朗斯普魯斯水電站

朗斯普魯斯水電站意譯為長雲杉水電站,是加拿大馬尼托巴省納爾遜(Nelson)河梯級水電站群中一個較大的梯級,位於溫尼伯市東北804km處,距下游萊姆斯通水電站(石灰岩水電站)23km,距上游凱特爾拉皮德水電站(壺灘水電站)18km。大壩為重力壩/土石壩混合壩型,最大壩高42m。電站裝機容量102萬kW。工程以發電為主要目的,1973年開工,1976年第一台機組開始發電,1980年全部機組投入運行。

朗斯普魯斯水電站

Long Spruce HydropowerStation

地理水文

壩址所在位置地勢平緩,河谷寬闊,屬於非連續性永久凍土帶,壩址處地層從含冰量最高的永凍土層變化到非凍結地層以及冰磧土覆蓋的軟弱沼澤。

壩址處年平均流量約為2300立方米/秒,洪峰流量為5900立方米/秒,枯水期流量為1000立方米/秒。水庫冬季最高水位362m,夏季最高水位358m。庫容2.77億立方米。工程按千年一遇洪水標準設計。

樞紐布置

工程從左岸起分別是北土堤,主壩北段、溢洪道、電站廠房、主壩南段,南土堤。在主壩南段下游有一段輸電塔式丁壩。

兩岸土堤向上游延伸近6.4km,土堤最大高度9.1m,由均質、半透水填砂築成,邊坡和堤頂採用碎石和拋石防護,迎水坡坡度為1∶4,背水坡坡度為1∶3,土堤填方量270萬立方米,為北美永凍土最大的填土工程。

工程主體建築物位於兩岸土堤之間的河床上,長1600m,河床以上淨高30.5m,壩體體積294萬立方米。主壩北段和南段為土石壩,北段上游坡度1∶2,下游坡度為1∶2至1∶2.25,南段上、下游坡度為1:2。中部河床壩段為混凝土重力壩,包括閘式溢流壩、河床式地麵廠房等。

閘式溢流壩泄洪能力為9500立方米/秒。廠房內裝機10台,單機容量為10萬kW,水輪機為5葉片定槳軸流式,最大水頭27.4m,設計水頭24m,額定出力9.9萬kW,轉速81.8轉/分,發電機為傘式,額定功率11.5萬kVA,功率因數0.85,出線電壓13.8kV。

工程施工

由於河床寬廣,導流工程分兩期進行。導流標準為20年一遇,設計導流流量為6230立方米/秒。

第一期導流工程,先圍右岸電站和混凝土溢流壩,進行電站尾水渠開挖及上游岸邊的防滲鋪蓋施工,河床左岸過流。第二期導流工程圍左岸土石壩,由溢流段底孔過流。這樣可以使廠房機組連續安裝提早發電。

導流圍堰總長約4.4km。其中一期圍堰總長約2km,填方84萬立方米,圍堰最大底寬近77m,一期基坑面積超過40萬立方米。河床大部分為岩石露頭,圍堰用水下拋石進占方法施工,然後在迎水面拋一層過渡料,再拋不透水料閉氣,在流速或波浪較大地區均用粗料或拋石護坡保護,或建丁壩挑流保護。上游圍堰的設計頂高已考慮了冰排擁上圍堰的不利情況,後來發現下遊河床形成冰壩,抬高了水位,故下橫圍堰及縱向圍堰都加高了約2.5m。

二期導流用溢流壩12個底孔導流,底孔分布在6個壩段內,孔口淨空為寬5.5m、高11.1m。在上游面用4扇5.5m×11.7m的直升閘門控制,下游面設疊梁槽,以便在枯水導流期間輪流澆築溢流壩面,這樣就可同時安排兩個壩段施工。隨著土石壩和廠房逐步完成,分期堵死溢流壩底孔,形成溢流壩面。

電站廠房及溢流壩為混凝土結構,總澆築方量45.1萬立方米,現場高峰施工人數1700人。工地設定混凝土拌和樓1座,每小時生產混凝土183立方米。混凝土攪拌機容量3立方米,攪拌桶是平底型傾翻式,3台攪拌機相互成90°布置。攪拌好的混凝土採用混凝土吊罐裝運,每個容量3立方米或6立方米。吊罐上壩澆築主要依靠大壩上下游布置的六台高架旋轉門機吊運。

朗斯普魯斯壩地處北緯53°,年平均氣溫僅-5°C,夏季很短,因此在澆築混凝土時,混凝土溫控嚴格按加拿大的有關規定進行:

日平均氣溫低於5°C且連續時間超過1d 時,新澆混凝土表面應保溫10°C至少3d,一般應達到7d。任何部位的混凝土晝夜溫度下降幅度不得超過11°C。如果日平均氣溫連續3d低於5°C時,老混凝土面或基岩面須在澆築新混凝土前48h前保溫至10°C,方準澆築新混凝土,新混凝土入倉溫度與老混凝土或基岩的溫差應小於14°C。

如果日平均氣溫連續3d均低於-7°C時,室外混凝土作業即全部停止。當平均氣溫連續3d恢復至5°C時,新澆混凝土防寒48h後即不繼續保護。

冬季施工時則採用暖棚吹熱風的保溫措施。暖棚系鋼木結構,上鋪特別耐拉塑膠薄膜,有時用瓦壟鐵片。熱風用鼓風機經過散熱器吹入暖棚內,通風管與隧洞通風管相似,熱風溫度約為50°左右,風量按暖棚大小及保溫溫度決定,一般暖棚溫度應保持在20°C左右。

凍土問題

堤壩和部分主壩建在凍土地帶,基礎較差,採取了以下綜合措施:適當挖除基礎下一部分永凍土層僅留約1.5m凍土層;適當加大堤壩斷面,堤頂留1.5m的沉陷超高;此外,為排出凍土層未來融水,在南北土堤13km長範圍內設定了直徑0.3m總長182880m的砂井用於排水,單個砂井約深4.6m。

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