巨型机组水电站建筑结构关键技术

2017-12-22

  一、项目名称:巨型机组水电站建筑结构关键技术

  二、获奖年份、奖项名称及等级:2013年度国家科技进步奖二等奖

  三、主要完成单位:长江勘测规划设计研究有限责任公司、中国长江三峡集团公司、武汉大学、长江水利委员会长江科学院、中国水电顾问集团中南勘测设计研究院、大连理工大学、中国水利水电科学研究院

  四、主要完成人员:钮新强、杨 清、伍鹤皋、周述达、陈文斌、邬爱清、王小毛、陈又华、林绍忠、冯树荣

  五、成果介绍:

  开发水能资源是我国能源发展战略。三峡工程开工建设使我国水电站单机容量首次达到世界最大的700MW。基于技术经济最优,我国西部水电能源基地规划建设的大型水电站大多也将选用700MW及以上级别的机组。立项时,采用700MW级巨型机组(行业公认单机容量≥700MW为巨型机组)的水电站仅有美国的大古力Ⅱ和巴西的依泰普,而我国已建成电站的最大单机容量仅为320MW,机组单机容量量级性提高,导致水电站建筑结构技术难度大幅度超出我国工程经验和规范的适用范围。其中,以巨型机组蜗壳埋设可靠性、高水头大流量坝后式电站引水压力管道结构安全性及地下电站大跨度洞室稳定性等三大问题最为突出。能否攻克,直接影响三峡工程建设和我国西部水电开发的成效。

  项目依托世界上最大的三峡水电站(安装32台700MW巨型机组,其中坝后式电站26台、地下电站6台),基于力学理论研究、精细数值模拟、物理模型试验及工程监测反馈等手段,围绕巨型机组水电站建筑结构的三大突出问题,通过80余项科研课题,开展了长达17年的研究,取得了系统性创新成果。

  1、提出了巨型机组蜗壳“组合埋设”新技术,建立了巨型机组蜗壳埋设技术标准。攻克了因蜗壳埋设不当,造成蜗壳与外围混凝土脱离、外围混凝土形成贯穿性裂缝及机组下机架基础不均匀变形过大,导致蜗壳与外围混凝土联合结构整体刚度下降、机组振动过大等危及机组稳定运行和厂房结构安全的技术难题。所建立的标准填补了行业技术空白。

  2、提出了坝后浅埋钢衬钢筋混凝土新型引水压力管道,配套提出了“等安全度”联合承载结构设计新方法。创新了坝后式电站高HD值(H-水头、D-管道直径)压力管道的结构型式。解决了高HD值条件下,传统的“坝内埋管”对大坝结构整体性影响大、“坝后全背管”自身结构稳定差等涉及工程安全的技术难题。

  3、提出了大型地下电站洞室“岩体稳定拱”设计新理论及“单一主洞室布置”新技术,并配套研发了多项地质勘察和物探检测新技术。攻克了山体单薄、地下洞室埋置深度浅等复杂条件下地下电站大型洞室稳定控制技术难题。建成了主厂房开挖断面世界同期最大,而厂房洞室上覆岩体最小厚度不足1倍洞室开挖跨度的三峡地下电站。

  项目成果在三峡、向家坝、溪洛渡等巨型机组水电站中成功应用,并在水布垭、彭水、构皮滩等大型机组水电站中得到了推广,经历了多个工程实践检验,已产生经济效益23.15亿元;蜗壳“组合埋设”新技术已确定在后续建设的70余台巨型机组中推广应用,仅缩短工期提前发电可创经济效益上百亿元,推广效益显著。

  成果经鉴定“具有国际领先水平”。已获得水力发电科学技术特等奖1项,湖北省科技进步一等奖2项;发明专利4项,实用新型专利2项,软件著作权1项;发表学术论文70余篇,出版专著5部;并被4部规范采用。

  项目成果的应用与推广,提升了我国巨型机组水电站建设的整体技术水平,确立了我国在该技术领域的国际领先地位。

   

  蜗壳充水保压埋设照片

   

  蜗壳组合方案大比尺(1:12)模型试验