葛洲坝水利枢纽.docx

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葛洲坝水利枢纽

万里长江第一坝——葛洲坝水利枢纽

第一节工程概况

葛洲坝水利枢纽工程位于长江三峡出口，西陵峡末段，湖北省宜昌市三峡出口南津关下游约3公里处，是三峡水利枢纽工程完工前我国规模最大的一座水电工程，是我国在长江干流兴建的第一个综合利用工程。

葛洲坝水利枢纽工程是三峡工程的反调节水库和航运梯级，是三峡水利枢纽的组成部分。

它的主要任务是：

消除三峡电站日调节时下游不稳定流在坝址以下到南津关三峡出口约40公里峡谷河道对通航造成的严重影响，改善这一段航道和宜昌港区的航行条件，并利用该河段的落差发电。

葛洲坝水利枢纽工程正常蓄水位66.00m，水库总库容15.8亿立方米，三峡工程建成后，为三峡工程的反调节水库。

总装机容量271.5万千瓦，年发电量157亿千瓦时；船闸单向年通过能力5000万吨。

葛洲坝水利枢纽主要工程量为：

土石方开挖5799万立方米，土石方填筑3088万立方米，混凝土1042万立方米，钢筋18.17万吨，金属结构7.29万吨。

工程总投资48.48亿元。

从1958年开始勘测设计、1970年12月开工到1991年11月二期工程通过国家验收，几代水利人历经35年的研究、20余年的建设，举世瞩目的葛洲坝水利枢纽终于雄立于长江之上，开始发挥巨大的效益。

自第一台机组投产到2009年底累计发电3915.34亿千瓦时。

20世纪末，葛洲坝电站的容量和年发电量分别约占华中电网总容量和总发电量的1/9，对华中电网特别是湖北省国民经济与社会发展起到了很大的促进作用。

从1987年开始夜航，结束了川江自古以来不能夜航的历史，仅2008年，葛洲坝船闸通过的货运量就达5636万吨。

葛洲坝水利枢纽以一流的设计和一流的质量，得到了国家有关部门的高度评价。

大江截流、二江工程、大江工程和整个工程的设计先后获得国家优秀设计奖、金质奖、特等奖；大江截流工程被评为优质工程；二、三江工程和水电机组荣获首届国家科技进步特等奖。

葛洲坝工程的成功兴建，是设计、科研、施工和设备制造、安装等单位广大水电工作者智慧与汗水的结晶，为三峡工程的建设管理积累了宝贵的经验，也将我国水利水电工程技术水平推上了新的高度。

第二节建设情况

葛洲坝工程于1970年12月26日经中发〔1970〕78号文批准兴建，1970年12月30日开工，因一些重大技术问题未得到妥善解决，1972年11月国务院决定主体工程暂停施工并修改设计，周恩来总理决定组建工程技术委员会全面领导工程技术问题的研究、审定工作，技术委员会由林一山同志任主任，并指定长江流域规划办公室负责勘探、科研、规划设计工作。

1974年国务院批准修改初步设计，于同年10月恢复全面施工，由葛洲坝工程局负责施工。

在全国各方的支持下，在设计施工双方的努力下，工程比计划提前一年于1981年1月4日大江截流成功，同年6—7月一期工程提前一年通航发电。

从开工算起10年7个月，扣除停工两年，实际通航发电工期8年7个月。

混凝土浇筑和土石方挖填均创造了国内先进水平，分别达到年产194万立方米和1259万立方米的国内最高水平。

施工质量良好。

1985年4月国家正式对一期工程验收，指出：

“二、三江工程设计是合理的，工程质量达到了设计要求，工程运行是正常的，工程建设是成功的”。

二期工程施工从1981年下半年开始，1986年6月大江电站第一台机组并网发电，发电工期5年，并实现了当年安装5台机组的目标，1987年又安装投产6台机组，创造了国内装机台数、装机容量和单机安装工期的高速度，比批准的二期工程工期又提前一年于1988年基本完成。

大江电厂的启动验收结论是：

“设计是合理的，土建及安装质量优良，主要设备制造质量优良，具有一定先进水平”。

第三节综合解决复杂技术问题的经验

一、建设葛洲坝工程面临的难题

建设葛洲坝水利枢纽的困难，主要是其规模大，技术复杂，综合性强，一些卡关的问题，都具有综合的、跨专业甚至跨学科的性质。

（一）复杂的自然条件

由于与三峡工程连接的要求和地形、淹没条件的限制，葛洲坝坝址只能在南津关出口以下宜昌市以上的河段内选择，坝址位置不可避免地处在具有急弯、江面急剧展宽、河床急剧起伏、天然水流及泥沙十分紊乱的河段；建筑物大部分要坐落在软弱岩石基础上，这些岩石抗风化、抗冲刷的能力差，还存在不利于建筑物稳定的泥化夹层。

如何保证在枢纽建成后，实现安全顺利通航，安全宣泄长江的巨大洪水和泥沙，电站安全运行发电，这些都是当年葛洲坝建设者们面临的难题。

（二）巨大的规模和高标准的要求

——由于长江来水来沙量大，年平均过坝水量4500亿立方米，来沙总量5.26亿吨，要求建筑物有宣泄110000立方米每秒的能力。

——为了适应长江航运发展需要，规划要求设3条船闸，大的船闸一次能通过1.2万吨的船队。

——电站初期单独运行，以后与三峡电站联合运行，为了充分利用水能，规划装机在250万～300万千瓦合适。

——施工过程中要在5200～7300立方米每秒的流量下截流，还要利用二期围堰挡水提前发电。

这些规模，超过了国内任何水利水电枢纽工程，某些项目还超过了国外的水平。

如单孔12米宽的平底泄水闸，单宽流量高达1770立方米每秒；电站采用单机容量达12.5万～17万千瓦的低水头水轮发电机组，而当时国内同类型机组制造水平只有6万千瓦；单级船闸水头差27米、宽达34.0米，而当时刚建成的多瑙河铁门枢纽每级水头仅为17.0米；人字门承受的水压力1万吨，是当时世界上最大的人字闸门。

这些指标，进一步增加了工程的难度。

二、几个关键问题的解决办法

首次运用了河势概念，将建筑物及其上下游的河段作为整体考察，作好有利于通航、泄洪、排沙的河势规划。

抓住了水流泥沙运动这一规律，根据建坝后坝区主流变化的特点，首先将主要的泄水（泄洪）闸，对准建坝后的主流位置，以顺利泄洪、排沙。

船闸位置经反复研究，认识到进出船闸的船队速度慢，只有在静水条件下才能对准闸门缓缓进出于闸室，而航道内沉积的泥沙，只有通过放水，在固定的过水断面内，形成大流量大流速的条件，才能将泥沙冲走。

从而总结出“静水通航，动水拉沙”的基本途径。

沿长江的左右两侧，修建两条独立于主河槽的人工航道，中间布置船闸和冲沙闸，航道靠河内一侧设“防淤堤”。

泄水闸和船部署位置定下来以后，电厂就只能是在泄水闸、船闸之间布置了。

为了防止因电站引水而带来的一些卵石、粗砂过机磨损水轮机叶片等部件问题，通过一系列的研究，采用了导沙、拦沙和底孔排沙等工程措施予以解决。

上述枢纽布置，使建坝后的主流正对着葛洲坝方向，为了集中在主流方向布置更多的泄水闸孔，而将葛洲坝挖除。

可以说，运用河势规划理论，使设计工作摆脱了困境，枢纽布置合理，从而有可能全面满足泄洪、排沙、通航和发电要求，而为各个专业部门所认同。

28年运行实践证明，枢纽运行完全符合设计要求，维护整理工作也均在正常范围以内。

经采用深挖大齿槽、利用闸后岩石体的抗力，局部打锚固桩等综合措施，解决了在软弱岩基上筑坝的稳定问题；采用一级长消力池的排水护坦，并在其后设加糙墩，打垂直混凝土防淘墙以及设块石、混凝土四面体防冲槽等综合措施，较圆满地解决了大流量的消能防冲以及排沙问题；将27孔闸下游设2道隔墙分成3个区，以及采用上平板下弧形的双扉闸门，可以分区单独和联合开启运用，就一孔而言也可局部或全部开启，为闸底板和消力池护坦的检修和泄水闸的灵活调度运用创造了条件。

经采用高标号大坝水泥，低水灰比，优质骨料，制成400号高强度混凝土，浇于闸室底板、护坦等部位的表层（层厚0.4米），较好地解决了混凝土抗磨和延长混凝土寿命问题。

运行以来大量的监测资料表明，二江泄水闸以及电站、通航建筑物的基础变形、外部变形均未超过设计允许值，而且二者的变形规律一致。

其他如建筑物底部扬压力、渗水量、闸门结构受力条件，水封止水效能等从常年观测资料的反馈信息证实，均在设计允许值以下。

二江泄水闸闸底板及护坦表面磨损较轻，止水良好无损。

第三，船闸通航技术除了采用“静水通航，动水冲沙”这一基本措施外，还需解决上游水流条件复杂，流量稍大时出现泡漩、剪刀水有碍航行，以及控制船队进出口门的纵向、横向流速等通航水力学问题；船闸建筑物本身要满足在短时间内闸室灌满泄空水体时保证闸室内水面平稳的灌泄水技术，和充泄水阀门抗空蚀、抗震等高水头船闸水力学问题；以及超大型的船闸人字门结构及启闭技术等。

从模型试验和自航船模的试验验证，找到了消减泡漩、剪刀水的关键在于南津关航道整治，经将航道口门段以上的岸线挖直平顺后，60000立方米每秒流量的泡漩强度减弱到相当于20000立方米每秒的强度，三江航道可以安全通航。

2号船闸采用左右两条输水主廊道，闸室底板上布置三区段纵向、横向支廊道的输泄水系统方式。

运行实践，2号船闸一次充水、泄水量达28.6万立方米，可在12分钟内完成。

充、泄水时闸室内水体平稳，随水体升降的船舶停泊安全；廊道内的充泄水阀门也没有产生有害的水力现象，阀门的振动和气蚀现象不明显。

船闸人字门单扇门页宽19.70米，高34.0米，承受的水压力1万吨，是当时世界上最大的人字闸门，人字门需要的启闭力和启闭机都是世界上最大的。

通过研究和试验，解决了结构强度，闸门启闭时门叶刚度和加工制造安装等问题；通过研究，得出了船闸人字门的外阻力曲线和齿轮传动的四连杆启闭机的能力曲线互相适应的结论。

使启闭机的设计、制造有了可靠的依据。

根据28年的统计资料，船闸运行已10多万闸次，除在通航初期发生过一些一般事故外，随着各项设备的进一步调试、缺陷的改进和管理运行水平的提高，1984年以后达到了正常通航要求，而且超过了设计规定的通航保证率。

28年来运行情况表明，每年汛后，三江引航道进行2～3次冲沙，每次冲沙历时7～10小时，可以利用宜昌港到、发船间隙时段进行，基本做到了不断航，辅以少量机械清淤，维护了航道畅通，动水冲沙的效果良好。

第四，电站厂房的关键技术，主要是立足国内自制低水头大容量的机组和电站引水防沙问题。

首次研制成功单机容量17万千瓦的机组，转轮直径达11.3米，4个叶片，几经试验，最后采用不锈钢叶片，开创我国水轮机叶片用不锈钢材料的先河，制成2台安装在二江电站。

当时制造厂家认为这种机组的安全运行水头只能保证到23米，但葛洲坝电站在单独运行期间最大水头为27米，为此，又研究制造了12.5万千瓦的机组，转轮直径10.5米，5个不锈钢叶片，共安装19台。

经多年运行考验，两种机组均安全可靠，并有相当潜力。

事实证明，依靠我国自己的力量，只要精心组织，加强科研，精心设计，精心制造，可以生产出先进水平的优良设备。

为防止厂前淤积和粗砂过机，通过类似情况已运行电站的原型观测和多种模型试验，采用先导后排的措施，28年来机组运行的实践表明，电站引水防沙无异常情况，机组叶片磨损程度轻微。

第五，实现胜利截流，安全导流，是施工的关键问题。

高达5200～7300立方米每秒的截流流量和高达86000立方米每秒的导流流量，必须有足够大的过水出路，并不致太多壅高上游水位，以免恶化本已很困难的截流条件和大流量导流时危及工程安全。

这是一个与枢纽布置密切联系的问题，也是制约枢纽布置的重要因素。

按河势规划要求，挖除葛洲坝岛，增加二江泄水闸孔数后，创造了综合解决适应主流、满足泄洪、排沙，减轻导截流困难的条件。

围堰建成的当年（1981年7月），工程经受了72000立方米每秒大洪水的考验，一期工程和大江围堰均安全无恙，实现了大江围堰连续6年挡水，使工程提前通航发电，提前受益。

施工中，不断创造的高强度施工技术，将我国水利水电工程的施工水平，推上了一个新的高度。

土石方的开挖、运输和填筑，混凝土砂石系统、拌和制冷系统和运输起重浇捣系统，均实现了综合机械化一条龙作业。

土石方开挖量达900万立方米，混凝土年浇筑量达202.9万立方米，金属结构年安装量达2万多吨，水轮发电机组达到一年安装6台。

这些指标至今仍属全国首位。

此外，还创造、推广了不少新技术，如温度控制实现了出机口混凝土的温度达到7℃的“七度工程”，爆破方面广泛采用预裂爆破、孔间微差爆破技术等，加快了开挖进度，提高了保留岩体的完整性。

第六，在运行方面本着严格、细致的精神和态度，掌握了规律，积累了经验，使葛洲坝工程技术水平进一步得到提高，实现安全发供电，船闸全年正常通航。

这些成就，说明我国在水利水电建设中的科研、勘测、设计、施工、制造、安装、运行管理各方面都跃上了一个新水平，确实为三峡工程的建设积累了宝贵的经验，也表明我国的水利水电建设者们有能力依靠自己的力量和智慧，结合工程实际，吸取国外有益的科技成就，进一步治理开发好长江。

三、水库移民安置的新经验

我国人多地少，水库淹没带来了移民安置问题。

由于过去在水利建设中存在重工程轻移民的倾向，一般用经济赔偿损失的概念处理，带来了移民生产生活中不少遗留问题，各级政府都感到头痛难办，移民问题已成为制约水资源综合利用的拦路虎。

葛洲坝工程在处理移民问题上，虽然移民的数量不大，但吸取了丹江口水库等移民中的经验教训，比较自觉地把移民工作当作工程建设中的大事来抓。

几次进行现场调查，作出安置规划，按解决移民生产生活的实际需要，实事求是地估列了移民投资。

安置方针采用部分外迁和部分就近后靠两种办法。

对安置区的建设作出了全面安排，包括银盘湖区围垦开发的基础设施、技术培训，以及生活方面的口粮、烧煤、饮用水、用电、医疗、学校、交通等问题，都列有必要的经费，按计划使用。

由于生产生活条件较原来改善，外迁移民定居较稳定。

就地后靠安置占库区移民的大多数，同样采取对移民生产、生活全面负责的精神。

创新的提出“开发性移民”方针,利用移民投资，发动后靠移民改造荒山荒坡、兴建供水工程、兴建交通道路等。

葛洲坝移民安置成功的实践证明，被视为畏途的移民问题，只要讲清局部与整体的关系、小利服从大利的道理，制定合理的经济政策，对库区群众的生产和生活，以负责到底的精神，认真安排、细致组织，是完全可以做到妥善安置，得到广大移民的拥护的。

四、搞好工程建设的同时，做好生态与环境保护工作

从工程规划开始，就将兴修水利要“三救”（救船、救鱼、救木）摆在很重要的研究位置。

不但解决好了坝区上下游范围的顺利通航问题，还研究解决了库区回水变动区溪口滩与库尾臭盐碛滩因泥沙淤积可能造成的碍航问题。

这方面研究成果和积累的技术，也是大大提高我国泥沙研究水平的组成部分。

重视文物的保护和利用，由国家投资将屈原庙移迁到长江边，并扩大了规模，保护重修了黄陵庙，并将受淹的三斗坪镇迁到黄陵庙附近。

通过河流模型试验，在不影响水流泥沙淤积的条件下，利用葛洲坝工程开挖的弃渣沿宜昌市岸边堆出面积30多万平方米的滩地，现已开辟为一个大型宜昌外滩公园。

此外，大坝建筑物十分重视建筑艺术设计。

这许多措施的实施，大大地改善了库区、坝区和宜昌市的环境，增添了不少旅游景点，吸引着日益增多的游客。

第四节关键技术对三峡工程中的作用

如上所述，葛洲坝工程成功地解决了一系列复杂的科学技术难题，积累了多方面的经验。

如工程河势规划和泥沙问题，复杂工程地质条件下的工程基础处理问题，大型泄水闸消能防冲问题，高水头大型船闸设计施工与管理问题，大型低水头水轮发电机组设计制造与运行管理问题，大型金属结构设计制造和安装问题，大流量截流及深水围堰设计及施工问题，混凝土高强度施工技术和大型水利水电工程施工管理问题等，实实在在地为兴建三峡工程做了实战准备，其关键技术在三峡工程得到应用和发展。

一、枢纽布置问题

三峡工程枢纽总体布置设计进行了大量分析和模型试验研究工作，并借鉴葛洲坝工程实践经验。

综合考虑坝址自然条件和利于泄洪、排沙、通航、发电以及便于导流、截流和提前发挥发电效益等因素，优选枢纽布置，将泄洪建筑物布置在河床中部，电站厂房分别布置在泄洪坝的左右两侧，泄洪深孔高程较两侧电站进水口低20米，以利主泓泄洪排沙；在左、右岸电站厂房设排沙孔，可分别排泄各自厂前的泥沙；通航建筑物布置在左岸，远离大坝泄水建筑物和电站，较好地解决了通航建筑物与发电、防洪的关系和坝区泥沙淤积与通航水流条件等问题。

二、高水头大型船闸关键技术问题

三峡工程通航建筑物设计按年单向下水货运量5000万吨，客运量390万人次，其规模和尺寸与葛洲坝工程通航建筑物相匹配。

两线船闸的闸室有效尺寸与葛洲坝工程的1号、2号船闸相同，即280米×34米×5米（闸室有效长度×有效宽度×闸槛上最小水深）。

一级升船机承船厢有效尺寸与葛洲坝3号船闸相同，即120米×18米×3.5米（有效长度×有效宽度×厢内水深）。

三峡工程通航建筑物航道泥沙淤积的特点是：

水库运行初期泥沙淤积量较少，后期淤积量较大；一般年份淤积量比大水多沙年少，淤积主要发生在汛期，口门内淤积量比口门外少。

三峡工程吸取了葛洲坝工程的实践经验，结合其实际条件，采用综合防淤、清淤措施，解决了引航道泥沙淤积碍航问题。

通过大坝泄洪深孔和电站冲沙孔，将坝前的大部分泥沙排往大坝下游；在上、下游引航道临江侧修建防淤隔流堤；将位于升船机右侧用于施工通航的临时船闸改建成冲沙闸，并辅以机械松动及降低下游水位进行冲沙；采用自航式高性能挖泥船挖除口门内外未冲出的淤沙等。

下阶段将进一步研究适当加大冲沙流量的可行性。

三峡双线五级船闸是当今世界水头最高、闸室及闸（阀）门最多、运行情况最复杂的船闸，其技术也较葛洲坝船闸复杂，设计、施工难度较大，葛洲坝船闸设计基本理论、研究方法和工程经验，在三峡船闸建设中发挥了重要作用。

三峡船闸为防止阀门段空化，经过大量的分析研究及试验验证，采取以降低阀门段廊道高程、增大淹没水深、提高门后压力为基本措施，同时辅以门后廊道突扩体型、快速开启阀门及门楣设置负压板自然通气等技术，防止发生空化。

在总结葛洲坝船闸实践经验的基础上，对三峡船闸大型人字闸门门体结构、材料等进行了多项技术革新，并充分考虑疲劳应力对结构的影响和应对措施。

输水系统工作闸门参照葛洲坝船闸选用反向弧门，将其下游面板改用不锈钢复合钢板，以提高面板抗气蚀破坏的能力，延长使用寿命；在门楣及底坎设通气孔，以防止或减弱阀门面板及底缘的空化；阀门支铰则采用自润滑轴承。

三、大流量截流及深水围堰关键技术问题

三峡工程大江截流技术在葛洲坝工程经验上有较大的发展。

截流最大水深60米，居世界首位，截流设计流量14000～19400立方米每秒，实际截流流量8480～11600立方米每秒，居世界截流之冠。

截流龙口段设计和实际施工中，重视将水力学计算、水工模型试验、水文预报和原型水文观测工作紧密结合，互为补充，保证截流方案的合理性和可靠性，并有效地指导截流施工，创造了日抛投强度194000立方米的世界记录，确保了截流龙口顺利合龙。

三峡深水围堰形式参照葛洲坝大江围堰，采用两侧石渣块石堤及中部风化砂堰体，设二排混凝土防渗墙上接土工合成材料心墙方案。

上游围堰最大高度82.5米，防渗墙最大高度74米，堰体填筑总量590万立方米，防渗截水面积8.21万平方米，拦蓄洪水量20亿立方米。

成功地解决了堰基淤砂层的稳定问题、深水抛填风化砂中造孔槽壁稳定问题，复杂地基及深槽陡岩造孔成墙技术、防渗墙体材料及其墙底透水岩体帷幕灌浆技术等问题。

表明我国水利水电工程截流及深水围堰设计施工技术已达到世界先进水平。

四、大坝混凝土高强度施工技术

三峡工程初步设计混凝土总量达2794万立方米，年最高浇筑量为410万立方米，月最高浇筑量为46万立方米，均为当今世界之最。

三峡主体建筑物与葛洲坝工程一样，孔洞多，结构复杂。

大坝坝体尺寸大，设计允许大坝基础混凝土最高温度较严，混凝土温控防裂难度大。

大坝混凝土施工选用以塔带机为主并辅以大型门塔机浇筑方案，从常规的门塔机吊罐入仓浇筑改用混凝土从拌和楼出机口用胶带机输送经塔带机直接入仓浇筑。

大坝混凝土浇筑设备布有6台塔带机，4台胎带机，2台MQ2000型门机，1台K-1800型塔机，2台25吨摆塔式缆索起重机。

混凝土施工创年最高浇筑量542.85万立方米，月最高浇筑量55.35万立方米，创造了世界水利水电工程混凝土浇筑最高量记录。

三峡工程在总结葛洲坝工程生产7℃预冷混凝土实践经验的基础上，首创在混凝土拌和系统采用二次风冷骨料新技术。

制冷系统装机总容量达77049千瓦，为当今世界规模最大的低温混凝土生产系统。

三峡工程混凝土优选原材料：

使用具有微膨胀性质的中热525号水泥；选用减水率18%以上的高效减水剂，以降低混凝土用水量；混凝土掺引气剂，以提高其抗冻标号；使用Ⅰ级粉煤灰，降低混凝土用水量，改善混凝土性能。

优化混凝土配合比，减小水胶比，在满足混凝土设计指标前提下，加大粉煤灰掺量。

大坝混凝土温度控制采用综合措施：

优化混凝土配合比，提高其抗裂性能；控制坝块混凝土最高温度，混凝土配合比中减少水泥用量，高温季节浇筑低温混凝土，并设法减小温度回升；选用合理的分缝，限制坝块尺寸；采用合适的浇筑层厚及间歇期；混凝土收仓后加强养护，连续养护时间28天；埋设冷却水管，初期通6～8℃制冷水，通水时间15天，每年9月初开始对当年高温和较高温季节浇筑的坝体混凝土进行中期通水，通水时间1.5～2.5个月，使坝体混凝土温度降至20～22℃；加强混凝土表面保温，防止受气温骤降而产生裂缝。

大坝混凝土施工中实施全过程温控防裂技术，采用的温差标准及综合防裂措施均达到或超过国内外先进水平，成功地解决了夏季大规模浇筑大坝基础约束区混凝土的难题，至今尚未发现大坝混凝土产生基础贯穿裂缝。

第五节技术总结及工程对技术进步的意义

葛洲坝水利枢纽在防、排沙设计理念，深层软弱夹层的处理方案，低水头、大流量泄水闸的消能防冲，大型泄水闸双扉门的设计，低水头、大机组径流式水轮机设计方面以及高水头大型船闸的设计方面取得的创新，不仅解决了工程自身的难题，而且为同类工程提供了很好的借鉴价值。

枢纽长期的运行充分证明：

枢纽发挥了巨大的经济效益和社会效益。

兴建这一闻名中外的水利枢纽工程，决策正确，设计优秀，质量优良，运行有效。

这一切，都记载着设计、科研、施工和设备制造、安装等单位广大水电工作者的巨大贡献，都展示着运行管理单位科学管理、精心维护的硕果。

葛洲坝水利枢纽的成功建设和运行，为三峡工程的建设管理积累了宝贵的经验，也将我国水利水电工程技术水平推上了新的高度。