坝址控制流域面积14430km2,占全流域面积的85%,多年平均流量403m3/s,年径流量126亿m3,多年平均输沙量971万t。枢纽主要水工建筑物设计洪水标准为1000年一遇洪水,洪峰流量22800m3/s,相应库水位203.14m;校核洪水标准为10000年一遇,洪峰流量27800m3/s,相应库水位204.59m。水库正常蓄水位200m,相应库容31.2亿m3,死水位160m,兴利库容19.75亿m3。
坝址处两岸山顶高程500m左右,枯水期河面宽1l0m~120m,河谷下部50m~60m岸坡陡立,河谷上部右陡左缓,为不对称峡谷。大坝基础地层为寒武系石龙洞灰岩,岩性致密坚硬,基岩内断层、层间剪切带及岩溶系统等较发育。坝区地震基本烈度为Ⅵ度,设计烈度为Ⅶ度。
枢纽工程由混凝土重力拱坝、泄水建筑物、右岸引水式水电站和左岸垂直升船机组成。主坝坝顶高程206m, 坝顶全长665.45m,最大坝高15lm。两岸布置重力坝段,左岸坝肩高程120m~138m的建基面上设置重力墩;河床为三心单曲、上重下拱复合重力拱坝,外圆弧半径312m,下游坝坡1:0.5~1:0.7。河床中部拱顶高程181m,向两岸逐渐下降,左岸至重力墩顶150m,右岸至岸边160m,拱顶以下横缝灌浆,形成不同灌浆高程的拱坝,拱顶以上横缝不灌浆,呈重力坝工作状态,下游坝坡1:0.7,两者之间设过渡段衔接。对于影响两岸拱座稳定的软弱结构面,采用阻滑键、传力柱及加强山体排水等措施处理。
泄水建筑物集中布置在大坝的河床中部,溢流前缘长度188m。共设7个表孔、4个深孔和两个兼作导流的放空底孔。表孔堰顶高程181.8m,孔口尺寸为12m×18.2m。深孔孔底高程134m,孔口尺寸为4.5m×6.5m。底孔孔底高程95m,孔口尺寸为4.5m×6.5m。各式孔口均采用弧形闸门控制操作,并在其上游设平板检修闸门。表孔体形采用不对称宽尾墩,深孔体形采用窄缝挑流鼻坎。表孔在设计和校核条件下的泄洪能力分别为17050m3/s和19000m3/s。枢纽最大泄流能力为24000m3/s。防渗帷幕线路长1.5km,总进尺25.17万m。
上重下拱式重力拱坝新坝型。大坝坝址河谷呈不对称U形,坝基为厚180m坚硬的寒武系石龙洞组灰岩,其下为厚2 00m不透水但软弱的石牌页岩。采用上重下拱式重力拱坝新坝型,其特点是封拱线以上为重力坝,高度26m(拱冠)至46-56m(两侧);封拱线以下为重力拱坝,坝轴经理半径312m,拱顶中心角80,下游面采用三园心拱,拱端处用贴角加大断面。这种特殊坝型可以有效地解决不对称河谷造成左岸拱座地形高程不足的问题,并能改善坝体拱端应力状态,是重力拱坝设计的一次成功的创新。
拱座深层处理是大坝的重要组成部分,其作用百对大坝拱座岩体中由剪切带与顺流向高倾角断层构成的若干不满足拱座基础稳定要求的块体进行加固。主要措施是深层洞挖和回填混凝土,形成横断剪切带的阻滑键和沿断层的传力柱和置换洞等。阻滑键的断面尺寸一般为3.5×3.5m或4.0×4.0m,传力柱和置换洞断面尺寸一般为3.0×4.0m拱座深层处理属隐蔽工程,技术要求高,施工难度大,因对拱座稳定起重要作用而被喻为大坝的命根子。
水电站位于右岸,引水式地面厂房,4条直径为9.5m的隧洞接直径8m的压力钢 管,单洞单机,分别接至4台300M W的混流式水轮机组。隧洞采用预应力混凝土衬砌。厂房和压力钢管开挖形成170m的高边坡,采用混凝土局部置换、设置预应力锚束及加强山体排水等措施处理。
通航建筑物位于左岸,是中国第一座高升程300t级过坝的垂直升船机。设计最大年货运量为340万t,总升程124m。工程分为两级,第一级为大坝挡水前缘的一部分,升程42m;第二级位于左岸下游河滩,升程82m,与中间错船渠和下游河道相衔接。升船机采用全平衡钢丝绳卷扬系统,承船厢有效水域尺寸42m×10.2m×l.7m,带水总重1400t。
施工采用一次断流、汛期基坑过水的导流方式。导流分初期和后期两个阶段。初期导流阶段,枯水期围堰挡水,导流隧洞泄流;汛期围堰过水与导流隧洞联合泄流。后期导流阶段,枯水期由坝体挡水,底孔泄流;汛期由坝体预留缺口,与底孔和深孔联合泄流。
主体工程量:土石方明挖841.67万m3,洞挖66.2万m3,混凝土浇筑392.79万m3,帷幕灌浆25.17万m,固结灌浆19.13万m,钢材2.7万t。
工程于1987年初开工兴建,1993年6月第1台机组发电,1994年11月4台机组全部并网发电,1994年底基本建成,1997年枢纽工程通过竣工验收,工程运行情况良好。
工程静态投资35.83亿元,总投资51.69亿元,单位千瓦投资4300元。
枢纽主要任务是发电,装机4×30万kw,年发电量30.4亿kw.h,保证出力18.7万kw.h。在清江于流梯级电站全部建 成后,年发电量可增至32.9亿kw.h,保证出力达28.7万kw,在华中电网主要起调峰调频作用,改善供电质量。枢纽第二个任务是防洪,清江流域地处长江中游暴雨中心,历史上洪水灾害频繁,又恰好在长江的荆江河段上游约20km,加之清江洪水常与长江洪水遭遇,更加重了荆江河段的洪水威胁,清江洪峰流量最大可达长江的15%。隔河岩水库留有7~8亿m3的防洪库容,以1969年型清江洪水为例。可将洪峰流量18600m3/s削减至1300m3/s,大大减轻洪水对清江下游及长江河段的威胁。
枢纽第三个任务是航运。清江滩多流急,陡涨陡落,航运十分困难,在其下游的反调节枢纽一一高坝洲枢纽建成后,水库将淹没险滩,形成长达150km深水航道,300t级船队可从长江直达库区,将有力地促进鄂西地区的社会经济发展。
此外,清江流域广布碳酸盐类岩石峻岭重迭,奇峰座座,山青水秀,瀑布巨流,景色十分壮丽。两岸溶洞发育,绵延不断,如已发现的利川县腾龙洞,高宽上百米,蜿蜒迂回长达数十里。洞内有山有水,石笋千姿百态,钟乳石和石漫组成许多奇观异景。随着清江流域的开发,沿江可形成独特的国家山水公园,国内外游客将纷至沓来。
隔河岩水库全长90km,总面积72km2,其中天然水面12km2,水库淹没耕地1.7万亩,经济林1.8万亩,以及集镇、工矿企业、公路桥梁等,共移民2.6万人,移民安置及各项迁建、改建投资共3.21亿元。水库形成后,库区及周围将冬季趋暖,夏季趋凉,年温差变小,降水量略有增加。由于库水层化,泄水温度夏半年低于天然水温,冬半年高于天然水温。目前清江水质良好,建库后对水质没有影响。淹没区没有大片森林,多为灌木丛及小块疏林,野生大生物如獐、猴、灰鹿等早已迁至高山密林,不受蓄水影响。经论证,建库后诱发水库地震的可能性极少。
两级垂直升船机设在左岸,提升高度分别为42m和82m,中间有长385m的通航渠道(其中200m为高架桥式通航渡 槽相连接,连同上、下游引航道,全长1405m。升船机最大过坝船舶为1艘300t分节驳,承厢有效尺寸为42×10.2×1.7m,年单向通过能力为170万t,为国内第一座高升程300t级船舶的垂直升船机。
第一级升船机位于大坝第27坝段,由上闸首、承船厢室和下闸首组成,长63.5m,宽34m,建筑总高度99.4m;第二级升船机塔式建筑物,长61.8m,宽37.5m,建筑总高度131m。承船厢带水总重1370t,由56根钢丝绳悬吊,其中40根绕过滑轮后与总重量1100t的平衡重块相连,另16根钢丝绳与卷扬机相连。升船机有一系列辅助设备确保船厢安全平衡地运行。
船舶上行过坝时,先进入第二级升船机,再经过中间渠道进入第一级升船机,然后再进入水库,全部航程约30分钟。
隔河岩升船机具有结构简单、提升功率小、造价低和运行安全稳定等优点,它的建成将为我国高坝通航建设提供有益经验,并列为三峡工程升船机中间试验项目。
隔河岩水利枢纽经国家计委同意利用加拿大政府混合贷款,引进主要机电设备。水轮发电机组两台由GE Canada 与MIL TRACY联合供货,另两台由国内哈尔滨电机厂成套供应,四台机组由中、加联合设计。隔河岩水电站额定水头103m, 选用转轮直径5.74m的混流式水轮机额定出力310MW,额定点效率94.5%,加权平均效率92.41%,平均效率高于国内同类产品2%。1、2号发电机额定容量306MW,3、4号机为300MW。
电气设备引进了发电机电压封闭母线、220kV和500kV升压变压器及六氟化硫(SF6)全封闭电器(GIS),满足了调频调峰机组启停频繁的要求,提高了网络运行的稳定性和可靠性。
隔河岩水电站是华中电网调峰调频骨干电源,以后又可能成为清江梯级电站的调度通信中心,因此,电站有较高的自动化水平。机组和主要机电设备由计算机监控。监控系统采用贯穿全厂的双冗余以太网总线结构,主站的各种设备、各机组及开关站的现地控制单元、公用设备控制单元以及通信控制单元等均直接挂上以太网。主站双机并联工作,系统可靠性高。这一系统结构方案由长江委提出后为加拿大CAE公司采纳,软件由双方合作开发,试运行中一次启动成功,具有国内领先水平和世界先进水平。