小浪底水利樞紐建設(shè)中的重要技術(shù)創(chuàng)新

1、小浪底水利樞紐建設(shè)中的重要技術(shù)創(chuàng)新 摘要：小浪底水利樞紐工程是治理開發(fā)黃河的關(guān)鍵性控制工程，其戰(zhàn)略地位重要，工程規(guī)模宏大，地質(zhì)條件復(fù)雜，水沙條件特殊，運用要求嚴(yán)格，施工強度高，質(zhì)量要求嚴(yán)，施工技術(shù)復(fù)雜，組織管理難度大，是中外專家公認(rèn)的世界上最具挑戰(zhàn)性的水利工程之一。 關(guān)鍵詞：小浪底建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新 在黨中央、國務(wù)院的關(guān)懷下，在全國人民支持和廣大水利同行的幫助下，我們堅持以工程建設(shè)為中心，以建設(shè)一流工程，總結(jié)一流經(jīng)驗，培養(yǎng)一流人才為總體目標(biāo)，全面推行項目法人責(zé)任制、招標(biāo)投標(biāo)制和建設(shè)監(jiān)理制，在建設(shè)管理模式上實現(xiàn)與國際慣例接軌；以合同為依據(jù)，充分調(diào)動設(shè)計、監(jiān)理和承包商（包括外國承包商）的積極性和創(chuàng)造性，

2、妥善處理進度、質(zhì)量和投資三者關(guān)系；建立健全技術(shù)、質(zhì)量管理規(guī)章制度，落實技術(shù)、質(zhì)量管理責(zé)任制，明確了以項目業(yè)主總工程師為中心的技術(shù)管理體系即項目業(yè)主總工程師代表業(yè)主進行工程技術(shù)問題決策，對水利部和國家負(fù)責(zé)，小浪底咨詢公司對工程建設(shè)的質(zhì)量、進度和投資進行全面控制，并向業(yè)主負(fù)責(zé)，黃委會設(shè)計院承擔(dān)工程設(shè)計責(zé)任并向業(yè)主負(fù)責(zé)，承包商落實施工技術(shù)措施并保證工程質(zhì)量；同時，建立了由國內(nèi)知名專家組成的技術(shù)委員會，聘請了加拿大CIPM公司國際咨詢專家組和世界銀行大壩安全特別咨詢專家組，與參建各方的技術(shù)機構(gòu)相結(jié)合，形成了完善、高效、權(quán)威的小浪底工程建設(shè)技術(shù)保障體系；在項目實施過程中，嚴(yán)格管理，尊重科學(xué)，積極引進，大

3、膽創(chuàng)新，積極采用新技術(shù)、新方法、新工藝、新材料和先進配套的大型施工設(shè)備，成功地解決了工程建設(shè)中一系列高難度課題，取得了一批重要技術(shù)成果創(chuàng)造了多項優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)新記錄。 一、高土石壩聯(lián)合機械化作業(yè)高強度施工 小浪底大壩為壤土斜心墻堆石壩，設(shè)計壩高154m，右岸深槽實際施工最大壩高達(dá)160m，壩頂長度1667m，總填筑量5185萬m3，填筑量位居全國同類壩型第一位，在世界上也名列前矛。壩體由防滲土料、反濾料、過渡料、堆石、護坡、壓戧等多達(dá)十七種材料組成，每種材料按合同技術(shù)規(guī)范規(guī)定，都有嚴(yán)格的材質(zhì)、級配、含水量、干密度、壓實度等要求，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高。 大壩工程于1994年5月30日發(fā)布開工令，要求1

4、997年11月1日截流，2001年12月31日竣工。根據(jù)施工進度安排，分為兩個階段施工：第一階段為截流前，在縱向圍堰保護下進行右岸灘地的施工，壩體填筑量約占20%；第二階段為截流后大壩工程主要施工期，按計劃要求完成80%的壩體填筑量和主壩混凝土防滲墻、上游圍堰高壓旋噴防滲墻工程。由于采用了高效率大型配套的聯(lián)合機械化作業(yè)、計算機控制的反濾料加工系統(tǒng)，嚴(yán)格有序的料場開采和便捷的交通布置，科學(xué)合理的管理和冬季施工措施，并且經(jīng)試驗采用了堆石填筑中不加水技術(shù)、先進快捷的核子密度儀質(zhì)量檢測技術(shù)等，工程進度始終超前合同目標(biāo)。大壩填筑較合同工期提前13個月，于今年6月下旬達(dá)到壩頂高程。工程質(zhì)量良好。 截流后從

5、1997年11月到2000年6月共32個月的平均月填筑強度為105.5萬m3。其中，在大壩主要填筑期，從1998年7月17日到2000年4月底21個月中，達(dá)到了平均月強度120.4萬m3，平均月上升高度6.66m。1999年創(chuàng)造了壩體填筑的最高年、月、日強度記錄，分別達(dá)到了1636.1萬m3/年、158.0萬m3/月（3月）、6.7萬m3/日（元月22日）。大壩月上升最大高度，在截流前右岸填筑時為12.5m（1997年元月），截流后主填筑期為9.5m（1998年11、12月）。截流后大壩填筑月不均勻系數(shù)達(dá)到了1.31，截流前為1.44。以上指標(biāo)表明，小浪底大壩施工水平位居全國同類壩型第一位，達(dá)

6、到世界先進水平。 二、大壩基礎(chǔ)深復(fù)蓋層防滲墻施工的技術(shù)創(chuàng)新 考慮黃河多泥沙在壩前淤積后可形成天然鋪蓋的特殊條件，小浪底大壩采用帶內(nèi)鋪蓋的斜心墻堆石壩。 壩基砂礫石層最大厚度超過80米，壩基深復(fù)蓋層防滲處理是小浪底工程的一大難題。經(jīng)過多年研究論證，并經(jīng)現(xiàn)場試驗，采用厚1.2m的砼防滲墻，其最大造孔深度81.9m，是目前中國最深的防滲墻。防滲墻軸線總長407.4m，總截滲面積21800m2。其中右岸臺地部分，由中國水利水電基礎(chǔ)工程局完成，左岸河床部分由黃河承包商（YRC）及其分包商法國地基建筑公司（BSG）承建。 左岸河床部分防滲墻長151m，最大深度70.3m，成墻面積5086m2，共建造23個

7、主槽孔和22個橫向接頭槽孔，采用HF4000履帶自行式液壓銑槽機（雙輪銑），KL1200型機械抓斗等先進設(shè)備，在國內(nèi)外首次采用橫向槽孔填充塑性砼保護下的平板式接頭新工藝。這是防滲墻施工技術(shù)的一項創(chuàng)新。該項創(chuàng)新技術(shù)的要點是：在一、二期槽孔接頭處先開挖一個橫向槽孔，在槽孔內(nèi)回填塑性混凝土（12Mpa）；在開挖一期槽孔時伸入二期槽孔10cm；在一期槽孔澆筑完混凝土并將二期槽孔開挖完成后，用先進的雙輪銑將一期槽孔伸入的10cm砼銑掉；最后澆筑二期槽孔砼。這樣就在一、二期槽孔間形成了一個有波紋狀銑刀痕跡的、緊密的豎直平面接縫，而開挖后留存的橫向接頭槽塑性混凝土包裹在接縫的上、下游端，起著附加防滲和保護的

8、作用。 施工完成后布設(shè)了12個檢查孔，檢查槽孔接縫質(zhì)量。結(jié)果表明：大部分芯樣的一、二期槽孔混凝土已融為一個整體，但可據(jù)不同顏色找出接縫位置；少量芯樣在非常密合的縫面內(nèi)，膨潤土干粉末不足1mm（國內(nèi)工程一般1cm，有的達(dá)23cm），取芯率97%以上；接縫間壓水試驗共作了13段，透水率均小于規(guī)定的5Lu，最大僅2.42Lu，大于1Lu的5段，0Lu的5段。1999年10月25日下閘蓄水以來的觀測資料表明，混凝土防滲墻防滲效果良好。 三、在帷幕灌漿中采用GIN新型灌漿技術(shù) GIN法灌漿即灌漿強度值法，是目前國際上正在推廣應(yīng)用的一項新的灌漿技術(shù)。小浪底工程兩岸山體帷幕灌漿中采用了GIN法灌漿技術(shù)。通過

9、大量室內(nèi)試驗和678m的現(xiàn)場試驗，經(jīng)專家鑒定后，在工程中進行試驗性生產(chǎn)和推廣應(yīng)用共28970m。這是在我國廣泛使用的孔口封閉、自上而下孔內(nèi)循環(huán)灌漿法基礎(chǔ)上首次較大規(guī)模嫁接GIN法灌漿技術(shù)，是適合我國國情的一項創(chuàng)新。 在大量試驗基礎(chǔ)上，篩選出用于施工的穩(wěn)定漿液水灰比為0.7:1和0.75:1，其具有良好的穩(wěn)定性和流動性，可滿足小浪底GIN法灌漿施工和質(zhì)量要求。同時根據(jù)不同的地質(zhì)條件和上覆蓋重情況，選定不同的灌漿強度值（GIN），一般控制為：孔深20m以內(nèi)，50150Mpa1/m；2040m，150200Mpa1/m；大于40m，200250Mpa1/m。另外，還在國內(nèi)首次采用對多臺（8臺）灌漿機

10、組實行遠(yuǎn)距離監(jiān)控的計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實時輸出多種灌漿過程曲線，提高了灌漿施工的科學(xué)性，便于GIN法灌漿的質(zhì)量控制。 這種新的、先進的GIN法灌漿方法，在小浪底帷幕灌漿試驗性生產(chǎn)和推廣應(yīng)用中，與常規(guī)灌漿相比，具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的顯著優(yōu)點。具有較高的實用價值和明顯的經(jīng)濟效益。 四、復(fù)雜地質(zhì)條件下密集洞室群的設(shè)計與施工 小浪底水利樞紐按千年一遇洪水設(shè)計，萬年一遇洪水校核，要求在正常運用水位下的總泄流能力不小于17000m3/s，在正常蓄水位230m時，總泄流能力不小于8000m3/s。由于小浪底水利樞紐采用土石壩擋水，故只有采用以隧洞為主的泄流方式。同時，裝機6300MW的電站采用典型的岸邊引水

11、式三洞室布置地下廠房方案。又考慮到地質(zhì)地形條件限制和水庫調(diào)水調(diào)沙及進口防淤堵的要求，最終形成了小浪底樞紐進水口集中，出水口集中，泄洪、排沙、引水發(fā)電等洞室群集中布置的獨特樞紐布置型式。加之交通洞、排水洞、灌漿洞、施工洞、吊物井、通風(fēng)井、電纜井等，在大約一平方公里的左岸單薄山體內(nèi)，就形成了在不同高程布置、平面上縱橫交錯的大小一百多條隧洞、斜井、豎井等組成的密集洞室群，實屬水電工程中所罕見。部分洞室間距達(dá)不到規(guī)范的要求，如發(fā)電引水洞和泄水洞群在立面上斜交，交叉段圍巖最小厚度僅8m，致使施工十分困難，施工安全問題突出。主廠房最大開挖尺寸為長251.5m，寬26.2m，高61.44m，三條導(dǎo)流洞洞身直

12、徑14.5m，最大開挖直徑近20m；三條尾水洞最大開挖斷面12.819.5m（寬高）；還有主變室、明流洞等，均屬大型洞室。加之巖層破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，四組結(jié)構(gòu)面切割，層面又近于水平（傾角一般8120），更增大了開挖難度。開挖施工中錨桿、掛網(wǎng)噴砼支護工作量巨大，超挖難以控制。據(jù)統(tǒng)計初期施工的導(dǎo)流洞平均超挖61cm，砼超填量達(dá)35%。以后施工的洞室超挖控制較好。另外，開挖爆破還要考慮對相鄰洞室施工安全的影響，需合理安排施工程序。 地下廠房是小浪底最大的地下洞室，上覆巖體厚70110m，其中有四層泥化夾層，對頂拱穩(wěn)定十分不利。但其邊墻、頂拱全部采用柔性支護，特別是頂拱采用325根25m長的1500K

13、N級預(yù)應(yīng)力錨索配合錨桿、掛網(wǎng)噴砼作為永久襯砌，技術(shù)先進，大大節(jié)約了工期和投資。監(jiān)測資料表明，運行安全可靠。 為確保洞群圍巖穩(wěn)定、施工質(zhì)量和合同工期，采用了如下方法：多臂鉆鉆孔，光面爆破，適時錨噴支護（局部地段錨噴加網(wǎng)或鋼拱架支護）；加強地質(zhì)予報、地質(zhì)素描和圍巖監(jiān)測并及時調(diào)整支護參數(shù)；采用系列臺車進行鋼筋綁扎、砼襯砌和灌漿作業(yè)；P3軟件制訂網(wǎng)絡(luò)進度計劃等。 據(jù)統(tǒng)計，小浪底地下工程石方洞挖高峰期平均強度達(dá)10萬m3/月，1996年9月達(dá)12.65萬m3/月，1996年全年洞挖石方100.6萬m3。泄洪排沙系統(tǒng)砼工程在絕大部分為結(jié)構(gòu)砼的條件下，從1996年11月至1997年8月，連續(xù)10個月實現(xiàn)澆筑

14、砼超過10萬m3，其中，1997年4月澆筑砼達(dá)13.08萬m3。 五、由導(dǎo)流洞改建的多級孔板消能泄洪洞 為滿足泄洪排沙的運用要求，小浪底工程9條泄洪隧洞分三層布置：高位布置的3條明流泄洪洞、位于發(fā)電引水口下面的3條排沙洞和由導(dǎo)流洞改建成的前壓后明帶中閘室的3條孔板消能泄洪洞。若按常規(guī)方法把導(dǎo)流洞改建為泄洪洞，水頭達(dá)140m，洞內(nèi)流速將達(dá)48m/s，且洞內(nèi)水壓力很高，為防止壓力水滲入含有泥化夾層的單薄巖體，襯砌設(shè)計十分困難。因此，改建導(dǎo)流洞必須采用特殊的措施。 經(jīng)反復(fù)研究和論證，小浪底工程設(shè)計采用了孔板消能泄洪洞的改建方案。每洞在洞身上游壓力段設(shè)置三道孔板環(huán)，孔板環(huán)內(nèi)徑分別為10m和10.5m，

15、孔板處過水面積為78.586.5m2，為標(biāo)準(zhǔn)斷面積的47.6%52.4%。在洞中設(shè)置孔板環(huán)后，利用水流通過孔板環(huán)的孔口時產(chǎn)生突然收縮和突然擴散，形成強烈紊動的剪切流實現(xiàn)洞內(nèi)消能。由于水流通過體形突變的孔板環(huán)發(fā)生水流分離，孔板下游壓力突然降低，致使該部位成為易空化區(qū)。為解決這一關(guān)鍵技術(shù)問題，通過大量模型試驗和在其他工程的模擬原形試驗，一方面三級孔板環(huán)采用不同的孔徑比和銳緣半徑，另一方面在孔板下游隧洞中設(shè)置中閘室，布置兩扇偏心鉸弧形工作閘門，以縮小過流面積，閘門全開時兩孔口總面積為52m2（1#洞）和46m2（2#、3#洞），從而減小了孔板段流速，保證各級孔板下游側(cè)不發(fā)生空化。由于采用了洞內(nèi)孔板消

16、能技術(shù)，使中閘室下游明流段流速控制在30m/s，最大達(dá)35m/s左右，從而保證了利用導(dǎo)流洞改建泄洪洞方案的實現(xiàn)。 這種孔板環(huán)洞內(nèi)消能方式，在國內(nèi)屬首次使用，缺乏經(jīng)驗。因此，自1985年以來，設(shè)計院會同國內(nèi)外一些科研機構(gòu)和大學(xué)就孔板泄洪洞在水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等領(lǐng)域的重大技術(shù)課題進行了反復(fù)試驗和研究，提出了30余項重要成果。為了進一步驗證理論計算和模型試驗成果，1987年，在碧口水電站排沙洞內(nèi)增建孔板進行原型中間試驗，進一步證明孔板泄洪洞在技術(shù)上是安全可行的。 導(dǎo)流洞改建孔板消能泄洪洞包括封堵導(dǎo)流洞前端，龍?zhí)ь^部分開挖和襯砌，設(shè)置孔板環(huán)，縮小中閘室過流斷面并且安裝兩扇偏心鉸弧形鋼閘門等，改建工作量大

17、，工序多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高，工期緊。 導(dǎo)流洞改建孔板消能泄洪洞的難度還集中體現(xiàn)在孔板環(huán)施工上：每條洞的三級孔板環(huán)分別安裝三百余塊抗磨白口鑄鐵孔板襯套，孔板的鋼筋安裝、孔板襯套的預(yù)組裝及調(diào)整、固定孔板襯套的預(yù)埋件焊接定位、混凝土澆搗和環(huán)氧灌漿等工序都有是高難度作業(yè)。 經(jīng)過精心組織和嚴(yán)格管理，采用先進施工方法和工藝，3條孔板洞改建工作都在合同規(guī)定的一個枯水期（8個月）內(nèi)保質(zhì)保量的完成。1#孔板洞并于2000年4月順利進行了過流原型觀測試驗，三條孔板洞2000年汛期可以投入正常運用，參與度汛泄洪。 小浪底工程在國內(nèi)首次將導(dǎo)流洞改建為龍?zhí)ь^多級孔板消能泄洪洞，孔板尺寸是世界上最大的?？装逑苄购槎?/p>

18、的總體設(shè)計、改建施工和原形觀測試驗都達(dá)到世界先進水平，為以高土石壩作為擋水建筑物的水利樞紐解決泄洪問題開辟了新的途徑。 六、排沙洞無粘結(jié)予應(yīng)力砼襯砌 小浪底三條排沙洞為有壓隧洞，設(shè)計水頭120m，洞徑6.5m，位于發(fā)電引水進水口下方。進口設(shè)檢修門和事故門，出口設(shè)弧形工作門。在運用中控制單洞泄量不超過500m3/s，使洞內(nèi)平均流速不超過15m/s，擔(dān)負(fù)著泄洪、排沙、減少過機含沙量、調(diào)節(jié)徑流和保持進水口泥沙淤積漏斗的重要任務(wù)，在樞紐泄洪設(shè)施中運用機率最高。 三條排沙洞的下游壓力段即防滲帷幕后至出口閘室前的共2169m襯砌，由于內(nèi)水壓力高，為防止出現(xiàn)裂縫使高壓水滲入巖體而影響山體的穩(wěn)定，選用全預(yù)應(yīng)力

19、混凝土襯砌。招標(biāo)設(shè)計采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，在建設(shè)過程中，建管局會同設(shè)計、施工、監(jiān)理等參建各方經(jīng)過優(yōu)化論證，并由承包商進行了1:1的模型對比試驗，最終確定采用無粘結(jié)鋼絞線雙圈環(huán)繞預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌方案。該方案采用每束8根F15.7mm鋼絞線（每根鋼絞線由7F5高強鋼絲組成，外包高強PE套管，內(nèi)充防腐潤滑酯），雙圈環(huán)繞張拉給砼襯砌施加予應(yīng)力。無粘結(jié)方案相對于有粘結(jié)方案來說有如下特點：在錨索張拉和隧洞正常運行時無粘結(jié)鋼絞線受力較均勻，磨擦損失小，在混凝土襯砌中建立的有效應(yīng)力比有粘結(jié)方案平均大29%；錨具槽在隧洞底拱中垂線兩側(cè)各450位置交錯布置，相鄰兩束鋼絞線間距為50cm，錨具槽數(shù)量減少一

20、半，不僅材料省、易于進行張拉施工、混凝土回填質(zhì)量易于保證，而且薄弱部位少，結(jié)構(gòu)的整體性能好；施工工序相對簡單，工作量小，張拉效率高；無粘結(jié)鋼絞線本身具有防腐性能，在運輸、施工中不易損壞，在正常運行中，其防腐性能也優(yōu)于有粘結(jié)方案。 在系統(tǒng)的工藝試驗的基礎(chǔ)上，確定了排沙洞無粘結(jié)予應(yīng)力砼襯砌的施工程序。從施工準(zhǔn)備到最終檢查驗收，共包含22道工序，每道工序都嚴(yán)格按規(guī)范操作，保證施工質(zhì)量。 小浪底3條排沙洞于1998年4月開工，1999年3月竣工。已經(jīng)受了初期蓄水運行的考驗，安全監(jiān)測資料分析表明，運行正常，安全可靠。 小浪底排沙洞無粘結(jié)予應(yīng)力砼襯砌的規(guī)模在世界上是最大的，這一技術(shù)在我國水利水電行業(yè)中是首

21、次應(yīng)用，它將對促進我國水工予應(yīng)力砼技術(shù)水平的提高產(chǎn)生積極作用。 七、集中布置的進水塔群和出口消力塘 小浪底泄洪、排沙、發(fā)電、灌溉隧洞共16條，其進口組合成一字型排列的十座進水塔，前緣總寬276.4m，最大高度113m，各洞進口在不同高程錯開布置，形成高水泄洪排污，低水泄洪排沙，中間引水發(fā)電的總體格局，以降低洞內(nèi)流速，減輕流道磨蝕，減小閘門工作水頭，提高其運用可靠度。洞室和進口的集中布置，導(dǎo)致出口消能建筑物（消力塘）也集中布置。此項設(shè)計獨特新穎，可謂水工引水、泄洪、消能建筑物設(shè)計的一項首創(chuàng)。 進水塔是小浪底最復(fù)雜的建筑物，也是世界水利工程中所罕見的。塔上共布置各洞的檢修門、事故門、工作門38扇，

22、主副攔污柵26扇，固定卷揚機、液壓啟閉機26臺，塔頂4000KN門機2臺，致使塔體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。具體表現(xiàn)在塔身孔洞多、廊道多、埋件、止水、管道多，鋼筋布設(shè)密集復(fù)雜，而且混凝土澆筑倉號約1000個，金結(jié)安裝與土建施工干擾大，進口高流速流道還需用高強、抗磨環(huán)氧砂漿抹面等，施工復(fù)雜、質(zhì)量要求高、干擾多、困難大。 出口消力塘是九條泄洪洞和一條溢洪道的集中消能建筑物，其總寬度356m，總長210m（含護坦），最大深度28m，由兩個中隔墻分成三個消力塘，每個塘又分成兩級消力池。底部排水廊道縱橫交錯，底板、邊坡、隔墻、尾堰、護坦等澆筑倉號多達(dá)3425個，其集中布置型式和規(guī)模為中國之首。 八、水輪機抗磨蝕技術(shù)

23、 小浪底水電站共裝設(shè)6臺混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量180萬KW。主要技術(shù)參數(shù)：運行水頭68141m，轉(zhuǎn)輪直徑6.356m，額定轉(zhuǎn)速107.1rpm，額定水頭112m，額定出力306MW。 小浪底水電站在電力系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻及負(fù)荷備用任務(wù)?；邳S河的水沙特點和水庫運行要求，具有過機含沙量高和運行水頭變幅大的特點，正常運用期汛期過機含沙量為68.6kg/m3，中值粒徑d50為0.021mm。因而水輪機抗磨蝕問題成為小浪底水電站的關(guān)鍵性技術(shù)問題之一。 通過總結(jié)黃河干流已建水電站運行經(jīng)驗教訓(xùn)和長期的汛期運行試驗及科研設(shè)計論證，采取了以下綜合性技術(shù)措施，以期增強水輪機的抗磨蝕性能，保證汛期發(fā)電機

24、組安全運行。 優(yōu)化水工布置，減少過機沙量。 小浪底總庫容126.5億m3，其中予留攔沙庫容75.5億m3。水流中的粗粒徑泥沙沉積庫中，至壩前形成異重流。在發(fā)電引水洞下部布置了3條排沙洞，適時沖沙，可降低過機沙量30%50%。在發(fā)電洞旁側(cè)還布置了孔板泄洪洞，汛期可沖排進水口附近泥沙，從而大大改善水輪機汛期運行條件。 優(yōu)化性能參數(shù)。 流道含沙水流相對流速是形成泥沙磨蝕的重要因素，為適當(dāng)降低比轉(zhuǎn)速，選用107.1rpm較低的額定轉(zhuǎn)速，從而把比轉(zhuǎn)速降至161m.kw，這樣可控制轉(zhuǎn)輪內(nèi)流速不超過38m/s。為有效限制空蝕，適當(dāng)降低吸出高程，盡量做到流道中流速均勻。考慮到汛期平均水頭為95107m，確定設(shè)

25、計水頭為110m。 改善部件結(jié)構(gòu)，減輕泥沙損害。 在設(shè)計中放大導(dǎo)葉分布圓直徑和導(dǎo)葉高度以降低平均流速，裝設(shè)筒閥以減少漏水沖磨等，從而盡可能減輕含沙水流對水輪機的磨損。 采用優(yōu)質(zhì)材料。 整體轉(zhuǎn)輪，上、下抗磨板，導(dǎo)葉等均使用抗空蝕性能良好的不銹鋼制造；轉(zhuǎn)輪葉片采用鋼板熱壓成型、數(shù)控機床加工、工地組裝整件出廠的制造工藝，大大提高了轉(zhuǎn)輪葉片與模型的相似性；在安裝中采用座環(huán)現(xiàn)場加工工藝 涂敷防護材料。 在較低流速區(qū)，如座環(huán)和尾水錐管入口處，采用聚氨脂材料防護。表面硬度為90，表面光潔度為Ra3.2，材料耐磨指數(shù)2.27（不銹鋼為1）。在高流速區(qū)，包括導(dǎo)葉、上下抗磨板、止漏環(huán)、轉(zhuǎn)輪等部件，用碳化鎢鈷材料、

26、高速火焰噴涂工藝（HVOF），在部件加工后進行，形成物理性結(jié)合。表面硬度7075HRC，光潔度為Ra3.26.4，材料耐磨指數(shù)為5。 采用上述措施，制造廠承諾在運行8000h的保證期內(nèi)，水輪機轉(zhuǎn)輪磨蝕可控制在50kg以下，大修間隔三年。目前，小浪底首臺機組已投入運行，水輪機各項防磨蝕措施正在受到檢驗。 九、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備新技術(shù)新材料的應(yīng)用 小浪底水利樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要分布在進水塔、孔板洞中閘室、排沙洞出口閘室、地下廠房、尾閘室、防淤閘和溢洪道等處，總工程量約3.26萬噸。 小浪底工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備數(shù)量大、品種多、承受水頭高、結(jié)構(gòu)型式多樣、運行條件惡劣、操作程序復(fù)雜、質(zhì)量要求嚴(yán)格，為滿足樞紐安

27、全運行的需要，在設(shè)計和制造上采用了很多國內(nèi)國際領(lǐng)先的技術(shù)和新材料，部分設(shè)備的技術(shù)參數(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。 孔板襯套材料 作為安裝在孔板泄洪洞孔板環(huán)內(nèi)圓銳緣處的金屬防護體-孔板襯套，其材質(zhì)要求具有較強的抗高速含沙水流磨蝕性能、抗雜物沖擊性能及長期在水和潮濕環(huán)境中的抗腐蝕性能，以保證孔板環(huán)孔口尺寸的長期穩(wěn)定。此設(shè)計選用抗磨白口鑄鐵（又名高鉻鑄鐵，牌號KmTBCr26，GB8263-87），其鑄態(tài)硬度HRC=5058，并要求有一定的強度和韌性，襯套的鑄造和加工難度很大。 大噸位高揚程卷揚啟閉機的折線繩槽卷筒 孔板泄洪洞和明流洞事故閘門共安裝了10臺5000KN固定卷揚啟閉機進行閘門的啟閉。啟閉機名義

28、起升高度90米，單吊點，起升速度2米/秒，卷筒直徑3.056米，是目前我國同類啟閉機中卷筒容繩量、卷筒直徑和啟閉力均為最大的高揚程固定卷揚啟閉機。 由于受孔板泄洪洞一洞雙孔的體形和水力學(xué)條件的限制，進水塔頂閘孔寬度較?。ㄗ钚?.5米），在啟閉機的設(shè)計上采用了帶有折線繩槽的同軸單聯(lián)雙卷筒雙層纏繞的技術(shù)方案，并采用了階梯型墊環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的排繩機構(gòu)。 排沙洞事故閘門6臺2500KN固定卷揚啟閉機和塔頂2臺4000KN門機的卷筒也采用了折線繩槽結(jié)構(gòu)。在同一工程中如此大規(guī)模地應(yīng)用折線繩槽結(jié)構(gòu)在國內(nèi)尚屬首次。其中5000KN固定卷揚啟閉機由于設(shè)計技術(shù)先進、布置合理，在98年8月河南省機械電子工業(yè)廳主持的新

29、產(chǎn)品鑒定會上，確認(rèn)為該產(chǎn)品在同類啟閉機中達(dá)到了國際先進水平。 低合金高強鋼閘門 小浪底工程共有三條導(dǎo)流洞，先后利用3扇平面閘門進行孔口的封堵。其中2#、3#導(dǎo)流洞封堵閘門孔口尺寸為1214.5米，設(shè)計水頭72.5米，門葉外形尺寸1.97813.8415.2米（厚寬高），閘門總重287.7噸，閘門總水壓力128000KN，目前是國內(nèi)平面閘門中承受總水壓力最大的。 在高水頭作用下，該閘門如果采用普通鋼材制造，體積和重量將相當(dāng)龐大，根本無法滿足工程實際要求。由于受閘孔尺寸限制，為減小閘門結(jié)構(gòu)尺寸，提高閘門的整體剛度和穩(wěn)定性，在國內(nèi)大型水工閘門的制造上首次采用了WH60D低合金高強鋼。 閘門可控止水型

30、式 小浪底工程排沙洞和孔板洞事故閘門水頭分別為100.17米和100米，高水頭閘門的封水橡皮止水要求的壓縮量很大，啟閉過程中磨損也較大，加上小浪底水庫多泥沙的影響，如采用一般的止水形式，目前國內(nèi)止水材料的強度、彈性、耐磨性已不能滿足工程運行要求。 經(jīng)過綜合對比和研究，并借鑒其它水利工程的經(jīng)驗，設(shè)計采用了一種短壓板無伸縮間隙的山字型上游止水，在低水頭情況下靠自身的預(yù)壓量進行止水，在高水頭情況下利用進水塔頂部清水池、調(diào)節(jié)泵閥和輸水軟管等清水循環(huán)系統(tǒng)通過閘門上的柱塞式換向充水閥在止水橡皮的背面形成壓力腔，通過控制止水橡皮的膨脹以達(dá)到止水的目的。這種結(jié)構(gòu)型式的止水在國內(nèi)水利水電工程中尚屬首次應(yīng)用，同時也為在多泥沙河流上平面閘門采用充壓式止水裝置進行了嘗試。 為了確保閘門在高水頭下的止水效