葛洲坝水利枢纽.doc

万里长江第一坝——葛洲坝水利枢纽第一节 工程概况葛洲坝水利枢纽工程位于长江三峡出口，西陵峡末段，湖北省宜昌市三峡出口南津关下游约 3 公里处，是三峡水利枢纽工程完工前我国规模最大的一座水电工程，是我国在长江干流兴建的第一个综合利用工程葛洲坝水利枢纽工程是三峡工程的反调节水库和航运梯级，是三峡水利枢纽的组成部分它的主要任务是：消除三峡电站日调节时下游不稳定流在坝址以下到南津关三峡出口约 40 公里峡谷河道对通航造成的严重影响，改善这一段航道和宜昌港区的航行条件，并利用该河段的落差发电葛洲坝水利枢纽工程正常蓄水位 66.00m，水库总库容 15.8 亿立方米，三峡工程建成后，为三峡工程的反调节水库总装机容量 271.5 万千瓦，年发电量 157 亿千瓦时；船闸单向年通过能力 5000 万吨葛洲坝水利枢纽主要工程量为：土石方开挖 5799 万立方米，土石方填筑 3088 万立方米，混凝土 1042 万立方米，钢筋 18.17 万吨，金属结构 7.29万吨工程总投资 48.48 亿元从 1958 年开始勘测设计、1970 年 12 月开工到 1991 年 11 月二期工程通过国家验收，几代水利人历经 35 年的研究、20 余年的建设，举世瞩目的葛洲坝水利枢纽终于雄立于长江之上，开始发挥巨大的效益。

自第一台机组投产到 2009 年底累计发电 3915.34 亿千瓦时20 世纪末，葛洲坝电站的容量和年发电量分别约占华中电网总容量和总发电量的 1/9，对华中电网特别是湖北省国民经济与社会发展起到了很大的促进作用从 1987 年开始夜航，结束了川江自古以来不能夜航的历史，仅 2008 年，葛洲坝船闸通过的货运量就达 5636 万吨葛洲坝水利枢纽以一流的设计和一流的质量，得到了国家有关部门的高度评价大江截流、二江工程、大江工程和整个工程的设计先后获得国家优秀设计奖、金质奖、特等奖；大江截流工程被评为优质工程；二、三江工程和水电机组荣获首届国家科技进步特等奖葛洲坝工程的成功兴建，是设计、科研、施工和设备制造、安装等单位广大水电工作者智慧与汗水的结晶，为三峡工程的建设管理积累了宝贵的经验，也将我国水利水电工程技术水平推上了新的高度第二节 建设情况葛洲坝工程于 1970 年 12 月 26 日经中发〔1970〕78 号文批准兴建，1970 年 12 月 30 日开工，因一些重大技术问题未得到妥善解决，1972 年 11月国务院决定主体工程暂停施工并修改设计，周恩来总理决定组建工程技术委员会全面领导工程技术问题的研究、审定工作，技术委员会由林一山同志任主任，并指定长江流域规划办公室负责勘探、科研、规划设计工作。

1974 年国务院批准修改初步设计，于同年 10 月恢复全面施工，由葛洲坝工程局负责施工在全国各方的支持下，在设计施工双方的努力下，工程比计划提前一年于 1981 年 1 月 4 日大江截流成功，同年 6—7 月一期工程提前一年通航发电从开工算起 10 年 7 个月，扣除停工两年，实际通航发电工期 8 年 7 个月混凝土浇筑和土石方挖填均创造了国内先进水平，分别达到年产 194 万立方米和 1259 万立方米的国内最高水平施工质量良好1985 年 4 月国家正式对一期工程验收，指出：“二、三江工程设计是合理的，工程质量达到了设计要求，工程运行是正常的，工程建设是成功的”二期工程施工从 1981 年下半年开始，1986 年 6 月大江电站第一台机组并网发电，发电工期 5 年，并实现了当年安装 5 台机组的目标，1987 年又安装投产 6 台机组，创造了国内装机台数、装机容量和单机安装工期的高速度，比批准的二期工程工期又提前一年于 1988 年基本完成大江电厂的启动验收结论是：“设计是合理的，土建及安装质量优良，主要设备制造质量优良，具有一定先进水平”第三节 综合解决复杂技术问题的经验一、建设葛洲坝工程面临的难题建设葛洲坝水利枢纽的困难，主要是其规模大，技术复杂，综合性强，一些卡关的问题，都具有综合的、跨专业甚至跨学科的性质。

一）复杂的自然条件由于与三峡工程连接的要求和地形、淹没条件的限制，葛洲坝坝址只能在南津关出口以下宜昌市以上的河段内选择，坝址位置不可避免地处在具有急弯、江面急剧展宽、河床急剧起伏、天然水流及泥沙十分紊乱的河段；建筑物大部分要坐落在软弱岩石基础上，这些岩石抗风化、抗冲刷的能力差，还存在不利于建筑物稳定的泥化夹层如何保证在枢纽建成后，实现安全顺利通航，安全宣泄长江的巨大洪水和泥沙，电站安全运行发电，这些都是当年葛洲坝建设者们面临的难题二）巨大的规模和高标准的要求——由于长江来水来沙量大，年平均过坝水量 4500 亿立方米，来沙总量 5.26 亿吨，要求建筑物有宣泄 110000 立方米每秒的能力——为了适应长江航运发展需要，规划要求设 3 条船闸，大的船闸一次能通过 1.2 万吨的船队——电站初期单独运行，以后与三峡电站联合运行，为了充分利用水能，规划装机在 250 万～300 万千瓦合适——施工过程中要在 5200～7300 立方米每秒的流量下截流，还要利用二期围堰挡水提前发电这些规模，超过了国内任何水利水电枢纽工程，某些项目还超过了国外的水平如单孔 12 米宽的平底泄水闸，单宽流量高达 1770 立方米每秒；电站采用单机容量达 12.5 万～17 万千瓦的低水头水轮发电机组，而当时国内同类型机组制造水平只有 6 万千瓦；单级船闸水头差 27 米、宽达 34.0 米，而当时刚建成的多瑙河铁门枢纽每级水头仅为 17.0 米；人字门承受的水压力 1 万吨，是当时世界上最大的人字闸门。

这些指标，进一步增加了工程的难度二、几个关键问题的解决办法首次运用了河势概念，将建筑物及其上下游的河段作为整体考察，作好有利于通航、泄洪、排沙的河势规划抓住了水流泥沙运动这一规律，根据建坝后坝区主流变化的特点，首先将主要的泄水（泄洪）闸，对准建坝后的主流位置，以顺利泄洪、排沙船闸位置经反复研究，认识到进出船闸的船队速度慢，只有在静水条件下才能对准闸门缓缓进出于闸室，而航道内沉积的泥沙，只有通过放水，在固定的过水断面内，形成大流量大流速的条件，才能将泥沙冲走从而总结出“静水通航，动水拉沙” 的基本途径沿长江的左右两侧，修建两条独立于主河槽的人工航道，中间布置船闸和冲沙闸，航道靠河内一侧设“防淤堤” 泄水闸和船部署位置定下来以后，电厂就只能是在泄水闸、船闸之间布置了为了防止因电站引水而带来的一些卵石、粗砂过机磨损水轮机叶片等部件问题，通过一系列的研究，采用了导沙、拦沙和底孔排沙等工程措施予以解决上述枢纽布置，使建坝后的主流正对着葛洲坝方向，为了集中在主流方向布置更多的泄水闸孔，而将葛洲坝挖除可以说，运用河势规划理论，使设计工作摆脱了困境，枢纽布置合理，从而有可能全面满足泄洪、排沙、通航和发电要求，而为各个专业部门所认同。

28 年运行实践证明，枢纽运行完全符合设计要求，维护整理工作也均在正常范围以内经采用深挖大齿槽、利用闸后岩石体的抗力，局部打锚固桩等综合措施，解决了在软弱岩基上筑坝的稳定问题；采用一级长消力池的排水护坦，并在其后设加糙墩，打垂直混凝土防淘墙以及设块石、混凝土四面体防冲槽等综合措施，较圆满地解决了大流量的消能防冲以及排沙问题；将 27 孔闸下游设 2 道隔墙分成 3 个区，以及采用上平板下弧形的双扉闸门，可以分区单独和联合开启运用，就一孔而言也可局部或全部开启，为闸底板和消力池护坦的检修和泄水闸的灵活调度运用创造了条件经采用高标号大坝水泥，低水灰比，优质骨料，制成 400 号高强度混凝土，浇于闸室底板、护坦等部位的表层（层厚 0.4 米） ，较好地解决了混凝土抗磨和延长混凝土寿命问题运行以来大量的监测资料表明，二江泄水闸以及电站、通航建筑物的基础变形、外部变形均未超过设计允许值，而且二者的变形规律一致其他如建筑物底部扬压力、渗水量、闸门结构受力条件，水封止水效能等从常年观测资料的反馈信息证实，均在设计允许值以下二江泄水闸闸底板及护坦表面磨损较轻，止水良好无损第三，船闸通航技术除了采用“静水通航，动水冲沙” 这一基本措施外，还需解决上游水流条件复杂，流量稍大时出现泡漩、剪刀水有碍航行，以及控制船队进出口门的纵向、横向流速等通航水力学问题；船闸建筑物本身要满足在短时间内闸室灌满泄空水体时保证闸室内水面平稳的灌泄水技术，和充泄水阀门抗空蚀、抗震等高水头船闸水力学问题；以及超大型的船闸人字门结构及启闭技术等。

从模型试验和自航船模的试验验证，找到了消减泡漩、剪刀水的关键在于南津关航道整治，经将航道口门段以上的岸线挖直平顺后，60000 立方米每秒流量的泡漩强度减弱到相当于 20000 立方米每秒的强度，三江航道可以安全通航2 号船闸采用左右两条输水主廊道，闸室底板上布置三区段纵向、横向支廊道的输泄水系统方式运行实践，2 号船闸一次充水、泄水量达 28.6万立方米，可在 12 分钟内完成充、泄水时闸室内水体平稳，随水体升降的船舶停泊安全；廊道内的充泄水阀门也没有产生有害的水力现象，阀门的振动和气蚀现象不明显船闸人字门单扇门页宽 19.70 米，高 34.0 米，承受的水压力 1 万吨，是当时世界上最大的人字闸门，人字门需要的启闭力和启闭机都是世界上最大的通过研究和试验，解决了结构强度，闸门启闭时门叶刚度和加工制造安装等问题；通过研究，得出了船闸人字门的外阻力曲线和齿轮传动的四连杆启闭机的能力曲线互相适应的结论使启闭机的设计、制造有了可靠的依据根据 28 年的统计资料，船闸运行已 10 多万闸次，除在通航初期发生过一些一般事故外，随着各项设备的进一步调试、缺陷的改进和管理运行水平的提高，1984 年以后达到了正常通航要求，而且超过了设计规定的通航保证率。

28 年来运行情况表明，每年汛后，三江引航道进行 2～3 次冲沙，每次冲沙历时 7～10 小时，可以利用宜昌港到、发船间隙时段进行，基本做到了不断航，辅以少量机械清淤，维护了航道畅通，动水冲沙的效果良好第四，电站厂房的关键技术，主要是立足国内自制低水头大容量的机组和电站引水防沙问题首次研制成功单机容量 17 万千瓦的机组，转轮直径达 11.3 米，4 个叶片，几经试验，最后采用不锈钢叶片，开创我国水轮机叶片用不锈钢材料的先河，制成 2 台安装在二江电站当时制造厂家认为这种机组的安全运行水头只能保证到 23 米，但葛洲坝电站在单独运行期间最大水头为 27 米，为此，又研究制造了 12.5 万千瓦的机组，转轮直径 10.5 米，5 个不锈钢叶片，共安装 19 台经多年运行考验，两种机组均安全可靠，并有相当潜力事实证明，依靠我国自己的力量，只要精心组织，加强科研，精心设计，精心制造，可以生产出先进水平的优良设备为防止厂前淤积和粗砂过机，通过类似情况已运行电站的原型观测和多种模型试验，采用先导后排的措施，28 年来机组运行的实践表明，电站引水防沙无异常情况，机组叶片磨损程度轻微第五，实现胜利截流，安全导流，是施工的关键问题。

高达 5200～7300 立方米每秒的截流流量和高达 86000 立方米每秒的导流流量，必须有足够大的过水出路，并不致太多壅高上游水位，以免恶化本已很困难的截流条件和大流量导流时危及工程安全这是一个与枢纽布置密切联系的问题，也是制约枢纽布置的重要因素按河势规划要求，挖除葛洲坝岛，增加二江泄水闸孔数后，创造了综合解决适应主流、满足泄洪、排沙，减轻导截流困难的条件围堰建成的当年（1981 年 7 月） ，工程经受了 72000 立方米每秒大洪水的考验，一期工程和大江围堰均安全无恙，实现了大江围堰连续 6 年挡水，使工程提前通航发电，提前受益施工中，不断创造的高强度施工技术，将我国水利水电工程的施工水平，推上了一个新的高度土石方的开挖、运输和填筑，混凝土砂石系统、拌和制冷系统和运输起重浇捣系统，均。