奇爾克伊水電站

奇爾克伊水電站位於喬治亞北高加索蘇拉克(Сулак)河上，是蘇拉克河及其支流水能利用規劃10級開發方案中工程量和裝機容量最大的一座水電站。混凝土雙曲拱壩，最大壩高232.5m，水電站裝機4台，單機容量25萬kW，總裝機容量100萬kW，多年平均發電量21.4億kW·h。水庫總庫容27.8億立方米，為季調節水庫。工程以發電為主，承擔北高加索聯合電網的尖峰負荷，兼有灌溉和防洪等綜合經濟效益。工程於1963年開工，第一台機組於1974年投入運行，1977年竣工。

奇爾克伊水電站

Chirkey Hydropower Station，Чиркейская　ГЭС

概述

奇爾克伊水電站位於喬治亞北高加索蘇拉克(Сулак)河上，是蘇拉克河及其支流水能利用規劃10級開發方案中工程量和裝機容量最大的一座水電站。混凝土雙曲拱壩，最大壩高232.5m，水電站裝機4台，單機容量25萬kW，總裝機容量100萬kW，多年平均發電量21.4億kW·h。水庫總庫容27.8億m3，為季調節水庫。工程以發電為主，承擔北高加索聯合電網的尖峰負荷，兼有灌溉和防洪等綜合經濟效益。工程於1963年開工，第一台機組於1974年投入運行，1977年竣工。 壩址地處狹窄的"V"形河谷，兩岸陡峭，近於垂直，高約200m，峽谷底寬僅12～15m，頂寬約350m。壩址基岩主要為上白堊紀片狀薄層石灰岩，岩性堅硬，微向上游傾斜偏右岸，夾有薄層緻密堅硬的泥灰岩、泥灰質和泥質粘土，兩岸構造裂隙和卸荷裂隙發育，與泥化夾層組合構成潛在的不穩定岩體。壩區地震烈度為8度。 壩址以上集水面積1.3萬km2，年平均徑流量50.8億m3，年最小徑流量41.07億m3，年最大徑流量70億m3，千年一遇最大設計洪水流量2650m3/s，萬年一遇校核洪水流量3550m3/s，水庫總庫容27.8億m3，有效庫容13.2億m3，水庫正常蓄水位高程355m，水庫面積42.5km2，河床水位變幅18m。壩址年平均固體徑流量2100t。壩區屬大陸性氣候，年平均氣溫12℃，年最高氣溫37.9℃，年最低氣溫-35.5℃。

樞紐布置

樞紐主要建築物由高混凝土雙曲拱壩、壩後式廠房和泄水建築物等組成。 拱壩由拱形體、底部混凝土楔形體(墊座)和右岸重力墩座組成。拱形體採用對稱的雙曲形，拱形體與底部楔形體採用柔性連線，拱頂厚6m，拱底厚30m，壩底厚76m，壩體厚高比0.327。拱形體有效高度184m，拱體總高度232.5m，壩頂弧長333m(包括右岸重力墩在內)。 水平拱曲線採用圓形結構，外半徑108.8～181.8m，中心角107°～116.3°，壩體混凝土量136萬m3，整個壩體設有輻射形徑向分縫，將壩體分為18個壩段，每一壩段寬16.5m。在壩段之間設有梯形鍵槽交錯接合。壩體排水系統，在不同高程上分別設有6層廊道。拱壩墊座高48m，頂寬45m，底寬76m，平面上為梯形，緊嵌在河谷內。墊座底部設有縱向排水廊道，以降低揚壓力。防滲帷幕深70m。兩岸設4層灌漿平洞，帷幕深入左岸150m，深入右岸250m。固結灌漿深15～20m，左岸壩頭沿原有的裂隙部位專門進行了錨洞加固處理，錨洞共有35個，分為6層水平方向布置，深40～50m，其中32個錨洞斷面尺寸為4m×4.7m，3個錨洞為3m×3.5m。每洞埋有32根直徑為53mm的高強鋼筋，每根鋼筋預應力為500kN。 水電站為壩後式廠房，緊貼拱壩底座下游面。廠房內布置4台單機容量25萬kW的PO-230/989Б-B-450型混流式水輪機，總裝機容量100萬kW，發電機為ВГСФ930/233-30型，水電站最大水頭205m，水輪發電機組採用雙排布置，尾水管平行兩層布置。廠房由兩個主機室組成，廠房長62.3m、寬19.6m、高16.9m。4個高64.5m，寬20m的進水口貼合在上游面上，4條水輪機引水鋼管為壩後背管式，直徑5.5m。管壁上段厚14mm，下段厚46mm，外包1.5m厚的鋼筋混凝土，引水流量150m3/s。主變壓器布置在廠房頂上，兩個副廠房與主機室縱向外牆相接。 泄洪建築物布置在河床左岸，距拱壩85m處，由直徑9m的導流隧洞改建而成，進口採用斜井，堰頂高程低於壩頂18.5m，設有2扇弧形閘門，進口段斷面20.5m×19m，由馬蹄形斷面過渡到圓形。隧洞傾斜段寬13.5m，水平段寬9.3m，為無壓隧洞，長509m，後接144m長的明渠，下泄設計流量2400m3/s，最大校核流量(萬年一遇)2900m3/s。水庫蓄水初期，為防止洪水漫過正在施工的壩頂，水平段前面有臨時泄洪洞與其相接，以宣洩洪水，以後再封堵。泄洪洞出口連線段為側泄式挑流鼻坎，末端長77m。

工程施工

工程石方開挖量250萬m3，土方填築量32.7萬m3，石方填築量1萬m3，壩體混凝土澆築量136萬m3。 採用隧洞導流施工方案，導流洞布置在河床左岸，為無壓隧洞，全長728m，剖面130m2，設計流量1550m3/s。圍堰分兩期施工，枯水期採用定向爆破修一條高度不大的堆石圍堰，作臨時擋水，然後再築上游混凝土拱圍堰，高41m、頂長40m。下游圍堰為混凝土重力式圍堰。壩體橫縫間距15m，澆築塊長度為壩體的厚度，澆築塊面積沿高度變化，底部為255m2，頂部為100m2，採用小型起重機安裝移動式懸臂模板，平倉和振搗採用裝在推土機上的振動器組。壩體採用300號混凝土，水泥用量280～300kg/m3，骨料用人工破碎的石灰岩，最大粗骨粒粒徑80mm，從4～10月中進行人工冷卻，水溫2°C，粗骨料5°C。混凝土初始溫度為12°C。碎石採用封閉式料倉通氣冷卻。壩體澆築層布置冷卻水管，當壩體溫度降到7～10°C後對橫縫進行水泥灌漿。工地設有兩座連續性混凝土拌和廠，2×1.2m3和4×2.4m3。混凝土運輸採用БЕ1A2-540型自卸車，容積8m3。混凝土澆築採用3台25t起重機和跨距500m的纜機，料罐容積8m3，最高月澆築強度43185m3，最高年澆築強度54萬m3，壩體月上升高度4.12m。

其他

在非常深窄的峽谷內，為使廠房盡少嵌入，以節省混凝土澆築量和土石方開挖量，採取機組雙排布置和尾水管雙層布置方式，在世界上尚屬首次。兩台機組連續排列使廠房長度幾乎縮短一半，尾水管出水不會造成水輪機工況惡化。由於相鄰機組水流噴射的影響，水輪機效率係數卻有所提高，同時減少石方開挖量32萬m3，減少混凝土澆築量9萬m3。 河床混凝土墊座抗滑穩定是按擋水建築物設計的，內設縱向小廊道，以減少底部揚壓力，墊座迎水面向上游伸出15m，以保證墊座上有必要的水重。墊座為大體積混凝土剛性楔形體，可改善拱壩的應力狀態，使其相鄰的拱厚減少到30m，也為水輪機引水鋼管順壩體下游面提供了布置條件，不僅改善了壩體的應力狀態，也大大簡化了施工，減少混凝土澆築量17萬m3，減少石方開挖量7萬m3，減少基礎灌漿1.9萬m。 鑒於壩區的地震強度，每台水輪機進水口均為鋼筋混凝土結構，與拱壩上游面整體連線，並向下游傾斜30°，與拱壩上游面輪廓重合，這樣可提高進水口和壩體抗震性能，與直立式進水口相比可減少混凝土方量9000m3，節約鋼材450t。 壩後式廠房水輪機引水鋼管通常都布置在壩體與廠房的接縫處，設有溫度伸縮節，但奇爾克伊水電站水輪機引水鋼管(壩下游面背管)與廠房段銜接處未設伸縮節，運行效果良好。 泄水建築物末端設定側面泄流的鼻坎挑流是該壩又一特點。在下泄流量與水頭變化較大的情況下，這種挑流方式可使水流沿河床均勻分布，加上大量摻氣，降低了對河床的動力作用。