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“一洞两用”巧破泥沙难题
刘家峡水电厂洮河口排沙洞及扩机工程投运在即
2018-01-25 10:31  · 来源:中国能源报  · 作者:  · 责编:发电

  黄河西来决昆仑,高峡平湖聚安澜! 

  九曲黄河在刘家峡成就了经典。作为我国水电事业的代表作和里程碑,刘家峡水电站承载着几代中国人的骄傲和梦想闻名全国。 

  今天,这座共和国为之骄傲的水电站,以大智慧实现“一洞两用”,在一个泥沙含量世界第一的河流上巧破泥沙难题,让我们来一探究竟。 

  逐梦之由:“穿黄排沙”意深远 

  刘家峡水电站地处黄河上游,水库来水由黄河、洮河、大夏河三部分组成,电站坝址处的多年平均水量为273亿立方米,约占黄河总水量的60%左右,多年平均输沙量为8940万吨,占黄河总沙量的5%左右,其中以洮河区域水土流失最为严重,洮河来沙量占水库全部入库沙量的31%。 

  由于洮河流域严重的水土流失使大量泥沙进入库区,造成有效库容损失,并且大量泥沙推移至坝前,坝前淤积面逐年抬高,机组过机沙量逐年增大,造成水轮机过流部件严重磨蚀。同时,在洮河口黄河干流段形成沙坎,使得黄河干流河段过流能力不足,机组调整增负荷时,常引起坝前水位骤降,严重威胁机组安全稳定运行。 

  1986年,刘家峡水电厂联合设计科研单位针对洮河泥沙问题着手研究解决方案。经过14年的反复论证设计,2000年,该厂认为增建洮河口排沙洞及扩机工程对刘家峡水库长远发展来讲,有着十分重要的作用。建设后不仅可以通过“穿黄排沙”方式截排洮河泥沙,减少洮河泥沙对刘家峡水电站大坝和机组安全稳定运行的影响,同时利用排沙洞装机发电,使“一洞两用”,提高电站水能利用率,进一步提升电站的调峰能力。 

  2002年,国家发展计划委员会批复同意刘家峡洮河口排沙洞及扩机工程项目建议书,2004年可研报告通过水规总院审查。 

  2006年5月,洮河口排沙洞工程开工建设,工程先进行预留岩坎挡水的方式,完成岩塞段以下部分的工程施工,最后通过水下岩塞爆破方式完成通水。 

  2008年4月,洮河口排沙洞进口段岩塞爆破1:2模型试验爆破成功,从中获取了大量的经验和数据,为岩塞原型洞爆破提供了相应的经验和数据,为洮河口排沙洞岩塞正式爆破奠定了坚实的基础。 

  2011年8月,刘家峡洮河口排沙洞及扩机工程通过水规总院可研修编审查。 

  2012年6月,国家发展和改革委员会正式印发《关于甘肃黄河刘家峡水电站洮河口排沙洞及扩机工程项目核准的批复》(发改能源【2012】1936号),工程建设正式进入快车道。 

  2013年5月,刘家峡洮河口排沙洞及扩机工程被列为甘肃省重点推进的省列重大项目。 

  2014年10月,洮河口排沙洞工程最重要的岩塞爆破分部工程开工。 

  2015年9月6日,排沙洞进水口水下岩塞爆破一次成功,开创了国内大直径、高水头、厚淤积、大密度覆盖下的水下岩塞爆破先例。 

  2015年11月9日,洮河口排沙洞及扩机工程首台机组座环成功吊装,标志着工程进入主机安装埋设阶段。 

  2015年12月28日,洮河口排沙洞及扩机工程主厂房550吨桥机开始安装试验。 

  2016年10月28日,洮河口排沙洞及扩机工程8号机组转轮吊装圆满成功,工程进入机组安装阶段。 

  2017年11月10日,洮河口排沙洞及扩机工程8号机组一次性启动成功,工程进入机组动态调试和试验阶段。 

  2018年1月10日,洮河口排沙洞及扩机工程2台15万千万机组全部完成厂内动态调试和试验,具备投运条件。 

  筑梦之旅:深水爆破何其艰 

  洮河口排沙洞及扩机工程作为甘肃省重点工程,也是甘肃省最大的水电建设工程,把工程建设成示范工程、优质工程、品牌工程,这是工程所有建设者的共同心声。 

  作为洮河口排沙洞及扩机工程的关键环节,成功进行水下岩塞爆破将对工程起到决定性影响。由于洮河口排沙洞进水口处在水下70米,上覆淤泥厚度近30米,在如此高水头、高密度淤积的水下岩塞爆破,国内尚属首次。 

  如何做到岩塞爆破能够一次成功。2002年,刘家峡水电厂在国内多家设计院所调研,选择具备成功岩爆经验的设计单位,最终选择了当时在国内成功进行过岩塞爆破设计的东北水电勘测设计院进行岩爆设计。期间,该厂多次组织国内知名专家对设计方案进行充分论证,对设计方案和各项措施严格审查,尝试在正式爆破前先进行1:2模型爆破试验,以获得更为可靠有效的数据资料。 

  2008年,洮河口排沙洞进口段岩塞爆破1:2模型试验圆满成功,获得了大量水下爆破数据,数据分析显示:岩面线及泥沙淤积现状对水下爆破的影响问题,远比可研设计阶段预计的复杂。该厂对试验分析结论非常重视,组织有关专家认真分析总结试验的成败得失,不放过任何疑点。 

  2009年,为慎重计,该厂委托东北院地勘公司对洮河口水下河床进行详细勘察,发现水下岩塞上部分布有带状突起岩埂,淤泥层中含有大量崩落岩石,同时,通过对不同深度的淤积层进行取样分析,对淤积层的现状有了更深的认识。 

  针对这一新的问题,该厂与设计方再次开始进行数据论证,开展集渣坑及岩塞体稳定分析、评估,经反复测算后,通过爆破方式对带状突起岩埂逐步找平,扩大积渣坑容积量,彻底解决水下岩面问题。 

  设计问题解决了,但是施工问题又接踵而至。由于进水口预留段施工环境处于水下70米,洞内渗水量非常大,施工环境非常复杂,加之深井作业,洞内钢筋都无法正常焊接,作业难度之大远远超过设计之初。有些施工队伍见到如此艰难的施工条件,还没有开始洽谈,转身就走了,只留下相同的一句话:“根本干不了,太难了”。 

  在原施工单位退场,水电六局承担施工任务后,业主、施工、监理、设计四方人马通力协作,迎难而上,克服了种种艰难险阻。 

  进水口预留段作业处在40米的高空,洞内渗水量很大,通风条件很差,受地形和作业环境限制,只能采用短进深、小药量方式爆破开挖,药量控制非常严格,绝不允许超挖,而且每次爆破完之后脚手架破坏严重,需要花费大量时间重新搭设,比正常洞内开挖作业多用了整整4—5倍的时间和力量。特别是药室开挖难度更大,洞内只有1个人能进入作业,环境潮湿阴冷,对测量放线和控制精度要求极高,就是在这种“猫耳洞”式的孔内,作业人员克服了各种困难,圆满完成了进水口药室开挖工作。 

  2015年9月6日11时30分,洮河口排沙洞进水口水下岩塞一次爆破成功,顺利实现通水,开创了国内首例大直径、高水头、厚淤积、大密度覆盖下的水下岩塞爆破。 

  圆梦之为:严抓质量永不倦 

  “绿水青山就是金山银山”,奉献清洁能源是刘家峡水电厂的光荣使命。 

  随着经济进入全球化时代,经济发展和能源互联的关系越来越密切,时代呼唤在这里再建一座绿色能源基地。 

  根据甘肃电网的调峰容量平衡分析,2020年若考虑酒泉地区风电516万千瓦在甘肃电网消纳,按已建火电调峰率30%、新建火电调峰率35%考虑,缺调峰容量107.8万千瓦,刘家峡洮河口排沙洞扩机30万千瓦,可以作为调峰电源弥补调峰容量缺口,缓解甘肃电网并网新能源装机容量大电网调节困难的问题。 

  此次洮河口排沙洞扩机安装2台15万千瓦的混流式水轮发电机组,利用排沙洞做到“一洞两用”、“排浑发清”,既能保持排沙洞“门前清”,保证排沙洞正常运行,又可将排沙洞“门前清”水量重新用于发电,最大限度地提高电站水能利用率。 

  经估算,洮河口排沙洞及扩机工程投运后,多年平均发电量将达3.81亿千瓦时,如果按每千瓦时发电消耗350克标准煤计算,相当于节约燃煤13.3万吨,减少二氧化碳排放34.8万吨,减少二氧化硫排放11305吨,节能环保效果显著。 

  作为省公司2017年三大基建工程项目之一,省公司高度重视洮河口排沙洞及扩机工程建设进展情况,公司董事长、党委书记李明,总经理、党委副书记王江亭,公司副总经理王永平、毛光辉等多次深入现场检查指导工作,听取专题汇报,并做出重要指示。 

  刘家峡水电厂认真贯彻落实省公司要求,多次召开专题会议,认真研究各分项工程的施工特点、难点,并围绕施工中的质量、安全、进度、文明施工等问题,研究制订出多项切实可行的管理制度,从严、从细、从实努力将工程建设成为高质量、高标准的一流精品工程。 

  工程建设中,刘家峡水电厂紧盯投运目标节点,克服电缆退货、工程停工整改、施工人力不足等诸多不利因素,有力地推动了工程稳步向前。认真贯彻“从严管理、规范管理”要求,以本质安全为核心,大力整治施工现场习惯性违章和不文明行为。同时督促施工单位加大安全文明设施建设,现场安全文明标准化管理有了很大提升。加强质量监督管理,牢固树立“百年大计、质量为本”的观念,认真贯彻执行水电工程质量验收规范标准,确保工程零缺陷投运。 

  按照“谁主管、谁负责,管业务必须管安全”要求,及时修订完善现场反违章考核制度,建立违章记分台帐,督促施工项目部落实安全管理主体责任。认真落实同进出管理要求,严格遵循“违章即考核”原则,现场反违章和安全文明常态化保持有了较大提升,违章行为得到有效遏制。 

  此外,该厂认真组织学习水电工程建设管理相关法律法规、规程规范及国网公司水电管理相关制度规定,使风险管控、隐患排查治理、质量通病治理等质量安全管理工作得到进一步规范。同时,加强过程管控,坚持节假日值班制度,严格落实到岗到位制度,狠抓重大作业、隐蔽工程、关键工序的监督检查,使工程施工安全、质量管理可控、在控,没有发生一起安全质量事件,确保了工程安全有序进行。 

  2018年1月10日,洮河口排沙洞扩机工程2台15万千万机组圆满完成厂内动态调试和试验,标志着工程全面具备投运条件,并网在即。 

  十年一剑成大器,春华秋实梦终圆!今天,站在这样一个特殊的节点上,刘家峡水电厂将以更高的历史责任感和使命感,不懈努力,开拓进取,谱写出更加辉煌灿烂的新篇章!

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