隔河岩升船机

隔河岩水电站是清江梯级开发的启动工程，位于清江下游湖北省长阳土家族自治县境内。

枢纽工程由大坝、发电厂房和升船机三大建筑物组成。

大坝为混凝土重力拱坝，最大坝高151米，坝顶长653．5米，坝顶高程206米，正常蓄水位为200米，总库容３４亿立方米。

电厂为引水式发电厂房，安装四台30万千瓦水轮发电机组，设计年发电量30.4亿千瓦时，通航建筑物为两级垂直升船机，最大提升高度122米，可通过300吨级轮船，年单向通过能力为170万吨。

隔河岩水工程由国家与湖北省合资建设，1987年1月开始前期准备施工，1987年12月实现工程截流，1988年1月开始主体工程施工，1993年6月首台机组发电，1994年11月四台机组全部投产，1998年4月整个工程除升船机外，通过国家竣工验收。

隔河岩水利枢纽在1998年长江抗洪中，发挥了重大作用。

长江第六次洪峰使沙市水位创下45．30米的历史最高纪录，隔河岩大坝超限度地拦蓄洪水，使荆江水位下降20—30厘米，避免了荆江分洪，
坝体总布置大坝正常蓄水位200m，坝顶高程206m，建基面最低高程55m，最大坝高151m，全长653.3m共分30个坝段，自右至左：1—6坝段为重力坝；7—22坝段上部为重力坝，下部为重力拱坝，称道为“上重下拱”的重力拱坝，且拱坝封拱灌浆不在同一高程，右岸封拱高程160m，河床180m，左岸150m，其中11—18坝段为溢流坝段，设有7个12mXl8。

2m 的表孔，4个4.5mX6.5m的深孔，2个4.5mX6.5m的底孔，表孔和深孔用来渲泄千年一遇设计洪水流量22800m3／s，万年校孩洪水流量27800m3／s，二个底孔在施工期用于二期导流，完建后用于放空水库和排砂；23—26坝段为重力墩；27坝段为过坝建筑物；28—30坝段为重力坝
坝型比较曾比较过重力坝与拱坝两种坝型，从泄洪条件以及左岸地形相对较低且岩性较弱宜修建重力坝，因以下几个原因没有采用重力坝而采用了重力拱坝：①建坝基岩石龙洞灰岩由于产状关系在河谷地表出露成一弧形带状，为了不使重力坝坝基座落在乎善坝纽的页岩上，重力坝轴线宜为弧形或折线形，这无疑与拱坝轴线相近；②由于河谷岸坡陡峻，为满足重力坝的侧向稳定，坝体横缝必须灌浆，结构上相当于拱形重力坝；③重力坝底宽大，坝址距石牌页岩较近，由于石牌页岩变形模量远低于石龙洞灰岩，当页岩承受坝址应力后将产生较大变形，并使上覆石龙洞灰岩产生较大的拉应力对坝基应力十分不利；④重力拱坝底宽小，可避开对石牌页岩的影响，同时发挥拱的作用可将部分荷载传到两岸，可明显改善坝基应力，且拱坝比重力坝节省砼70万m3；⑤拱坝溢流向心问题可以采用不对称宽尾墩形式解决，水工模型试验表明这种形式效果良好。

（3）拱坝体形设计由于左岸地形平缓低矮，在左岸坝肩设置重力墩，重力墩由4个坝段组成，将高程150m以下的横缝进行灌浆成整体承受拱坝推力，在150m高程以上横缝不灌浆成为重力坝。

经方案比较重力拱坝体形最终选定为“上重下拱”的重力拱坝，其封拱高程左岸为150m，河床为180m，右岸为160m，上游面采用铅直园弧面，外半径为312m。

下游坝坡：上部重力坝1:0.7，下部重力拱坝1:05，其间用铅直线联结，拱圈平面内弧采用三心园，拱冠部位采用定园心大半径等厚园拱，拱端部位采用变园心小半径贴角加厚坝坡随之变为1:o.75，顶拱中心角800。

采用以上体形主要有以下几点理由：①由于河谷宽高比较大，同时要求坝身泄大流量洪水，坝体宜采用重力拱坝；②重力墩左端为过坝建筑物，从稳定及受力条件看，只宜承受150m高程以下拱的推力；③河床封拱高程180m，左岸150m，右岸160m，相当于一个斜拱，它可使河床部位重力坝高度由56m 降至26m，同时可改善应力状况，比150m平拱方案最大拉应力可减小25％一30％，满足规范要求；④采用近乎椭园的三心拱园既可改善水流的向心问题，又能减小拱座的拉应力值。

（4）坝体应力分析应力分析着重研究“上重下拱”的结构特点，通常采用的拱梁分载法辅以三维有限元法和石膏模型试验，考虑到上部重力坝对下部斜拱的影响，同时考虑到等效温度
荷载的作用，经水利部规划院、长科院、北京水科院、清华大学等单位进行计算得出基本一致的规律。

应力最不利情况发生在与温升荷载组合情况下，这与过去通常认为拱坝应力最不利情况发生在温降情况有所不同（见表1）。

通过单项荷载成果分析表明，等效温差在温度荷载中起了重要作用，温升产生的等效温差最为不利。

各家成果中都反映了最大主拉应力发生在上部拱座附近，这与通常的拱坝大多数发生在坝高的三分之一处有所不同。

这主要是上部重力坝作用在顶拱所致。

（5）抗滑稳定分析拱坝的安全在很大程度上取决于拱座的抗滑稳定，但拱座的稳定问题非常复杂，它涉及到拱的推力、地形、地质是否清楚，特别是对有关力学参数的选定是否恰当是非常重要。

为此设计中采用多种分析方法，包括刚体极限平衡法，平面非线性有限元、地质力学模型以及可靠度分析等方法来了解拱坝的抗滑安全性。

总之，隔河岩大坝结构新颖，体形复杂，国内尚无先例，大坝的建成为我国坝型设计上例创造了一种先例
垂直升船机设计根据航运规划，清江为五级航道，隔河岩水利枢纽设置了提升式全平衡湿运升船机。

升船机由上游引航道、第一级垂直升船机、中间渠道、第二级垂直升船机、下游引航道等组成。

第一级升船机与挡水坝相结合。

中间渠道由混凝土衬砌段及连续钢构渡槽组成。

第二级垂直升船机由承重结构及上、下闸首组成。

升船机船厢为槽形金属结构，用卷扬机籍钢丝绳提升及下降，船厢及水重由于衡重平衡，可通过300t级船舶。

见附图5。

（1）过坝方案的选择，通航过坝建筑物曾比较过升船机和船闸两类方案。

后者因造价过高被淘汰。

升船机又比较了双向下水式斜面升船机，上游坝前下水式垂直升船机和坝后式全平衡垂直升船机加下游不下水全平衡斜面升船机，以及两级全平衡垂直升船机等方案，后者具有通过能力大（年单向通过能力170万t），金属结构和机电设备的类型及规模均属常规范围，其制造安装技术一般，土建工程技术上都能解决等优点而被采用。

（2）总体布置. 两级垂直升船机位于左岸，总提升高度122m：其中第一级40m，第二级82m。

升船机沿轴线总长1301.45m，上游引航道长410m，宽45m，底高程158m，最小水深2.0m，通航水位变幅40m。

第一级垂直升船机位于27坝段，地基为坚硬的石龙洞灰岩。

由上闸首、升船机室和下闸首组成。

上闸首和机室为整体结构，长63.5m，宽34m，建筑总高度95m。

中间渠长410m，其中上半段长210m位于挖方段，用砼衬砌；下半段为预应力钢筋砼连续钢构渡槽，水面净宽30m，水深1.8m，可满足300t级船队错船及拖轮助航要求。

第二级升船机位于坝轴线下游463.5m处，由上下闸首和机室组成，长61.8m，宽37.6m，建筑高度为124.5m。

下游引航道长414m，其右侧布置长407m的混凝土重力式隔流堤，引航道底高程76m，水深2m，航宽35—70m。

升船机平衡系统，卷扬提升设备及电气控制设备等均布置在承重结构上部机房内
（1）大坝采用“上重下拱”特殊坝型大坝坝顶高程206.m，坝长653.5m，最大坝高15lm，坝体砼方量228万m3。

根据坝址地形地质条件，左岸132m至150m高程为重力墩。

重力拱坝封拱高程：左岸150m，右岸160m，河床180m,封拱高程以上全为重力坝，封拱高程以下立面上形成略呈弧形的斜拱，使河床部位重力坝高度降低，斜拱改善了坝体应力，比在150m高程封拱的水平拱方案最大拉应力减小25％～30%。

这种特殊坝型在国内首次应用。

（2）泄洪采用不对称宽尾墩与水垫池联合消能工表孔和深孔采用不对称宽尾墩，水流经宽尾墩收缩后的出口均由径向改为平行下游河床流向，使水流形成俯冲射流，跃入水垫池消能，把泄洪水舌纵向扩散，横向均化，消能效果显著。

解决了拱坝泄洪水流的向心集中问题，且消除了池内的回流，缩短了池长。

（3）通航建筑物采用全平衡湿运垂直升船机两级垂直升船机用长410m中间渠道连接，总
提升高度122m，是国内目前第一座升程300t级船舶的垂直升船机，年通过能力340万t，为减小提升功率，采用平衡重平衡船厢重量。

千衡重系统包括重力平衡系统（总重1100t）和扭矩平衡系统（总重274t）分别通过40根和16根直径56mm钢丝绳与船厢相连，平衡重在塔柱内腔中运行，并辅以平衡链。

抵消船厢在不同位置时钢丝绳重量的变化，从而构成封闭的平衡系统，并设有沿程安全锁定装置，提升过程中，可以在任一位置锁定船厢，以保证升船机安全可靠运行。

升船机提升主体为4套卷扬机，采用机械轴同步，可控硅整流直流拖动。

（4）引水隧洞采用预应力衬砌4条引水隧洞直径9.5m，在大坝防渗帷幕轴线下游洞段因围岩地下水位较低，内水压力较大，隧洞内水外渗将直接影响高边坡及厂房的安全运行，设计比较了钢筋砼衬砌，钢板衬砌及预应力衬砌等方案。

经综合比较选用预应力衬砌方案。

衬砌砼厚度90cm，预应力锚索布置在衬砌砼外侧，平均间距40em，锚索由几根钢绞线集合而成。

钢铰线直径15.2mm，极限抗拉强度17000Mpa，延伸率不小于3.5％，衬砌砼浇筑时予埋90mm 的波纹管，砼达设计强度后，锚索穿入波纹管内，张拉到设计拉力2100KN后锚固，最后锚索全孔道灌浆。

本工程将后张法预应力用于引水隧洞衬砌在国内目前尚属首例。

见附图9。

（5）导流工程设计采用的先进技术导流隧洞用锚喷衬护用于抗冲流速达15m／s；碾压砼筑坝技术修筑上游过水拱围堰；在覆盖层上修土石过水围堰；厂房围堰采用柔性材料防渗取得成功。

（柔性材料由水泥、砂、泥浆并掺少量外加剂拌制而成）。

隔河岩枢纽工程布置：河床中重力拱坝，发电建筑物，通航建筑物，二级垂直升船机，一级提高82m ，二级提高40m ，因为地形关系，150m 高程以下为拱坝，以上为重力坝，是一个下拱上重的重力拱坝。

设计为该坝型的原因是：清江隔河岩坝址处，右岸山体高程180m ，左岸为120m ，经人工加工后左岸上升为150m ，这样在150m 高程出可以建起拱坝，以上高程建立起作用方式完全相同的重力坝，考虑到外观效果，任采用弧形。

大坝为混凝土重力拱坝，最大坝高151m ，坝顶长653.5m ，坝顶高程206m 。

总库容34 亿m3 。

主体工程浇钢筋混凝土212 万m3, 库容34 亿m3 ，其中调度库容22 亿m3 ，防洪库容8.7 亿m3 ，在汛期6 、7 月份预留5 亿m3 库容作为长江荆江河段的防洪库容。

右岸厂房为引水式厂房，装机120 万kw ，设计水头103m ，设计年发电能力30.4 亿度，是华中电网骨干调峰调频厂。

左岸为300 吨级的垂直升船机，年通过能力（单向）为300 万吨
隔河岩工程的新工艺。

（1 ）上重下拱的重力拱坝：拱顶中心角80 度，比规范中小，拱圈平面为三心圆拱，中间大半径，两端小半径，接近椭圆，有利于泄洪、消能。

（ 2 ）泄洪消能采用泄槽不对称宽尾墩和水垫池联合消能工。

（ 3 ）电厂引水洞采用预应力环形钢筋混凝土衬砌。

（4 ）通航建筑物采用全平衡湿运垂直升船机。

（ 5 ）坝址" 岩溶化岩体" 和裂隙性岩体采用" 孔口封闭" 灌浆法。

渡槽又称高架渠、输水桥，是一组由桥梁，隧道或沟渠构成的输水系统。

通常架设于山谷、洼地、河流之上，用于通水、通行和通航。

也叫过水桥。

两端与渠道相接。

输送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地和道路的架空水槽。

普遍用于灌溉输水，也用于排洪、排沙等，大型渡槽还可以通航。

渡槽主要用砌石、混凝土及钢筋混凝土等材料建成。

渡槽由进出口段、槽身、支承结构和基础等部分组成。

①进出口：包括进出口渐变段、与两岸渠道连接的槽台、挡土墙等。

其作用是使槽内水流与渠道水流平顺衔接，减小水头损失并防止冲刷。

②槽身:主要起输水作用,对于梁式、拱上结构为排架式的拱式渡槽，槽身还起纵向梁的作用。

槽身横断面形式有矩形、梯形、U形、半椭圆形和抛物线形等,常用矩形与U形。

横断面的形式与尺寸主要根据水力计算、材料、施工方法及支承结构形式等条件选定。

也有的渡槽将槽身与支承结构结合为一体。

③支承结构：其作用是将支承结构以上的荷载通过它传给基础，再传至地基。

按支承结构形式的不同,可将渡槽分为梁式、拱式、梁型桁架式及桁架拱（或梁）式以及斜拉式等。

梁式渡槽的支承结构有重力式槽墩、钢筋混凝土排架（图a）及桩柱式排架等。

拱式渡槽的支承结构由墩台、主拱圈及拱上结构组成。

槽身荷载通过拱上结构传给主拱圈，再由主拱圈传给墩台。

根据拱上结构形式的不同，拱式渡槽又可分为实腹式及空腹式两类。

桁架拱式渡槽按结构特征和槽身在桁架拱上位置的不同，可分为上承式、下承式、中承式和复拱式四种。

斜拉式渡槽支承结构由塔架与塔墩（或承台）组成，并由固定在塔架上的斜拉索悬吊槽身。

④基础：为渡槽下部结构，其作用是将渡槽全部重量传给地基。