往返一次为93min。 转向设备长107m,宽12m,重2000t,荷载由中心支架传递,其支承力为70000kN。转向设备转动所用的液压驱动马达和液压泵与承船箱相同。 升船机一个航期单向通过能力为260万t。第二个船箱投入运行后,通过能力可增至350万t。 升船机机械设备和金属结构安装工程量:斜坡道1750t;转向设备2380t;船箱及设备4800t;共计8930t。

工程施工

工程量

土石方2645.4万立方米 ,混凝土596.1万立方米 ,其中主坝435万立方米 ,金属结构10.5万t。 施工采用分期导流。一期为明渠导流;二期为坝体梳齿孔结合底孔导流。共设18个6m×12m底孔。先将偶数坝段浇到河水位以上高程,奇数坝段则浇到底孔底板高程,封闭梳齿时,留下底孔。导流后,有10底孔用混凝土堵塞;8个底孔改建为进口6m×6m,出口5m×5m的永久泄水底孔。 1963年3月截流,设计截流流量500立方米 /秒,实测流量540立方米 /秒,龙口宽度43m,最大落差1.47m,最大流速2.6m/s,抛料为块石和10t以下的混凝土块体。截流采取立堵端进,两岸并进,适逢最枯水,截流工期缩短。运料采用10~25t自卸卡车和推土机,最大抛投强度1300立方米 /h,截流耗时6.5h。 厂房坝段和左岸非溢流坝段采用综合分块,大坝下部用柱状分块,块高6~20m,以后用2m厚的钢筋混凝土板将各柱状块封盖连接起来再进行通仓浇筑,大坝其余部分用柱状浇筑分块。 柱状块垂直坝轴线尺寸大部分为11.5m,顺坝轴线方向为7.5、9、11m和15m。通仓块宽15m,其长度等于坝断面宽度。柱状浇筑块在靠近基岩和基础处理区,一般先浇1~1.5m厚,然后浇筑厚度为3m,通仓浇筑层厚1~1.5m。 (1)混凝土配料与拌和 为了节省水泥,减小温度收缩应力,大坝各部位采用分区浇筑,采用不同标号的混凝土,由于坝区气候严寒,无冰冻期仅112d,要求混凝土具有高强度、防渗、抗空蚀、抗冻与抗裂等特性。 抗冻混凝土和高标号混凝土采用硅酸盐水泥(限制熟料中C 3 S的含量为47%~58%和C 3 A的含量为6%~6.5%)。内部混凝土用矿渣硅酸盐水泥,矿渣含量达35%~45%。矿渣硅酸盐水泥用量占全部水泥量的57%。 砂子细度模数为2.3~2.9。粗骨料最大粒径为80~110mm。抗冻混凝土和高标号混凝土采用花岗岩碎石作粗骨料。 建立了统一集中的高度机械化混凝土作业系统,其中包括:一个机械化码头和设有皮带系统的各种仓库、一个间歇式混凝土工厂、一个连续作业混凝土工厂。 间歇式混凝土工厂由3部分组成,每部分有两台混凝土搅拌机,每台1200L,可同时生产3种标号的混凝土。连续作业混凝土工厂由两条完全相同的工艺线组成,因此,能同时生产两种标号的混凝土。间歇式的混凝土工厂用于拌制高标号和特种标号的混凝土。生产能力较高的连续性作业混凝土工厂,用于拌制大坝内部混凝土。 为了降低混凝土拌和物的出厂温度,间歇式的混凝土工厂用冰屑代替部分拌和水,连续作业工厂用预冷粗骨料,运?工厂的拌和水都由制冷厂冷到0.5~2℃。(2)混凝土运输与浇筑。绝大部分混凝土(93.5%)是用各种起吊机械浇筑的,工程现场有22台КБГС-101M型塔式起重机和2台КБГС-450型塔式起重机。前者月生产能力为每台1.14万立方米 。 为了提高混凝土浇筑机械的生产能力,施工中曾研究并采取过一系列措施,如立模工作广泛采用3t起重量的汽车起重机(可由КБГС-101M型塔式起重机吊移);冬季浇筑时,普遍采用了可拆卸式暖棚;采用6~9m高的浇筑块,可减少劳工力4.36万人天。 混凝土最大月浇筑量为23.2万立方米 ,最高年浇筑强度达135.91万立方米 (1966),最大日浇筑强度为12000立方米 。高峰年人数13379人,其中工人11081人。混凝土振捣主要用N-86型和C-826型振捣器。在11.5m×15m的浇筑块上,混凝土铺筑厚度0.25~0.3m,坍落度1~3cm,用4台振捣器振捣。 (3)混凝土温度控制 温度控制要求基础混凝土浇筑块(距坝基面2m)最大温升不得超过28℃;基础混凝土以上每增高1m,允许混凝土浇筑块的最大温升为28+3℃,但总和不得高于40℃;混凝土浇筑块内外温差不应超过23℃;混凝土与冷却水之间的温差不应超过20℃;浇筑间歇时间超过30昼夜,应按基础混凝土要求浇筑。满足以上要求采取的措施有:采用中热水泥,28d水化热为270.328~288.696kJ/g;采用低流态混凝土,掺塑化剂和加气剂,坍落度为1~3cm;夏季混凝土拌和温度为18~20℃;靠近基础部位,浇筑块厚度限制为1~2m;柱状浇筑块的混凝土用水管冷却;每年9月份开始对所有混凝土的外露表面采用保温板,模板的导热系统为2.246kJ/(h·㎡ ·k),靠近基础部位的模板导热系统为1.6736kJ/(h·㎡ ·k);夏天加强混凝土喷水养护。

其他工程

工程技术措施和运行观测 (1)为了降低重力坝的扬压力,坝基设有减压廊道和两排深30~40m排水孔,坝底帷幕灌浆深达60m。这样可改善上游坝基应力状态,缩减大坝本身混凝土量。减压廊道还可供灌浆和水库充水时导流(溢流坝段)之用。 (2)溢流坝的溢流面设有掺气坎,可简化迎水面结构,不需将溢流堰首部向上游突出,消除溢流面的真空和空蚀现象,大大简化溢流面模板结构。 (3)沿坝体温度缝布置施工导流底孔,与坝体底孔布置方案比较,可使底孔简化,改善大坝应力状态。 (4)水轮机引水用两根直径各为7.5m钢管,在进入蜗壳前再用一岔管连接合成单根直径为9.3m的输水管。钢管顺坝下游坡面铺设,外包钢筋混凝土,在与电站厂房联结处,采用闭合管节,代替伸缩管节。双输水管方案优点:减少特种钢用量,改善厂房坝段上部结构;输水管安装与大坝混凝土施工互不干扰,且不受水库充水影响;输水管管节采用悬吊装配法,不受施工影响,加快安装进度;与坝内布置管方案比较,可简化土建安装工程,减少一期混凝土工程量,节约投资。 (5)大坝混凝土施工采用塔式起重机无栈桥施工法:将起重机安装在下游柱状块旁进行浇筑,随着浇筑块上升,再借助滑车、索具和临时支撑,使起重机自行升高,一直浇到设计高程。解决了大体积混凝土工程不设专用混凝土栈桥施工的问题。 (6)多年观测证实,表征建筑物状态的各项参数都在设计范围之内。大坝及其基础处于弹性受力状态。最大沉陷量为32mm,坝顶向下游倾斜最大值为23mm,季节变化平均为7~8mm。坝顶位移实测值与设计值完全一致。大坝断面倾角随上游水位变化而变化,彼此协调。

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