克拉斯諾雅爾斯克水電站

克拉斯諾雅爾斯克水電站位於俄羅斯葉尼塞(Енисей)河上游克拉斯諾雅爾斯克市附近。混凝土重力壩，最大壩高124m，壩頂長1175m。水庫面積2000平方公里 ，總庫容733億立方米 ，有效庫容304億立方米 ，為多年調節水庫。

基本介紹

• 中文名：克拉斯諾雅爾斯克水電站
• 地理位置：俄羅斯克拉斯諾雅爾斯克市
• 壩體高度：124m
• 壩體頂長：1175m
• 水庫面積：2000平方公里
• 總庫容：733億立方米
• 有效庫容：304億立方米
• 裝機數量：水電站裝機12台
• 開工時間：1955年
• 截流時間：1963年3月截流
• 首台機組發電：1967年第一台機組發電
• 竣工時間：1972年全部工程建成
• 控制流域面積：28.8萬平方公里
• 蓄水位高程：水庫正常蓄水位高程243m
• 流域氣候：屬大陸性氣候

克拉斯諾雅爾斯克水電站

概　述

電站裝機12台，單機容量50萬kW，總裝機600萬kW，年平均發電量204億kW·h。設有2000t級斜面升船機。工程具有發電、航運和供水等綜合經濟效益。工程於1955年開工，1963年3月截流，1967年第一台機組發電，1972年全部工程建成。 壩址以上控制流域面積28.8萬平方公里 ，多年平均流量2790立方米 /秒，最大實測流量29800立方米 /秒，最小實測流量300立方米 /秒。水庫正常蓄水位高程243m。流域氣候屬大陸性氣候，壩區年平均氣溫-4℃，1月平均氣溫-20℃，7月平均氣溫18.8℃。實測最低氣溫為-53℃，7月最高氣溫達37℃，年平均降水量約400mm。壩址河谷狹窄，兩岸陡峭，水面寬750m。河床和兩岸岸坡為中粒和細粒花崗岩。河床卵礫石層厚1～5m。設計地震烈度為7度。右岸壩段有一條構造帶，還有傾向下游15°～17°的裂隙和厚達2m的破碎帶。

樞紐布置

克拉斯諾雅爾斯克水利樞紐的主要建築物有混凝土重力壩、水電站廠房、斜面升船機、左右岸220kV和500kV開關站等。

2.1 混凝土重力壩

混凝土重力壩最大壩高124m，壩頂長1175m，體積435萬立方米 ，壩頂比設計蓄水位超高5m。比非常洪水位超高4m。壩體為三角形斷面，上游面鉛直，廠房段下游面坡度為1∶0.76，其他部分下游面坡度為1∶0.8。壩體分成各為15m寬的壩段。根據壩基上游面不允許出現拉應力的要求，決定在壩基構造帶內做一楔形混凝土塞，下寬3～5m，上寬15～20m，深15m。溢流壩段布置在河床左岸，設有7個淨寬各為25m的溢流堰。堰頂水深10m在設計蓄水位條件下，其過水能力為12000立方米 /秒。非常洪水位時，宣洩量為14570立方米 /秒。挑流鼻坎可將水流挑射到下游140m以外。水流跌落段的河底，形成深達20～25m的沖刷坑。但其邊緣距大壩約50m，不致影響壩基穩定。溢流壩閘墩寬5m，裝有平板閘門，由兩台起重量各為250t的門機啟閉。 另有6個由導流底孔改成的永久底孔，裝有6m×6m平板滑動檢修閘門，水頭100m，靜力荷載2500t。工作閘門為弧形閘門，尺寸為5m×5m，操作水頭70m。偏心鉸弧形門後，兩側突擴0.5m，底板突跌Δ=0.7m+6.3m=7m。 底孔後面的護坦板長58m，最小厚度1.25m，平均厚約2m，用錨栓嵌固在岩石中。護坦板末端是一道齒牆。齒牆嵌入基岩5～10m，鼻坎高2～4.75m。

克拉斯諾雅爾斯克水電站

2.2　水電站廠房

廠房壩段布置在河床右岸。廠房內裝機12台，每台由兩個進水口引水，兩個進水口皆布置在15m寬的一個壩段內。水輪機額定出力50.8萬kW，最大水頭100.5m，設計水頭93m，最小水頭75m。水輪機過流量615立方米 /秒，轉輪直徑7.5m，轉輪重240t，額定轉速93.8r/min，最高保證效率94%。發電機為傘型，頻率50Hz，最大出力58.8萬kW，功率因素0.85，電壓15.75kV，飛逸轉速180r/min，轉子直徑16.1m，轉子重884t，定子水內冷，最高效率98.2%。設有8m×10.5m平板滑動閘門並由液壓啟閉機操縱。第一批投入運行的4台機組進水口底檻高程比其餘機組進水底檻高程低13m。

2.3　斜面升船機

斜面升船機布置在左岸，緊靠水邊線。在上下游斜坡道接頭處，即混凝土非溢流壩與岸邊聯接區，設承船箱轉向設備和錯船線。上下游斜坡道中心線平面夾角為142°23′。 斜坡道總長1600m，其中轉向設備長107m。從轉向設備中心算起，上游坡長353m，下游坡長1240m，斜坡道坡度1∶10，坡道上鋪設齒軌，軌距9m。 承船廂為焊接鋼結構，裝在斜形桁架上，沿斜坡道移動時，船底始終保持水平狀態。承船廂尺寸為107m×24m，有效尺寸90m(長)×18m(寬)，船箱水深為3.3m，船箱包括水重和一艘排水量2000t的船隻，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。 承船廂由78個平衡車架液壓支承，為使承船廂可靠地移動和制動，採用與齒軌咬合的液壓驅動導向輪，平衡車架共有156個液壓驅動馬達，每個扭距為30kN/m。液壓馬達工作液體由16個軸向活塞電動泵泵送，泵送量為3600L/min。船箱上升速度為80m/min，下降速度為60m/min，制動加速度0.008m/s2 ，往返一次為93min。 轉向設備長107m，寬12m，重2000t，荷載由中心支架傳遞，其支承力為70000kN。轉向設備轉動所用的液壓驅動馬達和液壓泵與承船箱相同。 升船機一個航期單向通過能力為260萬t。第二個船箱投入運行後，通過能力可增至350萬t。 升船機機械設備和金屬結構安裝工程量：斜坡道1750t；轉向設備2380t；船箱及設備4800t；總計8930t。

工程施工

工程量

土石方2645.4萬立方米 ，混凝土596.1萬立方米 ，其中主壩435萬立方米 ，金屬結構10.5萬t。 施工採用分期導流。一期為明渠導流；二期為壩體梳齒孔結合底孔導流。共設18個6m×12m底孔。先將偶數壩段澆到河水位以上高程，奇數壩段則澆到底孔底板高程，封閉梳齒時，留下底孔。導流後，有10底孔用混凝土堵塞；8個底孔改建為進口6m×6m，出口5m×5m的永久泄水底孔。 1963年3月截流，設計截流流量500立方米 /秒，實測流量540立方米 /秒，龍口寬度43m，最大落差1.47m，最大流速2.6m/s，拋料為塊石和10t以下的混凝土塊體。截流採取立堵端進，兩岸並進，適逢最枯水，截流工期縮短。運料採用10～25t自卸卡車和推土機，最大拋投強度1300立方米 /h，截流耗時6.5h。 廠房壩段和左岸非溢流壩段採用綜合分塊，大壩下部用柱狀分塊，塊高6～20m，以後用2m厚的鋼筋混凝土板將各柱狀塊封蓋連線起來再進行通倉澆築，大壩其餘部分用柱狀澆築分塊。 柱狀塊垂直壩軸線尺寸大部分為11.5m，順壩軸線方向為7.5、9、11m和15m。通倉塊寬15m，其長度等於壩斷面寬度。柱狀澆築塊在靠近基岩和基礎處理區，一般先澆1～1.5m厚，然後澆築厚度為3m，通倉澆築層厚1～1.5m。 (1)混凝土配料與拌和　為了節省水泥，減小溫度收縮應力，大壩各部位採用分區澆築，採用不同標號的混凝土，由於壩區氣候嚴寒，無冰凍期僅112d，要求混凝土具有高強度、防滲、抗空蝕、抗凍與抗裂等特性。 抗凍混凝土和高標號混凝土採用矽酸鹽水泥(限制熟料中C 3 S的含量為47%～58%和C 3 A的含量為6%～6.5%）。內部混凝土用礦渣矽酸鹽水泥，礦渣含量達35%～45%。礦渣矽酸鹽水泥用量占全部水泥量的57%。 砂子細度模數為2.3～2.9。粗骨料最大粒徑為80～110mm。抗凍混凝土和高標號混凝土採用花崗岩碎石作粗骨料。 建立了統一集中的高度機械化混凝土作業系統，其中包括：一個機械化碼頭和設有皮帶系統的各種倉庫、一個間歇式混凝土工廠、一個連續作業混凝土工廠。 間歇式混凝土工廠由3部分組成，每部分有兩台混凝土攪拌機，每台1200L，可同時生產3種標號的混凝土。連續作業混凝土工廠由兩條完全相同的工藝線組成，因此，能同時生產兩種標號的混凝土。間歇式的混凝土工廠用於拌制高標號和特種標號的混凝土。生產能力較高的連續性作業混凝土工廠，用於拌制大壩內部混凝土。 為了降低混凝土拌和物的出廠溫度，間歇式的混凝土工廠用冰屑代替部分拌和水，連續作業工廠用預冷粗骨料，運?工廠的拌和水都由製冷廠冷到0.5～2℃。 (2)混凝土運輸與澆築。絕大部分混凝土(93.5%)是用各種起吊機械澆築的，工程現場有22台КБГС-101M型塔式起重機和2台КБГС-450型塔式起重機。前者月生產能力為每台1.14萬立方米 。 為了提高混凝土澆築機械的生產能力，施工中曾研究並採取過一系列措施，如立模工作廣泛採用3t起重量的汽車起重機(可由КБГС-101M型塔式起重機吊移)；冬季澆築時，普遍採用了可拆卸式暖棚；採用6～9m高的澆築塊，可減少勞工力4.36萬人天。 混凝土最大月澆築量為23.2萬立方米 ，最高年澆築強度達135.91萬立方米 (1966)，最大日澆築強度為12000立方米 。高峰年人數13379人，其中工人11081人。混凝土振搗主要用N-86型和C-826型振搗器。在11.5m×15m的澆築塊上，混凝土鋪築厚度0.25～0.3m，坍落度1～3cm，用4台振搗器振搗。 (3)混凝土溫度控制　溫度控制要求基礎混凝土澆築塊(距壩基面2m)最大溫升不得超過28℃；基礎混凝土以上每增高1m，允許混凝土澆築塊的最大溫升為28+3℃，但總和不得高於40℃；混凝土澆築塊內外溫差不應超過23℃；混凝土與冷卻水之間的溫差不應超過20℃；澆築間歇時間超過30晝夜，應按基礎混凝土要求澆築。滿足以上要求採取的措施有：採用中熱水泥，28d水化熱為270.328～288.696kJ/g；採用低流態混凝土，摻塑化劑和加氣劑，坍落度為1～3cm；夏季混凝土拌和溫度為18～20℃；靠近基礎部位，澆築塊厚度限制為1～2m；柱狀澆築塊的混凝土用水管冷卻；每年9月份開始對所有混凝土的外露表面採用保溫板，模板的導熱系統為2.246kJ/(h·㎡ ·k)，靠近基礎部位的模板導熱系統為1.6736kJ/(h·㎡ ·k)；夏天加強混凝土噴水養護。

克拉斯諾雅爾斯克水電站

其他工程

工程技術措施和運行觀測 (1)為了降低重力壩的揚壓力，壩基設有減壓廊道和兩排深30～40m排水孔，壩底帷幕灌漿深達60m。這樣可改善上游壩基應力狀態，縮減大壩本身混凝土量。減壓廊道還可供灌漿和水庫充水時導流(溢流壩段)之用。 (2)溢流壩的溢流面設有摻氣坎，可簡化迎水面結構，不需將溢流堰首部向上游突出，消除溢流面的真空和空蝕現象，大大簡化溢流面模板結構。 (3)沿壩體溫度縫布置施工導流底孔，與壩體底孔布置方案比較，可使底孔簡化，改善大壩應力狀態。 (4)水輪機引水用兩根直徑各為7.5m鋼管，在進入蝸殼前再用一岔管連線合成單根直徑為9.3m的輸水管。鋼管順壩下游坡面鋪設，外包鋼筋混凝土，在與電站廠房聯結處，採用閉合管節，代替伸縮管節。雙輸水管方案優點：減少特種鋼用量，改善廠房壩段上部結構；輸水管安裝與大壩混凝土施工互不干擾，且不受水庫充水影響；輸水管管節採用懸吊裝配法，不受施工影響，加快安裝進度；與壩內布置管方案比較，可簡化土建安裝工程，減少一期混凝土工程量，節約投資。 (5)大壩混凝土施工採用塔式起重機無棧橋施工法：將起重機安裝在下游柱狀塊旁進行澆築，隨著澆築塊上升，再藉助滑車、索具和臨時支撐，使起重機自行升高，一直澆到設計高程。解決了大體積混凝土工程不設專用混凝土棧橋施工的問題。 (6)多年觀測證實，表征建築物狀態的各項參數都在設計範圍之內。大壩及其基礎處於彈性受力狀態。最大沉陷量為32mm，壩頂向下游傾斜最大值為23mm，季節變化平均為7～8mm。壩頂位移實測值與設計值完全一致。大壩斷面傾角隨上游水位變化而變化，彼此協調。