麥卡水電站
Mica Hydro power Station
概 述
麥卡水電站位於加拿大境內哥倫比亞(Columbia)河上游，在加拿大哥倫比亞省雷夫爾斯托克市以北135km處。工程以發電為主，同時還承擔為下游電站調節水量和防洪的任務。擋水大壩為斜心牆土石壩，最大壩高244m。水庫總庫容247億立方米；電站總裝機容量261萬kW。工程於1965年9月動工，1976年12月首批2台機組投入運行，工期約11年。
水文地理
壩址位於落基山西部山嶺起伏的冰川地帶中，為較寬的"U"形河谷，河谷兩岸山坡陡峻。基岩為前寒武紀晚期變質岩，主要岩石是雲母頁岩、花崗片麻岩。兩岸大部分為薄層砂、礫石、冰磧土和山麓堆積物所覆蓋，山坡上、特別是右岸常見有岩石露頭。岩層一般傾向下游，傾角20°～30°，有許多小斷層，其中大多數為堅硬、脆性糜棱岩所充填，岩石除了靠近地表的以外，都比較密實。河谷底部沖積層厚達27.45m，其中上部15.25m中夾有大量粉砂透鏡體。另有18.3m很密實的冰川沉積層，局部下伏有薄層礫石，礫石層以下為基岩。地震烈度為7～8度。 壩址控制流域面積2.13萬平方公里，年平均徑流量18億立方米 。實測最小流量60立方米 /秒，實測最大洪水3650立方米 /秒。平均流量590立方米/秒。水庫正常蓄水位754.9m，最大可能洪水超高3m，最低水位707.6m，水庫總庫容247億立方米 ，有效庫容148億立方米。設計洪水按可能最大洪水7000立方米/秒設計。
樞紐布置
工程主要包括大壩、右岸地下廠房、左岸泄水底孔、中孔泄洪洞和溢洪道等。斜心牆高土石壩，壩頂高程762.5m，頂長792m,頂寬33.5m。上游壩坡1∶2.25；下游壩坡上部為1∶1.5，下部為1∶2。壩軸線稍向上游彎曲，曲率半徑為305m。防滲心牆布置在壩中心部位，微向上游傾斜，迎水面坡1∶0.4，背水面坡1∶0.1，採用冰磧土作為心牆防滲料。此外，為防止壩的上部發生裂縫，在心牆頂部上下游側增加一段較厚的過渡層。過渡料為壓實砂卵石或塊石，壩殼料取自壩址開挖料。壩體體積為3211萬立方米 ，其中心牆料約350萬立方米。左岸設有岸邊溢洪道，進口用3孔12.2m×12.7m弧形閘門控制，最大泄量4250立方米/秒。陡槽斷面為矩形，上游段寬43m，向下游逐漸縮窄，經240m後收縮至21m，再向下寬度不變。陡槽底板襯砌厚61cm，用錨桿與基岩聯結。陡槽底板下設排水系統，縱向排水廊道寬1.2m、高2.1m，並與溢流堰的灌漿廊道相通；橫向排水系統，沿水流方向每隔6m設一道。 左岸2條直徑13.7m的導流隧洞在後期改建為泄水底孔和中孔泄洪洞。泄水底孔的主要任務是在水庫蓄水過程中為下游供水。在180m水頭下，洞內流速將達52m/s左右。為了降低流速，避免洞底空蝕破壞，採用了有壓消能工，並在洞內修建2座混凝土塞，間隔104m，上游塞長49m，下游塞長37m。在上游塞內裝3根鋼管，按"品"字排列，各由2扇2.3m×3.5m高壓平板滑動閘門控制。在下游塞內裝3根鋼管並排布置，分別由1扇閘門控制。水流進入上下游混凝土塞之間的擴散室，在這裡摻混消能。流速可由52m/s降至35m/s。3孔最大泄量達850立方米 /秒。"孔板"使隧洞底板處於"超空穴"狀態，免受蝕損，是工程水力學方面的重要創新。 中孔泄洪洞的任務有3項：輔助表面溢洪道泄洪；降低庫水位；在有效庫容範圍內向下游供水。主要組成部分包括進水渠；76.25m高的進水塔，塔內設2條矩形水平管道，各由一扇3.05m×5.5m的定輪平板閘門控制；一條直徑9.15m用混凝土襯砌的傾斜式明流隧洞；隧洞出口處的挑流鼻坎等。自庫水位至反弧段以下的水流最大落差達197m，最大泄量1040立方米 /秒，最大流速達50m/s。設計中的一個重要特點是，為防止空蝕破壞，在進口閘門下游和反弧段末段將下游斷面突然擴大，分別形成高2.75m和4.5m的挑坎，使水流自由射出，並在自由射流處布置斷面為17.76平方米的通氣洞，讓自由射流的邊界摻氣後，再與下游洞壁接觸。 麥卡水電站，採用地下廠房，主廠房埋深245m,寬24.5m、高44m、長236m，6條壓力管道直徑8m、長270m;變壓器室寬12.5m、高12.2m、長183m，2條尾水隧洞寬15.2m、高18.3m、長361m和457m。 主廠房靠近水庫，單機單洞引水。最終裝機6台，總裝機容量達261萬kW。水輪機為混流式，最大水頭180m，最小水頭127m，平均水頭170.7m，單機額定容量43.79萬kW，轉速128.6r/min。發電機為傘式，每台額定出力43.5萬kW。 工程施工 麥卡壩採用隧洞全年導流，1965年9月開始打導流洞，2年完成。1967年11月截流，1968年5月圍堰完成。1969年3月大壩開始施工，1972年11月大壩完成，1973年3月29日水庫開始蓄水。岸坡和河床部分的基礎開挖和清理共開挖岩石約46萬立方米 及覆蓋層230萬立方米。壩體填築量3211萬立方米 ，工期約45個月，大壩填築年、月、日平均強度分別為820萬、115萬、4.1萬立方米，年、月、日最高填築強度為1000萬、140萬、6.1萬立方米 。高峰施工人數1620人，造價1.36億美元。地下廠房開挖量約74萬立方米，工期16個月，高峰施工人數1500人，月平均強度為4.4萬立方米，最高月強度為5.9萬立方米 。水電站每千瓦造價約200美元，總造價約5.2億美元。 2條導流隧洞布置在左岸，圓形斷面，直徑13.7m，長度分別為893m和1093m，採用混凝土襯砌，隧洞及其進出口總開挖量達115萬立方米。導流隧洞設計流量4250立方米 /秒，相當於百年一遇洪水。施工中曾出現3640立方米/秒。 修築了上下游兩座圍堰之後，於1967年11月截流。設計截流流量為570立方米 /秒，實際為230立方米 /秒。上、下游圍堰均採用雙戧截流，在兩條堆石堤之間倒冰磧土閉氣，直至堰身高於水面並形成鋪蓋，然後就採用常規的碾壓填土法將圍堰繼續加高至最終高程。在每座圍堰的內截流堤坡腳設定了一排管井，用以攔截圍堰下面沖積層中的滲水。圍堰與壩體相結合，上游圍堰高出河床30.5m，上、下游圍堰共填築76.5萬立方米，在冬季施工，五個月完成。每一鋪層厚25cm，碾壓4遍，在含水量為8.7%的情況下（最優含水量為9.4%），乾密度達2.1t/立方米 。在基礎上1m以內，要求含石最大粒徑不超過8cm，含水量要比最優含水量高1%～3%，達到心牆主體同樣的密度。對砂卵石內壩殼採用10t振動平碾，層厚30cm，碾壓4遍；在外壩殼和水位升降區層厚60cm，碾壓4遍；內壩殼在靠近心牆6m以內，層厚15cm，碾壓2遍。對砂卵石料的含水量沒有嚴格的規定，可以根據需要增減。砂卵石實際壓實後的乾密度平均為2.36t/立方米（試驗室為23.7kN/立方米 ）。對壩殼堆石部分與砂卵石同樣碾壓。壩坡護面塊石規定從1.5～3m的高度拋卸，不需碾壓。一般氣溫在0℃以下不填料，心牆在次年春天開始施工時，必需等到面部30cm已完全解凍。大壩主要施工機械375台，裝料機械為8台斗容10.7立方米 的前翻式裝載機和73台120t底卸式拖車，石方開挖一般採用風動履帶鑽車鑽孔，孔徑64mm，每班進尺100m。麥卡壩每日兩班，每班10h。每周工作6d。 地下廠房的施工特點是：使用大型專用施工機械，採用控制爆破和預裂爆破；利用噴錨支護作為永久支護。地下廠房施工共配備3350台大型施工機械。洞室開挖多採用分層鑽爆法。
