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四川省阿坝州白水江青龙水电站工程选址、工程总布置及主要建筑物
文章来源:www.biyezuopin.cc   发布者:毕业设计网站   发布时间:2013-08-31 16:14:43   阅读:46231

5  工程选址、工程总布置及

主要建筑物

审   定: 胡克让 审   查: 易乃厚  刘全才  范祥伦

校   核 郑岳岷  刘朝清  李建华 编   写 李国善  程  春   谭可奇

参加工作人员: 


目  录

5.1 设计依据 5-4

5.1.1 工程等别及建筑物级别 5-4

5.1.2 洪水标准 5-4

5.1.3 抗震设计烈度 5-错误!未定义书签。

5.1.4 设计基本资料 5-错误!未定义书签。

5.1.5 主要技术规范 5-4

5.2 工程场址选择 5-错误!未定义书签。

5.2.1 坝址选择 5-错误!未定义书签。

5.2.2 引水线路选择 5-6

5.2.3 厂址选择 5-错误!未定义书签。

5.3 工程总体布置和主要建筑物型式选择 5-错误!未定义书签。

5.3.1坝型选择 5-错误!未定义书签。

5.3.2泄洪、放空、引水及发电建筑物型式选择 5-错误!未定义书签。

5.3.3工程总布置 5-错误!未定义书签。

5.4 主要建筑物 5-错误!未定义书签。

5.4.1 挡水建筑物 5-错误!未定义书签。

5.4.2 泄洪建筑物 5-错误!未定义书签。

5.4.3 水库放空建筑物 5-错误!未定义书签。

5.4.4 引水建筑物 5-9

5.4.5 厂区枢纽建筑物 5-错误!未定义书签。

5.5工程安全监测设计 5-错误!未定义书签。

5.5.1工程安全监测设计原则 5-错误!未定义书签。

5.5.2监测设计技术依据 5-错误!未定义书签。

5.5.3首部枢纽监测设计 5-错误!未定义书签。

5.5.4 引水系统安全监测 5-错误!未定义书签。

5.5.5 厂房枢纽安全监测 5-错误!未定义书签。

5.5.6 其它监测 5-错误!未定义书签。

5.6 工程量汇总 5-错误!未定义书签。


5.1 设计依据

5.1.1 工程等别及建筑物级别

青龙水电站属白水江水电规划一库七级方案中的第七级梯级电站,为引水式开发。闸高16.50m,水库正常蓄水位1272.00m,正常蓄水位以下库容为23.4m3,调节库容7.8m3。电站引用流量132.66m3/s,引水隧洞长约13.5km,电站利用落差约110m,装机容量102MW。本工程为单一发电工程,无防洪、航运、供水等综合利用要求。

根据《水电枢纽工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)》,确定青龙水电站为三等中型工程。拦河闸坝、引水系统和厂房等永久性主要水工建筑物级别为3级,次要水工建筑物级别为4级,临时性水工建筑物级别为5级。

5.1.2 洪水标准

   根据《防洪标准(GB50201—94)》和《水电枢纽工程等级划分及洪水标准(SL252-2000)》,本工程挡水、泄水建筑物的设计洪水重现期为50年,校核洪水重现期为500年。厂房建筑物的设计洪水重现期为50年,校核洪水重现期为200年。

各永久性主要水工建筑物洪水标准及洪峰流量见表5.1-1

各永久性主要水工建筑物洪水标准及洪峰流量

5.1-1

项  目

设 计 洪 水

校 核 洪 水

重现期(年)

流量m3/s

重现期(年)

流量m3/s

    

50

451

500

591

地面厂房

50

460

200

547

5.1.3 地震

青龙水电站河段地震效应主要为外围强震波及影响。根据GB18306—2001版《中国地震动参数区划图》(1/400万),工程区50年超越概率10%,地震动峰值加速度为0.2g,动反应谱特征周期为0.4s,相应对照地震基本烈度为度。

根据《水工建筑物抗震设计规范》SL 203-97的规定,本电站各建筑物抗震设防均采用基本烈度(度)作为设计烈度。

5.1.5 主要技术规范

(1)《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》DL 51802003

(2)《防洪标准》GB 5020194

(3)《水利水电工程初步设计报告编制规程》DL 502193

(4)《水闸设计规范》SL 2652001

(5)碾压式土石坝设计规范SL274-2001

(6)《混凝土面板堆石坝设计规范》SL228-98

(7)《水利水电工程进水口设计规范》SL2852003

(8)《水工隧洞设计规范》SL 2792002

(9)《水电站调压室设计规范》DL/T 50581996

(10)《水电站压力钢管设计规范》DL/T 51412001

(11)《水电站厂房设计规范》SL 2662001

(12)《水工混凝土结构设计规范》DL/T 50571996

(13)《水工建筑物抗震设计规范》DL 50732000

(14)《水工建筑物荷载设计规范》DL 50771997

(15)《水利水电锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ186-85


5.2.2 引水线路选择

青龙电站首部枢纽位于双河乡下1.2km的下马崖,厂区枢纽位于青龙桥上50m的一级阶地上,其间天然河段长约15.6km。电站采用引水式开发,电站设计引用流量132.66m3/s,引水隧洞直径为8.5m,从水库特性及沿岸地形、地质条件和工程量等因素看,适于采用有压隧洞引水。其引水建筑物由电站进水口、引水隧洞、调压室和压力管道等建筑物组成。

根据《四川省阿坝州白水江干流(九寨沟县段)水电规划报告》本工程在可研阶段经过工程地质测绘、地表地质调查,并结合地勘资料和水工建筑物布置,对左、右岸引水线路进行了比选。

左、右岸引水线路所穿越地层岩性相同,为中厚~厚层灰岩及薄层~薄板状灰岩,但工程地质条件差异较大,右岸引水较左岸引水方案存在如下不足:取水建筑物布置将涉及公路改线;沿线地质条件复杂,小断层、顺层挤压带、次级小褶曲出露机率高,地层产状变化大,岩体破碎,类围岩所占比例高;隧洞过金子沟困难,绕沟线路长,施工支洞工程量大;压力管道地质条件差,覆盖层厚度大,且涉及公路改线。

因此,通过上述综合分析比较,从引水线路的地形、地质条件,工程布置等情况来看,左岸引水线路明显优于右岸引水线路,故可研阶段推荐左岸引水线路方案。2005619~21日,四川省发改委在成都主持召开了四川省阿坝州白水江青龙水电站可行性研究报告》工程技术方案审查会,并以川发改能源[2005]534号文批复,同意设计单位推荐的左岸引水线路。

左岸引水隧洞沿线有荷叶坡堆积体、木正沟、抹地沟、大坝沟、牧马沟、魏家半山堆积体和梨儿沟,引水隧洞布置主要受荷叶坡堆积体、抹地沟、魏家半山堆积体控制。根据地形地质条件和地勘资料,两堆积体沿洞线方向分布较长,范围较大,隧洞在该处的布置按埋于坡积体以下基岩中通过。本阶段在进一步的地勘工作成果基础上,针对隧洞过抹地沟的不同布置和结构型式,洞线布置了沟埋管引水方案和绕沟引水方案,其平面布置见图5.2-1

1、沟埋管方案:

隧洞布置以尽量缩短洞线长度为原则,在桩号(引)4+237.004+317.00处为过抹地沟段,沟心处的地面高程约为1310.0m,采用沟埋管方式过沟,沟埋管基础置于覆盖层上,其持力层为冰水堆积块碎石土。沟埋管底高程约为1248.0m,沟埋管长约80m,断面内径5.8m的圆形,采用钢板衬砌,外包钢筋混凝土厚1.0m。沟埋管方案引水隧洞总长为13.338km。由于沟内常年过水,对于管床开挖所形成的基岩边坡进行锚杆+挂网喷混凝土进行支护;对沟心覆盖层进行清除,待沟埋管施工完毕后再回填至原状,为避免沟水的冲刷,在沟底采用浆砌石进行保护。

2、绕沟方案:

绕沟方案隧洞在过抹地沟沟心处的地面高程约为1395.00m,沟心处的隧洞底高程约为1248.5m,隧洞上覆岩体厚度约45m,过沟段隧洞内径为6.5×8.5m的平底马蹄形断面,采用钢筋混凝土衬砌,衬厚0.7m。绕沟方案引水隧洞总长为13.498km

3、过沟方案比较

①地质条件比较:根据地质资料,埋管方案抹地沟内持力层为冰水堆积块碎石土,其承载力约0.20.25MPa,基本满足沟埋管承载力要求;绕沟方案过抹地沟段上覆基岩一般厚约50~65m,岩体完整性中等,以Ⅳ类围岩为主。因此,两方案地质条件上都是成立的。

②洞线长度比较:沟埋管方案引水隧洞长度较绕沟方案相对短约160m

③施工比较:隧洞绕沟方案施工项目相对沟埋管方案较少,主要为地下洞室的开挖与支护,而沟埋管方案主要施工项目为施工导流、覆盖层深基坑开挖、钢管制安、钢筋混凝土浇筑以及土石回填等工作,施工项目较多,施工组织复杂,因此,从施工角度,绕沟方案较优。

④投资比较:虽然隧洞沟埋管方案较绕沟方案引水隧洞长度短约160m,但投资却比绕沟方案增加344万元。两方案工程量及直接投资比较见表5.2-1

5.2-1    引水隧洞过沟段工程量及直接投资比较表

项目

单位

沟埋管方案

绕沟方案

备注

覆盖层明挖

m3

98640

岩石明挖

m3

2100

岩石洞挖

m3

182495

199039

混凝土C20

m3

5769

6242

喷混凝土C20

m3

8906

9728

钢筋

t

597

647

钢材

t

230

16MnR

锚杆

26040

28445

Φ25,L=3.0m

土石方回填

m3

52733

固结灌浆

m

2484

2650

回填灌浆

m2

1716

1831

橡胶止水

m

161

171

波纹管

2

D=5.8m

浆砌块石

m3

3840

相对投资

万元

4258

3914

综上所述,绕沟方案工程布置和施工较简单,直接投资更省,故推荐引水隧洞过抹地沟处采用绕沟方案。

5.2.3蝶阀方案与设闸门方案比较

本工程从隧洞进口至调压室间引水隧洞较长,约13.5Km,根据《水电站压力钢管设计规范》(DL/T 5141-2001)中有关规定,结合四川省阿坝州白水江青龙水电站可行性研究报告》专家组审查意见,本阶段比较研究了在压力钢管首端设置蝶阀(蝶阀方案)和在调压室竖井中设置闸门(闸门方案)的两种方案。

1、 蝶阀方案

调压室断面为长条形,宽9.0m,长30.0m井筒高74.6m与引水隧洞正交。调压室井筒采用钢筋混凝土衬砌,衬厚1.5m。竖井内设置横撑,横撑断面尺寸为1.2×2.0m,间排距为7.0×7.0m。为提高调压室周边围岩的完整性并防止井筒内水外渗,对井筒周边围岩进行固结灌浆,并对其顶拱进行固结灌浆和回填灌浆。

蝶阀直径采用5.2m,蝶阀室长15m,断面型式为城门洞型,尺寸为宽7.0m,高12m;为便于于蝶阀的安装、维护及检修,设置了一条蝶阀室交通洞,其断面型式为城门洞形,断面尺寸为6m×6m(高×宽),衬厚0.6m,蝶阀室交通洞136.339m。蝶阀室及交通洞采用全断面钢筋混凝土衬砌,顶拱回填灌浆,并进行周边固结灌浆

2、闸门方案

由于调压室竖井中设置闸门井侵占了一定的稳定断面面积,为保证其有效断面面积与蝶阀方案相同,本方案调压室宽9.0m,长34.0m井筒高80m与引水隧洞正交。调压室井筒采用钢筋混凝土衬砌,衬厚1.5m。竖井内设置横撑,横撑断面尺寸为1.2×2.0m,间排距为7.0×7.0m。为提高调压室周边围岩的完整性并防止井筒内水外渗,对井筒周边围岩进行固结灌浆,并对其顶拱进行固结灌浆和回填灌浆。

3、方案比较

蝶阀方案和闸门方案布置及结构上均是可行的,两方案压力管道、调压室交通洞布置相同。蝶阀方案和闸门方案工程量及直接投资见表5.2-2

表5.2-2     蝶阀方案与闸门方案建筑物主要工程量及相对投资比较表

项目

单位

蝶阀方案)

闸门方案)

备注

覆盖层明挖

m3

800

岩石明挖

m3

600

岩石洞(井)挖

m3

37294

31133

混凝土C20

m3

13519

13420

喷混凝土C20

m3

300

排架柱砼C25

m3

200

钢筋

t

1856

2309

锚杆

Φ22,L=3.5m

280

Φ25,L=6.0m

500

500

Φ28,L=8.0m

600

600

固结灌浆

m

5673

5023

回填灌浆

m2

1768

508

蝶阀

1

D=5.2m

事故门

1

起闭设备

1

相对投资

万元

2553

2593

从上表可见,蝶阀方案直接投资少40万元。闸门方案除投资较高外,从运行维护方面看,该方案上调压室交通洞的公路修建及维护困难,运行成本较大。综上所述,推荐在压力钢管首端设置蝶阀方案。

5.4.引水建筑物

引水建筑物由进水口、有压引水隧洞、调压室及压力管道等组成。

5.4.4.1 进水口

详见首部枢纽中叙述。

5.4.4.引水隧洞

5.4.4.2.1地形地质条件

引水隧洞穿越区山体雄厚,地形陡峻,山顶海拔高程21002300m。区内地形较完整,除抹地沟规模较大外,木正沟、大坝沟、牧马沟、梨儿沟规模较小、纵坡降较大。

工程区出露基岩地层为二迭系下统黑河组(P1h)浅变质岩系,岩性为一套滨、浅海交互相沉积的碎屑岩和碳酸岩。按岩性组成、沉积韵律及岩相的不同,可划分两大段,即黑河组下段(P1h1)、黑河组上段(P1h2)。上段在闸址至木正沟出露,岩性为薄层灰岩、中厚层角砾灰岩,中厚层硅质条带灰岩,夹砂岩、炭质千枚岩、板岩等;下段在木正沟至青龙桥(厂址)出露,岩性以薄层~薄板状灰岩与中厚层(角砾)灰岩、结晶灰岩相间出露,中厚层灰岩局部夹砂岩、板岩。

隧洞区在构造上位于玉瓦~南坪地块内的陵江~青龙背斜西南翼近背斜轴部,宏观上属单斜构造,地层总体产状为N25~40°W /SW60~80°。岩体中断层不甚发育,除层面外,结构面主要为一套节理裂隙系统。

区内物理地质作用较强烈,沿线崩坡积体广布,岩体风化卸荷深度较大,地表调查和勘探表明,岩体弱卸荷带水平深度一般25~50m,弱风化带水平深度一般为80~130m

区内地下水活动微弱,地下水位埋深大,谷坡中、上部未见泉水出露。岩体含水性及透水性受地层岩性、地质构造及风化卸荷的影响,存在一定差异,沿断层破碎带、挤压破碎带、节理密集带和岩溶发育的地段含水相对较丰富。

综上所述,引水隧洞穿越区,山体浑厚,地形较完整;深埋段岩体大多新鲜,岩石以中硬岩为主;岩体大多完整性较差,地层走向与洞轴线多呈中等角度相交,部分段近于平行,对隧洞稳定具一定控制性,围岩以Ⅲ类为主,部分为Ⅳ、Ⅴ类。隧洞进出、口段、过沟段以及上覆基岩相对单薄段,岩体风化卸荷强烈,完整性差,结构松弛,围岩类别为Ⅳ类;千枚岩集中出露段,地下水较丰富的弱风化岩体段,断层和层间错动带集中出露段,围岩为Ⅴ类。隧洞穿越区岩性岩相变化大,局部岩层褶曲发育,岩层产状将随机变化。

5.4.4.2.2引水隧洞布置

本电站设计发电引用流量132.66m3/s,引水隧洞布置于白水江左岸。引水隧洞从进水口至调压室全长约13.5km,隧洞断面型式为马蹄形,底宽6.5m,高8.5m

引水隧洞沿线有木正沟、抹地沟、大坝沟、牧马沟、梨儿沟5条支沟以及荷叶坡和魏家半山堆积体,除抹地沟规模较大外,其余沟规模小、纵坡降较大。隧洞布置主要受荷叶坡堆积体、抹地沟和魏家半山堆积体控制。

根据隧洞区的地形地质条件,隧洞线路布置采用绕沟方式,使隧洞从沟谷和堆积体下部基岩中通过。过堆积体处上覆岩体厚度最小分别为37m35m,过抹地沟处隧洞上覆围岩厚度最小为45m

根据隧洞进水口及调压室位置,并结合施工支洞的布置,洞线在平面上共设置8个转点,转弯半径均为100m。隧洞全长13.498km,隧洞进口底板顶高程为1257.00m,至调压室处底板顶高程降为1234.10m,隧洞纵坡i=1.7‰,隧洞断面型式为马蹄形,底宽6.5m,高8.5m。为防止隧洞岩石掉块进入机组,在隧洞中部及末端各设一个集石坑。根据施工布置,引水隧洞共设置6条施工支洞,为便于隧洞和集石坑的检修及清理,拟在4#和6#施工支洞设置永久检修进人门,1#、2#、3#及5#施工支洞进行封堵。

引水隧洞布置详见《枢纽平面布置图(推荐方案)》CD198 KX-

《引水隧洞剖面图(推荐方案)》CD 198  KX

5.4.4.2.3引水隧洞断面型式及经济洞径选择

有压引水隧洞曾比较城门洞形、圆形和马蹄形,圆形和马蹄形断面受力条件均较好,为避免圆形断面施工中的多挖多填而导致的施工附加量较大等问题,结合本工程实际特点,考虑隧洞沿线的地形地质条件、岩层走向与洞线交角,并兼顾施工方便和施工工期的需要,经综合分析比较,本阶段推荐引水隧洞断面型式采用平底马蹄形。

本电站设计引用流量为132.66m3/s,本阶段拟定了6.5×8.0m6.5×8.5m6.5×9.0m三个隧洞断面进行比较,经动能经济比较,经济断面为6.5×8.5m。当发电引用流量为132.66m3/s时,洞内设计流速V=2.182m/s

5.4.4.2.4引水隧洞衬砌型式及结构设计

隧洞沿线承受内水压力为0.15~0.71MPa,鉴于本电站引水隧洞较长,隧洞穿越区山体浑厚,地形较完整;深埋段岩体大多新鲜,岩石以中硬岩为主;隧洞围岩以Ⅲ类为主,部分为Ⅳ、Ⅴ类,因此,根据隧洞沿线的岩性和围岩类别、上覆岩体厚度及内水压力等因素,为缩短工期,考虑对地质条件较好的Ⅲ类围岩洞段采用挂网喷锚衬砌,对地质条件较差的Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段采用钢筋混凝土衬砌。喷锚衬砌支护参数通过参考类似工程并经工程类比得出;钢筋混凝土衬砌结构计算按《水工隧洞设计规范》DL/T 5195-2004中结构力学方法进行,并限制裂缝开展宽度δmax0.25mm

对Ⅲ类围岩洞段采用挂网喷锚支护,开挖断面尺寸:底宽6.70m、高8.85m、顶拱半径4.40m,内断面尺寸:底宽6.5m、高8.5m、顶拱半径4.25m;底板素混凝土衬厚20cm,边顶拱喷混凝土厚15cm,并进行挂网+系统锚杆。

Ⅳ类围岩洞段采用钢筋混凝土衬砌,开挖断面尺寸:底宽7.27m、高9.5m、顶拱半径4.75m,内断面尺寸:底宽6.5m、高8.5m、顶拱半径4.25m;衬厚50cm,配单层钢筋,顶拱120°范围内进行回填灌浆,并对全断面进行周边固结灌浆。

Ⅴ类围岩洞段采用钢筋混凝土衬砌,开挖断面尺寸:底宽7.57m、高9.9m、顶拱半径4.95m,内断面尺寸:底宽6.5m、高8.5m、顶拱半径4.25m;衬厚70cm,配双层钢筋,顶拱120°范围内进行回填灌浆,并对全断面进行周边固结灌浆。

5.4.4.2.5引水隧洞水力计算

引水隧洞全长约13.5km,全线采用现浇钢筋混凝土衬砌和喷锚衬砌,断面尺寸为:底宽6.5m,高8.5m。当发电引用流量为132.66m3/s时,洞内设计流速V=2.182m/s。钢筋混凝土衬砌段设计糙率取为n0.014,喷锚衬砌段边顶拱采用喷锚衬砌、底板采用素混凝土衬砌,断面综合糙率为n0.0261,按此计算沿程水头损失,另计入进水口的拦污栅、工作和检修闸门槽、渐变段、隧洞平面转弯段,以及隧洞与调压室底部连接段等局部水头损失,求得引水隧洞总水头损失为hw=7.604×10-4Q2,当三台机满负荷运行,引用流量为132.66m3/s时,引水隧洞水头损失为13.382m

5.4.4.3 调压室

5.4.4.3.1地形地质条件

调压室处地层为黑河组下段第二亚层(P1h12)中厚~厚层灰岩和薄层~薄板状灰岩,局部夹千枚岩,岩层总体产状为N40~45°W/SW65~70°。岩体中除层面裂隙发育外,优势节理有三组:①N35~50E/ SENW75~85°,迹长3~5m,部分>5m,间距0.5~1m;②N40~60°E/NW45~50°,迹长一般3~5m,间距40~60cm;③N40~60°E/NW15~20°,迹长2~5m,间距40~70cm。同一地段多出露二组裂隙,且相互切割,另外中厚~厚层灰岩体中短小及隐裂较发育。

调压室长轴方向为N65°2315E,与层面呈大角度相交,穹顶垂直埋深135m,长轴两端水平埋深分别为65m125m。井身底部以上(0~28m)岩性为薄层~薄板状灰岩,微新岩体,岩体完整性差,呈薄层状结构,围岩稳定性差,以Ⅲ-2类围岩为主;中上部28~74.6m岩性为中厚~厚层灰岩和薄层~薄板状灰岩,岩体弱风化,完整性差,岩体呈层状~块裂结构,属局部围岩不稳定,以Ⅳ类围岩为主。

调压室交通洞,轴线方向为N35°757W。段内岩性为薄层~薄板状灰岩,以弱风化、卸荷岩体为主,完整性差,裂面中等锈染,局部充填泥膜,岩体呈薄层状结构,洞轴线与岩层走向5~10°相交,属局部围岩不稳定,以Ⅳ类围岩为主。

5.4.4.3.2调压室型式选择

本电站设计水头86m,引水隧洞总长为13.5km,最大引用流量132.66m3/s,根据本电站设计水头低、引用流量较大,“托马”稳定断面面积较大的特点,调压室型式比较研究了简单式、差动式、简单带上室式和阻抗式。与差动式相比,简单式和阻抗式调压室结构较简单;与简单式相比,阻抗式调压室波动振幅更小、涌浪波动衰减快;带上室式调压室上室长、断面大,布置上困难,投资较大,故本阶段推荐采用阻抗式调压室。

5.4.4.3.3调压室结构布置

根据四川省阿坝州白水江青龙水电站可行性研究报告》专家组审查意见,结合调压室、压力管道处的地形地质条件、岩性和围岩类别情况,为减小压力管道的长度,并将压力管道斜井置于围岩条件相对较好的中厚层灰岩中,经分析研究,本阶段拟将调压室和压力管道整体沿压力管道轴线往山外平移50m

本电站调压室“托马”稳定断面面积为244m2,由于调压室上部以Ⅳ类围岩为主,如选用圆形断面,则D=17.6m,调压室穹顶难以形成,因此,将调压室断面设计为长条形,宽9.0m,长30.0m,与引水隧洞正交。

调压室底板顶高程为1241.4m,穹顶高程为1316.00m,井筒高74.6m,井筒采用钢筋混凝土衬砌,衬厚1.5m。由于竖井较高,为增强竖井高边墙的侧向稳定性,在竖井内设置横撑,横撑断面尺寸为1.2×2.0m,间排距为7.0×7.0m。阻抗孔位于调压室竖井底部,为长方形,其设计是在调压室底板顺水流向开槽,长9.0m,宽2.2m。为提高调压室周边围岩的完整性并防止井筒内水外渗,对井筒周边围岩进行固结灌浆,并对其顶拱进行固结灌浆和回填灌浆。调压室交通洞位于1306.000高程,长237.89m,城门洞型,断面尺寸为4m×5m(宽×高),衬厚0.5m,调压室交通洞采用全断面钢筋混凝土衬砌,顶拱回填灌浆,并进行周边固结灌浆。

调压室布置详见《调压室、压力管道布置图(1/33/3)》CD198 KX-

5.4.4.3.4调压室水力计算

调压室为阻抗式地下调压室,其“托马”临界稳定断面按引水隧洞可能最小糙率控制,求得调压室临界稳定断面积为Ath=232m2。选取调压室尺寸为(长×宽)30×9m,有效稳定面积A244m2,“托马”稳定安全系数K1.05

调压室的涌浪计算采用四阶龙格—库塔法。最高涌浪由水库最高运行水位1272.00m电站丢弃全部负荷工况控制最低涌浪水位为水库最低运行水位1270.50m时,电站从二台机运行增至三台机满负荷运行。计算成果见表5.33

调压室涌浪水位计算成果表

5.33

              

计算工况

计算参数及成果

丢弃负荷

增加负荷

Q =132.66®0( m3/s)

Q =88.44®132.66( m3/s)

水库运行水位(m

1272.00

1270.50

引水隧洞糙率

0.0224/0.012

0.0296/0.016

导叶开启与关闭时间TSS

7

7

   位(m

1304.615

1246.184

 

5.4.4.4 压力管道

5.4.4.4.1地形地质条件

压力管道由上平段、斜井段、下平段和岔支管段、碟阀室及其交通洞组成。

该段出露地层为黑河组下段第二亚层下部(P1h121),主要为薄层~薄板状灰岩,夹少量千枚岩,出口段为中厚~厚层灰岩,岩层总体产状为N40~45°W/SW65~70°。岩体中除层面裂隙发育外,优势节理有三组:①N35~50E/ SENW75~85°,迹长3~5m,部分>5m,间距0.5~1m;②N40~60°E/NW45~50°,迹长一般3~5m,间距40~60cm;③N40~60°E/NW15~20°EW/N25~30°,迹长2~5m,间距40~70cm。同一地段多出露二组裂隙,且相互切割。中厚~厚层灰岩岩质性脆、隐微裂隙较发育。

上平段,最大垂直埋深210m,侧覆、水平埋深分别为100m110m,轴线方向S24°3645E与岩层走向呈15~20角度相交,围岩为微新~弱风化岩体,为Ⅲ-2~Ⅳ类围岩。

斜管段,垂直埋深130~140m,侧覆、水平埋深分别为90m120m,轴线方向S24°3645E与岩层走向呈15~20角度相交,围岩为弱风化岩体,呈薄层状结构,属局部围岩不稳定,以Ⅳ类围岩为主。

下平段,轴线方向S5°00E,与岩层夹角35~40°。段内岩体弱风化、卸荷,裂面多松弛张开,充填泥膜,岩体呈层状~碎裂结构,属局部围岩不稳定,以Ⅳ类围岩为主。出口段及洞脸边坡地形陡峻,岩体卸荷较强,尤其边坡中上部沿层面及裂隙面多有张开。

蝶阀室交通洞,轴线方向为N65°2315E。段内岩性为中厚层灰岩,以弱风化、卸荷岩体为主、完整性差,裂面多中等锈染,局部充填泥膜。岩体呈层状~碎裂结构,洞轴线与岩层走向20~25°相交,属局部围岩不稳定,以Ⅳ类围岩为主。

5.4.4.4.2压力管道结构布置

根据调压室和地厂房的布置压力管道布置为地下埋藏式,采用一条主管,经两个“卜”形岔管分为条支管分别向厂房内台机组供水的联合供水布置方式。压力管道由上平段、斜井段、下平段和岔支管段、碟阀室及其交通洞组成。

调压室距厂房轴线平面距245m,调压室处隧洞底高程与厂房安装高程高差73.47m压力管道上平段长51.30m,中心高程1237.00m,纵坡i=0斜井段(含上、下弯管)长113.027m考虑施工方便,斜井倾角为60°;下平段主管长80.996m,中心高程1163.53m,纵坡i=0压力管道主管转弯半径均为30.0m,主管总长245.323m,内径5.8m。下平段主管末端由“卜”型岔管分接三条支管,每条支管的末端与厂内球阀相连。岔管为“卜”形,采用月牙肋岔管型式,分岔角为6。支管内径3.2m,支管最48.023m。压力管道主管按埋管设计,进厂前支管按明管设计。地下埋管段外预留60cm的操作空间,并回填混凝土,上、下平段顶拱回填灌浆,底部接触灌浆。

蝶阀室长15m,断面型式为城门洞型,尺寸为宽7.0m,高12m;为便于蝶阀的安装、维护及检修,设置了一条蝶阀室交通洞,其断面型式为城门洞形,断面尺寸为6m×6m(高×宽),衬厚0.6m,蝶阀室交通洞136.339m。蝶阀室及交通洞采用全断面钢筋混凝土衬砌,顶拱回填灌浆,并进行周边固结灌浆。

压力管道最大内水压根据调压室最高涌浪与压力管道最大水击计算分析确定,其控制内水压力0.72 ~ 1.42MPa压力管道全线采用钢板衬砌,钢材为16MnR钢板。对内水压力作用下的结构分析,取埋管段{σ}=0.67σs,明管[σ]=0.55σs,并用第四强度理论校核,钢板焊缝系数取Φ=0.90。钢板厚度除满足结构所需的厚度外,另计入锈蚀、磨损及管壁厚度误差等2mm。计算结果:主管管壁厚为1624 mm、支管管壁厚为22 mm

根据压力管道处的岩石弱风化埋深情况及围岩类别,对压力管道进行抗外压稳定分析。经初步分析计算,钢管设置间距1.6m的加劲环,管壁和加劲环的抗外压稳定均满足要求。

压力管道布置详见《调压室、压力管道布置图(1/33/3)》CD198 KX-

5.4.4.4.3压力管道水头损失与水锤计算

压力管道全线采用钢板衬砌,主管总长245.323m,内径5.8m;最长支管长48.023m,支管内径3.2m。钢板衬砌设计糙率采用n=0.012,计入渐变段、碟阀、管道转弯、分岔管、支管渐缩等局部水头损失,求得压力管道总水头损失hw=1.714×10-4Q2,当三台机满负荷运行,引用流量为132.66m3/s时,压力管道水头损失为3.02m

压力管道最大水锤升压出现在运行工况为水库水位1272.00m时,三台机满负荷运行,电站引用流量为132.66m3/s,突然丢弃全部负荷的情况,此时导叶有效关闭时间Ts=7s,当取压力波传播速度为c=1000m/s,经计算为极限水锤,其最大水锤升压系数为ζ=0.26,最大升压水头ΔH= 28m,压力管道末端承受最大内压为1.42MPa

压力管道最大水锤降压出现在运行工况为水库水位1270.50m时,两台机满负荷运行,突然增至全部负荷的情况,此时导叶开启时间Ts=7s,当取压力波传播速度为c=1000m/s,经计算最大水锤降压为极限水锤,其水锤降压系数为η=0.21,最大降压水头ΔH=22.22m,压力管道上平段末端管顶最小压力为0.05Mpa,满足规范要求。

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