构皮滩水电站是国家“十五”计划重点工程、是
贵州省实施“
西电东送”战略的标志性工程,是贵州省、
中国华电集团公司已建成最大的水电站。
工程概况
电站于2003年11月8日正式开工,2004年11月16日大江截流,2009年7月31日首台机组(5#)投产发电,2009年12年29日实现国产大型机组一年五投的伟大壮举。
电站枢纽由高225m的混凝土
双曲拱坝、右岸
地下式厂房、坝身表中孔泄洪及左岸泄洪洞等建筑物组成。导流工程由左岸2条
导流洞、右岸1条导流洞组成。工程总投资138亿元。电站由水利部
长江水利委员会长江勘测规划设计研究院设计。
中国水利水电第八工程局有限公司和中国水利水电第九工程局组成的八、九联营体承担拦河大坝施工任务。
建设历史
1956年,国家电力工业部成都水力发电设计院对乌江流域进行综合性查勘,完成《乌江流域普查报告》《乌江流域复勘报告》。国家开始对乌江流域水电开发纳入议事日程,正式开启了开发乌江的宏伟梦想。
1956年至1958年间,长江水利委员会、国家能源部、国家地矿部会同贵州省计划委员会、水电厅、交通厅两次组织专家、学者对乌江流域进行综合察勘,设计乌江流域梯级开发初步方案,拟建11个梯级电站,将构皮滩电站列为第七个电站。构皮滩水电站位于贵州省余庆县境内乌江干流上,距上游乌江渡水电站137公里,距下游思林水电站89公里,为乌江干流梯级开发第五级。
1960年至1966年,长江水利委员会派工作队对构皮滩进行前期地面调查,勘测大乌江坝址至梁家渡地貌情况。
1973年,国家水利电力部第八工程局勘测设计院提交的《乌江干流(贵州部分)规划报告》中,提出乌江干流(贵州境内)梯级电站9级开发方案,构皮滩(630米)列为其中第4级。
1981年,长江水利委员会正式在构皮滩设置勘测机构-——长江流域规划办公室构皮滩工区,在余庆县城设办事处。工区有来自全国各地的工程技术人员30余人,主要从事地貌调查、选点、规划工作。
1985年6月,国家水利电力部下达任务由水利水电建设总局、国家长开办和贵阳院配合开展乌江干流水电规划工作。
1986年,水利专家最终确定电站坝址于构皮滩,勘测、规划、设计、研究工作随即全面铺开。
1991年6月21日至30日,国家水利水电规划设计总院会同贵州省计划委员会在贵阳召开乌江构皮滩水利枢纽可行性研究报告审查会议,初步确定工程的主要任务是发电,其次是航运并兼顾防洪等综合利用,枢纽工程最大坝高225米,装机200万千瓦,年发电量88.3亿千瓦时。10月21日,国家能源部正式批复乌江构皮滩水电站枢纽可行性研究报告。
1993年2月6日,国务院批准了《西南和华南部分省区区域规划纲要》,明确将构皮滩水电站列为近期项目。
2000年8月,贵州省与广东省签订“黔电送粤”协议,贵州省将构皮滩水电站列为本省“黔电送粤”的标志性工程。
2001年11月,长江水利委员会提出《乌江构皮滩水电站可行性研究报告》(等同于原初步设计报告)。同年12月,中国水电顾问有限责任公司主持召开可行性研究报告审查会,审查同意构皮滩水电站枢纽正常蓄水位630米,装机容量300万千瓦,年发电量96.67亿千瓦时,总工期9年2个月,工程静态总投资138.42亿元。11月28日,构皮滩水电站前期工程—左岸进场公路(箐口至构皮滩工区)开工典礼在箐口举行。
2002年5月20日,第一批电站移民迁出施工区,到6月25日,仅用36天时间,将涉及施工区的230户1018人全部搬出,保证了构皮滩水电站导流洞和坝肩如期开挖。7月,构皮滩水电站导流洞开挖。
2004年6月18日,构皮滩水电站乌江大桥正式通车,为工程全面建设提供交通保障。9月8日,构皮滩水电站大坝工程标、水垫塘工程标开工,两个工程标分别由“八九”联营体、江南公司承建;11月16日,构皮滩水电站实现大江截流。
2005年10月17日,构皮滩水电站大坝混凝土开始浇筑。
2006年6月16日,构皮滩水电站厂房混凝土开始浇筑。
2007年5月10日,构皮滩水电站5#机涡开始挂装;8月10日,正式成立构皮滩发电厂。
2008年7月,施秉至广东500千伏交流输变工程建成,黔电送粤能力达到840万千瓦。11月28日上午九时,两扇分别重212吨的闸门同时稳稳落入门槽底端,顺利就位,构皮滩水电站大坝胜利下闸蓄水。
2009年5月,构皮滩水电站导流洞永久堵头浇灌成功,不久,水库蓄水成功;7月31日,构皮滩水电站首台60万千瓦机组正式发电投产;8月21日,构皮滩水电站第二台机组发电;11月22日,第三台机组发电;12月22日,第四台机组发电; 12月,构皮滩水电站大坝浇筑至640.5米坝顶高程; 12月29日,构皮滩水电站五台机组全部投运,实现了国产大型机组“一年五投”的工程壮举。
2011年12月,构皮滩水电站工程全面完建。
通航工程
2021年6月22日,随着500吨级“航电1号”货船顺利通过三级升船机,标志着乌江构皮滩水电站通航工程完成全线集控过标船测试,正式投入试运行。
通航工程于2012年全程开工建设,历时10年完成了施工任务,是世界上通航水头最高、第二级单级提升高度最高、第一级和第三级主提升设备规模最大的通航建筑物。
通航工程三级垂直升船机最大提升高度分别为47米、127米和79米,最高通航水头199米,设计代表船型为500吨级机动驳。
2021年11月17日,14艘满载磷矿石的船队抵达构皮滩水电站,正排队通过大坝,前往重庆涪陵。
乌江
贵州第一大江,为
长江上游南岸最大支流,发源于
乌蒙山东麓。她是一条历史的江,她是一条红色的江,她在中国革命的历史上写曾经留下过辉煌的一页。
乌江全长1037公里,横贯贵州中部 ,在贵州东北部出境,入重庆市,于
涪陵区汇入长江。其中,贵州境内802公里,贵州、重庆界河段72 公里,重庆境内163公里。干流总落差达到2124m,平均径流量达到534亿m3,接近
黄河的流量,是水能集中的水电富矿,为我国十二大水电基地之一。
根据1989年国家批准的《乌江干流规划报告》,乌江干流可兴建11座大中型水电站,依次为北源
六冲河上的洪家渡水电站,南源
三岔河上的
普定、
引子渡水电站,干流上的东风、索风营、
乌江渡、
构皮滩、思林、沙沱、彭水、大
溪口等水电站。除彭水和大溪口(三峡电站兴建后取消)外,其于电站均在贵州境内。
设计特点
构皮滩水电站是贵州省
西电东送的标志性工程,在峡谷地区、
岩溶系统、高200m以上薄拱坝,大流量泄洪消能设计,大型地下厂房洞室群,穿过
软岩的大口经
导流隧洞以及高70多m的RCC围堰等方面颇具挑战性。
构皮滩拱坝坝基主要地质缺陷为坝基和坝肩分布有与岩层走向基本平行的层间错动、
溶蚀带,以及一些
喀斯特溶洞,坝肩岩体
压缩变形条件差。为此,在拱坝持力范围内将对
拱坝应力、变形及渗控要求有较大影响的岩溶洞穴进行回填混凝土处理,对层间错动带采用平洞与斜井交叉设置的格构状置换处理方案,从而使坝体应力基本呈对称分布,拱端应力趋于均匀,
塑性区改善,拱坝超载能力提高,整体安全度确有保障。
经过整体模型试验、三维有限元计算和坝踵裂缝稳定性分析研究,对拱坝体形和拱端嵌入岩体深度作了多次优化,为适应地形地质条件,便于泄洪建筑物的布置,拱坝选定抛物线平面拱圈型式。坝顶部厚度10.25m,拱冠梁底厚50.28m,拱端最大厚度58.62m,厚高比0.216,拱圈最大中心角88.070。坝体混凝土量316万m3。
构皮滩水电站上、下游
最大水头差150m,大坝设计、校核泄洪量分别达24016m3/s和28807m3/s,泄洪功率分别达34940MW和41690MW左右,这在国内外均处于领先;加之河谷狭窄,地形地质条件复杂,消能区尾部及下游两岸与河床为
粘土岩等
软岩,泄洪与消能防冲设计难度较大。通过对泄洪布置、消能效果及工程量等多方面综合比较,确定采用6个表孔和7个中孔泄洪,坝下设置
水垫塘消能布置方案。
泄洪表孔堰顶高程617m,孔口尺寸12mX15m,装设
弧形闸门。泄洪中孔进、出口均为
有压流型式,为了分散入塘水流落点,出口分为上挑压板型和平底型两种。孔口尺寸为6mX7m。
为增加泄洪的安全余度,在左岸设一条辅助泄洪洞,分流最大泄量为3100立方米/秒,采用有压进水口接明流隧洞型式直线布置,全长545m。隧洞断面为城门洞型,尺寸为11mX17m--11mX13m,底板纵坡8%,洞内最大流速约43m/s。
在大坝490m高程设置2孔放空底孔,孔口尺寸采用4mX6m。
水垫塘是坝身泄洪水流的主要消能区,其底板高程412m,长303m,底宽70m。为满足抗浮要求,水垫塘底板布置
锚筋,两侧
护坡也用锚筋锚固。设置
二道坝的主要作用是稳定水跃和阻挡回沙,并为
水垫塘检修提供一定条件,其顶高程为441m。为充分保护水垫塘的安全,二道坝下游设置了长约70m的防冲
护坦段。
地下厂房位于右岸地下洞室群内,主厂房、主变洞、
调压室3大洞室平行布置。电站建筑物穿越的地层中,
二迭系吴家坪组(P2w)、
茅口组(P1m)、
栖霞组(P1q)灰岩为I--II类围岩,
梁山组(P1L)、
志留系韩家店组(S2h)
粘土岩为V类围岩,其它为III--IV类围岩。
主厂房洞室开挖尺寸:长230.45m,宽27m,高75.32m。厂房内布置5台单机容量600MW的
水轮发电机组。主变洞断面型式为城门洞型,开挖尺寸:长178.27m,宽15.8m,高18.94m。洞室内装有5台单相双卷强油循环水冷
升压变压器,
额定容量为223MVA。
尾水隧洞由两部分组成:在
调压室前采用一机一洞平行布置形式,断面采用城门洞型,尺寸10X14.5m;调压室后采用两机一洞与一机一洞联合布置方式,其中1#、2#机与3#、4#机分别共一尾水洞,采用圆形断面,直经14.2m;5#机为单机单洞,直径10m。尾水隧洞段布置有调压室,在482m高程以下为三个相互独立的矩形调压井以对应下游三条尾水洞;在482m以上连通成为闸门廊道,其顶高程514m,宽19.7m,长172.5m。
采用河床围堰一次断流,
隧洞导流,主体建筑物全年施工,导流标准为10年一遇,洪水流量13500 m3/s。利用构皮滩上游
乌江渡等水电站在6--7月预留5.5亿m3防洪库容,可使频率10%全年洪水降低为10930 m3/s,从而降低
导流隧洞和上下游
围堰的规模。导流隧洞在左岸布置两条(按高、低洞布置),右岸布置一条(低洞),进口底板高程分别为450m和430m。断面采用平底马蹄型,尺寸为15.6mX17.7m,单条隧洞
过流断面净面积235.5㎡。左岸导流隧洞长度分别为888m(低洞)和673m(高洞),右岸导流隧洞长度为918m。
上游RCC重力式围堰堰顶高程484.6m,堰顶宽8.5m,最大堰高约72.6m,堰基岩体进行全线防渗
帷幕灌浆处理,深度至岩体
透水率小于5Lu处以下3m。下游RCC围堰建于二道坝上,堰顶
高程464.6m,顶宽8m,最大堰高56.6m,防渗帷幕与二道坝帷幕结合。
价值意义
构皮滩电站是贵州省历史上最大的水电站,总装机容量300万KW,超过长江上的葛洲坝电站。具有多年水电开发经验的构皮滩电站建设公司副总工程师雷辉光告诉记者:“这样大规模的水电建设,在过去不引进国外的先进设备,是难以想像的。但构皮滩电站却实现了水电站机组全部国产化。”
据了解,构皮滩水电站机组是我国通过
三峡工程建设引进、吸收国际先进发电机设备制造技术后,自行设计、制造的特大型机组,每台机组垂直高度近25层楼高,安装各种机械、电气配件10万件,重4000t,最大的配件———发电机转轮1200t,各种管道40000多m、电缆总数30000多m,其中1号—5号水轮机由
哈尔滨电机厂有限责任公司生产,1号—3号发电机由
天津阿尔斯通水电设备有限公司生产,4号、5号发电机由
东方电机股份有限公司生产。
电站从2003年11月8日正式开工,到2009年7月31日首台机发电,建设时间之短令国外同行侧目。雷辉光介绍,在如此短的时间内,用国产机组建这样一座大坝,彰显的就是中国力量。
据了解,贵州省电力总装机容量将达到3000万KW,相当于两座三峡电站。届时,可形成向广东输送5条交流、2条直送电网路。
建设规模
构皮滩水电站通航建筑物为Ⅳ级建筑物,采用三级
垂直升船机方案,主要由上下游引航道、三级垂直升船机和两级中间渠道组成,线路总长2306m,年单向设计通过能力为142.1万吨,工程概算投资29.5亿元。该工程是当今世界通航水头最高、单级提升高度最大、主提升设备规模最大的通航建筑物。
它还是国内外首座采用三级升船机方案的通航建筑物、世界上水位变幅最大的通航建筑物,同时,构皮滩电站也是国内外首次采用隧洞穿越山体方案。
所获荣誉
2024年10月,贵州构皮滩水电站工程获得
第二十届中国土木工程詹天佑奖。