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碧口水電站

白龍江梯級開發的第一座大型工程

碧口水電站位於甘肅省文縣碧口鎮嘉陵江支流白龍江上,是白龍江梯級開發的第一座大型工程,以發電為主,兼有防洪、航運、養殖和灌溉等綜合效益。碧口壩址控制白龍江流域面積2.601萬平方公里,占其全流域面積的81.4%。樞紐工程按500年一遇洪水標準設計,5000年一遇洪水標準校核。該樞紐是中國首次在大泄量的溢洪道上採用彎道布置。碧口水電站總裝機容量30萬千瓦,年發電量14.63億千瓦·時,通過3條220千伏和2條110千伏輸電線路送電陝西、四川、甘肅,是聯結西南和西北兩大電網的樞紐,在電網中承擔調峰和事故備用的作用。

水電站簡介


碧口水電站
碧口水電站
碧口水電站建在甘肅文縣白龍江,控制流域面積26000平方公 里。多年平均流量 275立方米/秒,設計洪水流量7630立方米/秒。總庫容為5.21億立方米,設計灌溉面積0.89萬畝,裝機三台,總容量30萬千瓦。
主壩壩型為壤土心牆土石壩。最大壩高 101 米,壩頂長度297米,壩基岩石為干枚岩和凝灰岩。
壩體工程量424.1萬立方米,主要泄洪方式溢洪道和隧洞。

水電站介紹


綜述
碧口水電站位於中國甘肅文縣、嘉陵江支流白龍江上,距昭化公路里程約105km。壤土心牆土石混合壩,最大壩高101.8m,校核洪水位時水庫總庫容5.21億立方米,裝機容量30萬kW,保證出力7.8萬kW,多年平均發電量14.63億kW.h。以發電為主,兼有防洪、灌溉、過木等效益。1969年5月開工,1976年3月第1台機組發電,1997年6月竣工。
壩址基岩為絹雲母石英千枚岩和變質凝灰岩。河床寬120m,覆蓋層一般厚25m,最厚34m。
流量
壩址以上流域面積2.6萬平方公里,多年平均流量225立方米/s,年徑流量86.72億立方米,實測最大洪水流量3260立方米/s,調查歷史最大洪水流量5810立方米/s,多年平均懸移質輸沙量2460萬t,多年平均含沙量2.64kg/立方米,實測最大含沙量227kg/立方米。工程按500年一遇洪水流量7630立方米/s設計,相應庫水位703.3m;按5000年一遇洪水流量9950立方米/s校核,相應庫水位708.8m;相應庫容5.21億立方米,水庫正常蓄水位704立方米,相應庫容4.5億立方米;死水位685m,相應庫容2.29億立方米;調節庫容2.21億立方米;水庫汛期限制水位695m,防洪庫容1.91億立方米。水庫淹沒耕地312平方公里,遷移人口2366人。
規模
碧口水電站位於甘肅省文縣,是開發嘉陵江支流白龍江的一項以發電為主的綜合利用水電工程。電站裝機容量30萬kW,保證出力7.8萬kW,年發電量14.63億kWh。水庫建成后,可引水灌溉下游農田8860畝;嘉陵江的航運條件也得到相應的改善。碧口水電站壩址以上流域面積26000平方公里, 多年平均年徑流量90億立方米。水庫總容量5.21億立方米,調節庫容2.21億立方米。電站設計水頭73m,最大水頭86.2m,最小水頭57.5m。
壤土心牆土石混合壩
碧口水電站
碧口水電站
由於庫容小、泄洪量大、透水基礎深及地質條件差等條件,樞紐布 置比較複雜。採用壤土心牆土石混合壩,最大壩高101.8m,壩體填築總量397.8萬立方米。壩基為絹英千枚岩和變質凝灰岩,上覆蓋25~34m深的卵礫石層。壩體設有寬1.3m、深41m及寬0.8m、最大深度68.5m兩道混凝土防滲牆。泄洪建築物有岸邊開敞式溢洪道及右、左岸泄洪隧洞和左岸排砂洞。木材過壩設施設於右岸,長420m,年過壩量50萬立方米,現已停止使用。0左岸設引水式岸邊地麵廠房,引水隧洞洞徑10.5m,調壓井是與快速閘門井相結合的地下阻抗式長方形鋼筋混凝土豎井,最大蓄水容積為30000立方米。廠房安裝3台單機容量10萬kW發電機組。
定向爆破截流
碧口水電站工程根據地形特點,採用圍堰一次斷流,導流洞導流,並利用左岸山高坡陡的有利條件,成功地使用了定向爆破截流。在調壓井開挖中,用赤子投影法計算、分析圍岩穩定,自上而下分段開挖、分段襯砌、減少井壁暴露時間與範圍,對局部不穩定岩體,採用錨噴支護等方法。在壩體填築施工中,採用心牆土料與反濾料平起填築的方法,實現了挖、運、填、壓聯合機械化作業,最大年填築量達166.6萬立方米。壩殼填石採用薄層填築,振動碾壓,堆石體容重達2.26噸/ 立方米。工程由西北勘測設計院設計,集團公司水電五局施工。1969年開工,1976年3月第一台機組發電,1977年竣工。

樞紐布置


樞紐主要由攔河壩、泄洪隧洞、排沙洞、過木道,灌溉引水隧洞及發電廠房等組成。
攔河壩為壤土心牆土石混合壩,壩頂長297.36m,寬8m。壩頂上設置"L"形鋼筋混凝土防浪牆。心牆由重、中粉質壤土與粉質粘土填築;壩殼由砂石礫石填築;心牆與壩殼之間,上下游兩側均設置反濾層。壩基河床砂礫石沖積層採用1.3m厚的防滲牆,最大牆深41m,頂部插入壤土心牆,底部嵌入基岩。防滲牆下基岩透水性較大的局部地段,採用孔距為4m的單排帷幕灌漿。為了補救大壩填築質量不好產生的隱患,在653m高程以下,壩軸線下游12m處又增設了一道厚0.8m的防滲牆,最大牆深68.5m。
全景
全景
泄洪建築包括右岸溢洪道和左、右岸泄洪洞。溢洪道為岸邊 單孔開敞式,最大泄量2310立方米/s,孔口尺寸寬15m,高16m,堰頂高程691m。泄水槽長288.601m,寬15m,由縱坡0.01的緩坡彎道段和縱坡0.355的陡坡段組成。下游採用挑流消能,單寬流量145立方米/(s洠),最大流速39m/s。溢洪道全長392.84m。
右岸泄洪洞由導流洞改建而成,由進水塔、斜井段、反弧段、緩平段和消能挑流鼻坎組成,全長602.741m。上游段為改建的龍抬頭式,斷面尺寸10.0m×11.5m;下游緩平段是與導流洞的結合段,斷面尺寸13.0m×11.5m,水流為明流;最大平均流速35.7m/s;出口為傾斜式擴散扭曲斜鼻坎,由原導流洞水平段改建而成。最大泄洪流量2290立方米/s。
左岸泄洪洞全長856.671m,由進水塔、有壓段、無壓段和消能挑流鼻坎組成。有壓段為圓形斷面,洞徑10.5m;無壓段為城門形,斷面尺寸10m×12m。最大泄洪流量1710立方米/s,最大流速34m/s。
排沙洞進口緊靠電站進水口左側。進水口底板高程636.152m,比電站進水口底板低25m。全長685m,由進口段、檢修閘門井、有壓段,工作閘門室,明流段和消能挑流鼻坎組成。弧形工作閘門尺寸4.0m×3.15m,工作水頭70m。有壓段為圓形斷面,洞徑4.4m;明流段的前部為城門形,斷面尺寸5.0m×4.8m,後部為渠槽式。最大泄洪量300立方米/s。排沙洞對排除進水口前泥沙和異重流排沙效果均很明顯。據1979~1984年的實測資料,年平均排沙比為30%~40%,最大達64%。
灌溉引水管的進水口置於溢洪道引渠入口底板之下,底部高程682.6m,管道全長1400m,管徑0.8m,引水流量1立方米/s,灌溉面積590公頃。
過木道採用縱向原木聯合運輸機,布置在大壩右端。首部建築物坐落在壩體上游坡面上,過壩頂經下游壩面沿右岸山坡入河,出口處距電站尾水渠末端約100m。3條聯合運輸機並列呈直線布置,中心距6m,各長420.2m。每條由上游2台沉浮式、壩頂1台轉動固定式和下游1台固定式傳動裝置,通過鏈條滾輪聯動,設計年過木能力為50萬立方米。但現已停用。
左岸發電引水建築物包括進水口、引水隧洞、調壓井和壓力管道。進水口為岸塔式,底板高程661m,由攔污柵段、檢修閘門井及其連通段組成。攔污柵分6孔,過柵后合而為一。引水隧洞全長444.2m,由漸變段、主洞、叉管和支洞組成。主洞長356.1m,洞徑10.5m,最大引水流量480立方米/s,最大流速5.6m/s。調壓井開挖尺寸長46.7m,寬12m,高79.25m,是和快速閘門井相結合的地下阻抗式鋼筋混凝土建築物。對應3條引水支洞,從調壓井引出3條壓力管道,洞徑6m,鋼筋混凝土襯砌。
地麵廠房位於壩后左岸,主廠房長83m、寬20m,高46.82m,內裝3台單機容量10萬kW的水輪發電機組。水輪機為HL702-LJ-410型,轉輪直徑4.1m,額定轉速150r/min。設計水頭73m,最大水頭86.2m,最小水頭57.5m,單機最大引用流量160立方米/s。發電機為Ts854/210-40懸式空冷型,額定電壓13.8kV。220kV和110kV開關站設在下游尾水渠右岸台地上,副廠房在主廠房右側。

工程施工


碧口水電站主體工程量:土石方明挖342萬立方米,石方洞挖47.62萬立方米,土石方填築440萬立方米,混凝土澆築54.1萬立方米,金屬結構安裝9515t。最高年填築強度150萬立方米,填築工期5年。
採用隧洞導流。土石壩施工時用振動碾碾壓。地下洞室軟弱圍岩使用噴錨支護。
左岸泄洪隧洞施工時發生冒頂性大塌方,地面形成漏斗,塌方高度一般為60m,最大高度100m,塌方體積達4萬立方米。處理措施包括:塌方體固結灌漿;邊牆和頂拱開挖及時襯砌;核心岩體開挖后對底板進行襯砌;回填灌漿和圍岩固結灌漿。總計耗用水泥2000t,鋼材500t,鋼筋混凝土近1000立方米,斷續歷時達5~6年之久。