伊泰普水电站.doc

伊泰普水电站 Itaipu Hydropower Station 概述伊泰普水电站是目前世界上已建成的规模最大的水电站，由巴西和巴拉圭两国共同兴建。伊泰普水电站位于巴拉那(Parana)河干流巴西和巴拉圭两国的边界河段上，装有单机容量70万kW的水轮发电机组18台，总装机容量1260万kW，年发电量750亿kWh，主坝为双支墩坝，最大坝高196m。除发电外，伊泰普水电站还具有防洪、航运、渔业、旅游及生态改善等综合效益。工程于1975年10月开工，1984年5月开始发电，1991年5月装完18台机组，总工期16年。枢纽布置从右至左岸各建筑物依次为：右岸土坝、溢洪道、右岸混凝土翼坝、主坝、左岸堆石坝、左岸土坝。地面厂房位于主坝下游，导流明渠及导流坝段位于主坝左侧。伊泰普大坝全长7760m，坝顶高程225m。各分段长度为：右岸土坝872m，溢洪道390m，右翼坝986m，主坝(含左翼坝)1064m，导流段170m，左岸堆石坝1984m，左岸土坝2294m。另在右土坝西北3km附近还有个小副坝，用以封堵垭口。主坝：河床段主坝为混凝土双支墩空心重力坝，主坝与左岸单支墩翼坝的混凝土总量为520万m3。共18个坝段，每段宽34m，坝高100196m。双支墩坝由上游的大头、两个支墩和下游面板组成，每一坝段均为独立的悬臂结构。由于设置进水口等，减轻了坝体重量，上下游坝坡比一般支墩坝稍缓，底宽相应较大。溢洪道：溢洪道位于右岸，其控制闸首全宽355m，混凝土量79.1万m3，堰顶高程200m，包括连接建筑物总宽390m。整个溢洪道分左中右3个泄槽，共14孔，其下部为连续式挑流鼻坎。左泄槽采用较大的鼻坎挑角，是为了使水舌正好落入河床深处，以减少对左岸的冲刷，水舌挑射距离超过80m，冲坑深度达高程60m，坎角设置阶梯护坦板以保护基脚。左泄槽只分两段，前面约40m的坡度为2，后面为14.94。中泄槽分为4段，前面70m坡度为2，接着80m长为12.68，再下去曲线段长70m，曲率半径600m，以下坡度均为17.63。右泄槽的中部由三段组成，第一段长约100m，坡度2，交通洞设于其下；第二段为曲线段，长约100m，曲线半径650m；第三段长约200m，坡度为17.63，流速很高，掺气槽设在该段。泄槽表面混凝土厚1m，由2层组成，每层厚50cm，内部的钢筋网分上、下两层布置，层间距离10cm。溢洪道的14个孔口各有一扇宽20m、高21.34m、重280t的弧形闸门，闸门圆弧半径为20m，门铰高程为209.5m。当水库在正常高水位220m高程时，溢洪道泄洪量为50000m3/s；当水位在最高洪水位223m高程时，最大泄洪量为62230m3/s。溢洪道最大单宽流量为180m3/s左右。右岸混凝土翼坝：右岸混凝土翼坝起着连接主坝及溢洪道的作用，总长986m，最大高度64.5m，混凝土总量77.5万m3。翼坝轴线为一曲线，由两段圆弧组成，曲率半径分别为765m和247m。坝型为单支墩重力坝，分有58个坝段，坝头宽17m，上、下游面坝坡为10.58和10.46。左、右岸土坝：左岸和右岸土坝为均质土坝，与其它坝段连接部位为土石混合坝。右岸土坝长872m，最大高度25m，填筑量40万m3；左岸土坝长2294m，最大高度30m，填筑量420万m3，坝顶宽均为12m。右岸土坝分为2段，第一段为坝肩部分，高度10m以下，长度约750m，上、下游坝坡均为13，坝体下游设有烟囱式排水系统，由宽2m的垂直反滤层和厚1m的水平反滤层组成。第二段为土坝和混凝土结构的连接段，长约100m，剖面分为四个部分，上游面为混凝土导墙，往下为上游土体，中间为防渗土体，下游为堆石体，防渗土体和堆石体之间设有反滤过渡层，下游坝坡11.8。左岸土坝分3段：第一段高度10m以下，长1360m，其结构和右岸相似，反滤层的砂子为粗碎回收的细砂。第二段高度10m以上，长度约630m，上、下游坝坡均为13.5，心墙下游也设有烟囱式排水系统。第三段为土坝与堆石坝之间的连接段，长300m，中间为防渗土体，上下游为堆石体，其间有反滤过渡层。防渗土体下游坝壳内设有2m宽的垂直反滤层和1.5m厚的水平反滤层，上下游坝坡逐渐变化，以便和两端的堆石坝及土坝一致。土坝段的上游面采用堆石护坡，下游面采用草皮护坡。左岸堆石坝：左岸堆石坝顶长1984m，顶宽12m，最大高度70m，坝体填筑量1280万m3。心墙与上游坝壳之间有一细石过渡层，与下游坝壳之间设有天然砂与人工砂混合而成的垂直反滤层及细石和粗石过渡层，心墙的下段为砂质壤土，粒径小于0.002mm的含量占2747，上段为塑性土壤，粒度较细，粒径小于0.002mm的含量占7385。厂房和机电设备：厂房为坝后式，位于主坝和导流坝段的坝址处，长968m，宽99m，高112m，厂房顶高程144m，发电机层高程108m，混凝土总量300万m3。共装有18台单机容量70万kW的水轮发电机，其中15台位于河槽，3台位于导流明渠。厂房由右安装间、河槽部分厂房、中部安装间及导流明渠部分厂房组成。右安装间长151m，设备进场后在此卸车。河槽部分厂房长544m，分16段，每段宽34m。中部安装间在导流渠及河槽之间，98m长，与右安装间一起保证两岸可同时进行机组安装。导流明渠部分厂房长136m，分为4段。厂房与主坝中心距111.5m，它和大坝由伸缩缝分开，内部各段是独立结构，由伸缩缝隔开。厂房设在坝下游，具有压力钢管短，设备安装、运行、保养、运输方便，布置合理及设备安装与施工各阶段比较协调等优点。厂房内装有4台1000t的桥式起重机及2台100t的辅助桥机，并设有13t电梯12台；2座安装间内有6台250t桥机及2台30t运货电梯。此外在变压器位置装有2台250t及2台10t桥机供变压器装卸及安装六氟化硫设备用。尾水平台装有3台140t闸门启闭机。工程施工伊泰普工程的土石方工程量9245万m3，其中土方开挖2836万m3，石方开挖3312万m3，土石填筑量3098万m3；混凝土、钢筋混凝土1230万m3，钢筋和钢结构48.8万t，施工期高峰施工人数为3.5万人。各主要工程进度如下：1977年9月完成导流明渠中段开挖，开始浇筑导流建筑物的混凝土；1978年9月，导流明渠开挖结束，导流建筑物混凝土浇至最低过水高程116m，并且继续向上加高；1978年10月截流，明渠过水；1979年8月，基坑开始浇筑混凝土；1980年10月开始安装座环及蜗壳；1982年安装机组；1982年9月导流底孔下闸，水库蓄水；1982年底第一台机组试运行，但由于财政困难，推迟至1984年5月才正式发电。导流工程：伊泰普工程采用旁侧泄水的明渠导流方案。整个导流工程由导流明渠，导流控制建筑物和上下游围堰组成，导流标准按宣泄百年一遇洪峰流量为30000m3/s。工程包括明渠开挖，导流建筑物第一阶段施工，明渠进出口水下开挖，围堰A、B、D堤第一阶段施工，混凝土拱形围堰施工，进出口石坎爆破清除，混凝土拱堰爆破拆除，B和D堤合龙，A和C堤合龙，堤A、B间和C、D间的清淤，围堰心墙水下挤压置换填筑，围堰上升至设计高程和基坑抽水。导流明渠全长2000m，底坡2.5。渠底宽为100m，进口处为150m，开挖深度2080m，最大开挖深度达100m，进口处底部高程为90m，上段为87m，下段为85m，明渠边坡为201，为了保持开挖边坡稳定，施工中采取了控制爆破、设置锚杆、预应力锚索、混凝土喷锚及在一些地区设置排水孔等一系列措施。明渠分为上、中、下开挖段，其中中段是导流建筑物的基础，是重点部位，要求在20个月内即在1977年9月前挖完，以便浇筑混凝土。下段在开挖中留出一条连接明渠左右岸的道路，待工作桥完工后再将道路挖去。明渠上、下游各留有一石坎，石坎内为明挖，石坎外为水下开挖。由于施工及安全的需要，在石坎内另外筑了2道混凝土拱形围堰，分别位于导流建筑物的上、下游，最后将混凝土拱堰炸掉，导流明渠过水。石坎及拱堰后面都设有积碴坑，以便容纳爆破时所产生的碎碴。整个明渠的开挖量为2210万m3，其中1840万m3为石方开挖，280万m3为土方开挖，90万m3为水下开挖。高峰月开挖强度为125.5万m3，平均为77万m3。导流控制建筑物为实体重力坝形式，坝顶长170m，最大坝高162m，混凝土总量210万m3。共分12个导流孔，孔宽6.7m、高22.0m，其封孔闸门总重300t，工作水头45m，最大静水头140m。在进行导流明渠中段基础开挖时，就着手进行左岸施工设备及缆机的安装，一旦具备浇筑条件，就可进行导流建筑物混凝土施工。导流建筑物在1978年9月筑至最低过水高程116m，以保证导流明渠过水，同时在1979年初洪水到来之前浇至126m高程。上、下游围堰相距约800m，顶部高程分别为140m和125m，最大高度分别为90m和75m。围堰施工分4个阶段进行：在导流明渠过水前，从右岸部分填筑A、B、D戗堤(1977年12月1978年9月)；导流明渠过水，戗堤B和D合龙(1978年10月)；戗堤A、C合龙，上下游围两戗堤之间清淤，水下填筑粘土心墙(1978年12月1979年3月)；心墙水上部分填筑完工，上游围堰至高程140m，下游围堰至高程125m，基坑开始排水(1979年15月)。围堰施工分为4步：第一步，围堰肩部剥离，堤A和堤B分别从右岸向前推进250m及750m，其目的是利用河水冲走河槽深处的冲积物质，与此同时，下游围堰从右岸分别向前推进85m和110m。在此期间，各堤顶都筑至规定宽度，其高度比水面高5m，然后戗堤A、B上升至115m高程，戗堤C、D上升至110m高程。第二步，在导流明渠通水前5个月的枯水期，戗堤B和D同时向前推进，同时开始填筑肩部水上部的心墙。第三步，导流明渠通水进行截流。截流时采用戗堤B和D同时进占的方式，分散了落差，减少了材料损失，还可以使用较小粒级的材料。1978年10月30日(比计划提前)合龙，当时实际截流流量为8100m3/s，上、下游戗堤落差各为1.5m，使用120辆3575t自卸卡车和146台推土机，抛投块石最大直径1.2m。最大抛投强度11万m3/d，历时168h。合龙时堤B高程107m，堤D高程104m，以后两堤迅速上升至115m和110m高程。第四步，堤A及C合龙，堤B上游面及堤C下游面填筑粒级材料以减少过渡层的填筑。接着，围堰施工进入AB堤间及CD堤间清淤及水下粘土填筑阶段。水下清淤设备为装有4m3桔瓣式抓斗的浮吊及1100马力的离心泵和400马力的高压泵，前者用于处理大蛮砾，后者用于吸取淤泥及砂子，总处理能力3000m3/h。处理时沿堰轴线方向进行23遍。戗堤A、B间处理面积为29400m2，清完后，浮吊通过B戗堤的缺口进入戗堤C、D间进行清淤。在河床冲积层清除干净后，开始填筑戗堤B的上游面及戗堤C下游面的过渡层。围堰两堤间防渗心墙的施工采用挤压置换(抛土挤水)的填筑方法。上游围堰心墙水下部分填筑于1978年12月20日从右岸肩部开始，水位高程100m，1979年1月12日结束，水位高程105m，填筑量180万m3，最高一天超过10万m3。下游围堰从两岸同时施工，于1979年2月16日开始，3月9日结束，其间水位变化在102108m之间，填筑速度几乎与上游围堰同步。最后为水上部分填筑，上游围堰从115m高程上升至140m，下游围堰从108m至125m，其施工过程和要求和土坝施工一样。上游围堰石方填筑423.8万m3，过渡及反滤层填筑8.6万m3，土方填筑142.2万m3，总计574.6万m3；下游围堰石方填筑247.1万m3，过渡及反滤层填筑7.3万m3，土方填筑129.1万m3，总计383.5万m3。河床开挖：在导流工程完工后，河床开挖和主坝、厂房的施工成为工程的重点。河床开挖分二期进行：一期进行岸边基础开挖，特别是右岸，因为牵涉到厂房1号机及安装间的混凝土施工，需加快进度，施工时留有石坎起保护作用；二期主要是河槽深处主坝段和厂房部位的开挖。主坝、厂房施工：主坝施工有3个重点：1号机进水口坝段，该段涉及闸门安装；河槽最深处，此处混凝土浇筑量较大；混凝土生产系统全部投入正常运行。混凝土施工分三个阶段：第一阶段从坝肩开始，重点是1号机坝段，浇至144m高程；第二阶段从开挖结束到缆机从主坝区撤离，要求尽快达到144m，以便塔机投入使用，在坝肩处尽量升高至缆机浇筑极限，在基础较低坝段提前浇筑；第三阶段使用144m高程的塔机浇筑。1号机的土建施工及机电安装是厂房施工的重点项目。此外，整个厂房的下游混凝土必须达到设计高程，以便于尾水闸门安装及下游围堰的拆除。第一期混凝土要求上升至82m高程，便于尾水管施工，第二期混凝土达到132m高程。此后重点转入机电安装。混凝土施工设备：伊泰普工程的混凝土量总计超过1200万m3，其设计月高峰浇筑强度为30万m3。为此，结合现场的实际情况，采用了下列混凝土生产、运输及浇筑设备：6座混凝土拌和楼，每座额定产量180m3/h，月生产率为54万m3。每座拌和楼均备有2套斗式提升机，输送水泥及火山灰，能力为50t/h。2套人工砂石料生产系统，每套系统均分两条生产线，每线生产能力为半成品950t/h，成品600t/h。2套工地现场水泥熟料研磨系统。2套混凝土预冷系统。2套单轨吊车运输系统。7台20t的大型缆机，跨度1360m，单机生产能力为150m3/h。15台各种型号的塔机。8台混凝土皮带运输机。吊罐。混凝土生产系统的总布置，采用了左右岸对称分布的方式，其优点有：增加设备可靠性和维修的机动性；缩短混凝土运输距离；增加重新利用的可能性。两岸混凝土生产系统均设在大坝下游，这样在水库蓄水前不必拆除。实际施工记录，其年、月、日最高浇筑强度分别为304万，34.8万及1.39万m3。施工现场设有水泥熟料研磨装置，从而解决了耗用量很大的水泥运输与储存问题。人工砂石料系统全部利用导流明渠、基坑及溢洪道开挖的弃碴作为毛料，从而节省了工程费用。设置了容量为2000多万kcal/h的制冷系统，骨料在进入拌和楼之前经冷水预冷，进入拌和楼储料仓后又进行风冷。伊泰普混凝土浇筑温度规定为：浇筑层大于2m，温度不得高于7或低于5；浇筑层小于2m，温度不得高于10；对于梁、柱、墙及板等结构可略高一些，但任何时候不得高于26，因此混凝土冷却系统按拌和楼出机口6，入仓温度7进行设计。除采取粗骨料水冷、风冷等冷却方式外，还采取了加冰和冷水拌和、皮带机隔热、拌和楼隔热等综合冷却措施。在混凝土的水平运输中，采用单轨吊车系统，避免了混凝土运输与其它施工材料运输的干扰。大跨度高塔架的缆机和大型塔式起重机互相配合使用，满足了大坝各施工阶段混凝土浇筑的要求。在某些特殊部位，采用了混凝土皮带机及混凝土泵作为浇筑的辅助手段。其他1.坝址和水库区自然特性坝基地质为玄武熔岩层，呈水平分布，夹有多层角砾岩。玄武岩层厚2060m，每层上面为粉砂质砂岩及玄武角砾岩，往下渐变为多孔杏仁状玄武岩，下面为致密的玄武岩。坝区表面大部分覆盖着热带及亚热带地区典型的风化土壤，其深度变化很大，河床处为0，坝肩为30m。角砾岩夹层厚度130m，一般远较玄武岩软弱，容易变形。在玄武岩与角砾岩接触面上或在过渡层的底部，常存在不连续面(断裂面)，水平渗透性常大于垂直方向的渗透性。在坝区没有大的断层发育，地质条件较好。坝址以上流域面积82万km2。据古艾腊水文站测得19211977年日平均流量为9070m3/s，最大日平均流量为32990m3/s，最小日平均流量为2850m3/s。多年平均年径流量2860亿m3，平均年输沙量4500万t。水库长170km，最大宽度达8km。正常蓄水位220m，相应面积1350km2，相应库容290亿m3；死水位197m，调节库容190亿m3。最高洪水位223m，溢洪道泄量62200m3/s，按万年一遇标准设计。连同其上游已建的干支流水库，共计调节库容1265亿m3，库容调节系数2为0.44，调节性能良好。 2.社会环境影响伊泰普水库面积1350km2，其中43%在巴拉圭，57%在巴西。正常高水位220m时能蓄水290亿m3，淹没面积与电力之比是0.107km2/MW，涉及到的人口相关系数为3.64人/MW。大坝底部原河床水深一般为170m，水库平均深度21m。水库周围建立起的绿化区域用于环境保护。水库两岸绿化区域平均宽285m，包括100m宽的永久保护带。保护带占地约63376hm2。水库形成后出现66个小岛，其中巴西一侧有44个。总共设立了6个特区以保护生物多样性的延续，特区面积32670hm2。环境保护可行性研究：在伊泰普工程开工之前，就己提出了有关生态影响的可行性研究报告，并指出了可能存在的环境问题。为了查清其消极影响，找出克服的办法，进行了认真的环境保护研究。随后又进行了社会的、生物的和自然方面的细致调查，建立了详尽的资料档案，包括考古、森林、动物、水生环境(水质和鱼类生态学)，沉积作用、气候和土地征用等。社会环境方面的工作：建立了按年代和文化划分的考古勘测点273个，包括遗址、艺术品、遗迹17万多处。最古老的可追溯到公元前6100年。在巴西共征用了6900份乡村的财产和1600份城镇的财产，涉及约4万人，其中1324人迁到巴拉圭一侧。而巴西人则移至巴拉那(86%)，马托格拉斯(8.89%)，圣特卡尼亚等州。为了满足社会、经济和文化方面的需求，在与环境保护相协调的原则下，建设了一些公共或私营的工程项目。这些项目可以是用于休息、娱乐、旅游、航运、城乡工业储水和供水、以及渔业的项目。建立动植物保护区：通过对当地植物种类的详细调查，提出了在岛上，在保护带和保护地重新造林的计划。1979年开始在巴西一侧种植防护林，种了49种不同的树种，约100万棵。在巴拉圭沿岸，一般是保护原来的植物群。巴西正在实施营造28000hm2森林的计划，拟种86种不同的当地树种140万棵。伊泰普保护区包括巴拉圭的利穆和伊坦两个生态保留地，面积分别为15.702、13.807hm2。还有巴西的贝拉维斯塔、圣埃伦娜和巴拉圭的塔蒂尤皮3个生态安全区，面积分别为1780、2254hm2和2269hm2。这些保护区己显示出新生林的迹象，巩固了恢复动物总数的成果。巴拉圭对当地动物群的建档工作很重视。在那里由于森林未被砍伐，保护了更多数量的动物。对野生动物进行试验性捕捉，为将来的动物拯救工作打下了基础。伊泰普动物园的建立说明对频危动物保护得很好。对其它野生动物的保护工作也是如此。水环境研究：早在1972年就进行了水环境的研究。对沉积物进行定量检测，有20个取样站进