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                  四川省阿壩州白水江青龍水電站工程選址、工程總布置及主要建筑物
                  文章來源:www.freehotlive.com   發布者:學生畢業作品網站  

                  5  工程選址、工程總布置及

                  主要建筑物

                  審   定: 胡克讓 審   查: 易乃厚  劉全才  范祥倫

                  校   核 鄭岳岷  劉朝清  李建華 編   寫 李國善  程  春   譚可奇

                  參加工作人員: 


                  目  錄

                  5.1 設計依據 5-4

                  5.1.1 工程等別及建筑物級別 5-4

                  5.1.2 洪水標準 5-4

                  5.1.3 抗震設計烈度 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.1.4 設計基本資料 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.1.5 主要技術規范 5-4

                  5.2 工程場址選擇 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.2.1 壩址選擇 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.2.2 引水線路選擇 5-6

                  5.2.3 廠址選擇 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.3 工程總體布置和主要建筑物型式選擇 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.3.1壩型選擇 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.3.2泄洪、放空、引水及發電建筑物型式選擇 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.3.3工程總布置 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.4 主要建筑物 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.4.1 擋水建筑物 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.4.2 泄洪建筑物 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.4.3 水庫放空建筑物 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.4.4 引水建筑物 5-9

                  5.4.5 廠區樞紐建筑物 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.5工程安全監測設計 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.5.1工程安全監測設計原則 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.5.2監測設計技術依據 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.5.3首部樞紐監測設計 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.5.4 引水系統安全監測 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.5.5 廠房樞紐安全監測 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.5.6 其它監測 5-錯誤!未定義書簽。

                  5.6 工程量匯總 5-錯誤!未定義書簽。


                  5.1 設計依據

                  5.1.1 工程等別及建筑物級別

                  青龍水電站屬白水江水電規劃一庫七級方案中的第七級梯級電站,為引水式開發。閘高16.50m,水庫正常蓄水位1272.00m,正常蓄水位以下庫容為23.4m3,調節庫容7.8m3。電站引用流量132.66m3/s,引水隧洞長約13.5km,電站利用落差約110m,裝機容量102MW。本工程為單一發電工程,無防洪、航運、供水等綜合利用要求。

                  根據《水電樞紐工程等級劃分及洪水標準(SL252-2000)》,確定青龍水電站為三等中型工程。攔河閘壩、引水系統和廠房等永久性主要水工建筑物級別為3級,次要水工建筑物級別為4級,臨時性水工建筑物級別為5級。

                  5.1.2 洪水標準

                     根據《防洪標準(GB50201—94)》和《水電樞紐工程等級劃分及洪水標準(SL252-2000)》,本工程擋水、泄水建筑物的設計洪水重現期為50年,校核洪水重現期為500年。廠房建筑物的設計洪水重現期為50年,校核洪水重現期為200年。

                  各永久性主要水工建筑物洪水標準及洪峰流量見表5.1-1。

                  各永久性主要水工建筑物洪水標準及洪峰流量

                  5.1-1

                  項  目

                  設 計 洪 水

                  校 核 洪 水

                  重現期(年)

                  流量m3/s

                  重現期(年)

                  流量m3/s

                      

                  50

                  451

                  500

                  591

                  地面廠房

                  50

                  460

                  200

                  547

                  5.1.3 地震

                  青龍水電站河段地震效應主要為外圍強震波及影響。根據GB18306—2001版《中國地震動參數區劃圖》(1/400萬),工程區50年超越概率10%,地震動峰值加速度為0.2g,動反應譜特征周期為0.4s,相應對照地震基本烈度為度。

                  根據《水工建筑物抗震設計規范》SL 203-97的規定,本電站各建筑物抗震設防均采用基本烈度(度)作為設計烈度。

                  5.1.5 主要技術規范

                  (1)《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》DL 51802003;

                  (2)《防洪標準》GB 5020194;

                  (3)《水利水電工程初步設計報告編制規程》DL 502193;

                  (4)《水閘設計規范》SL 2652001;

                  (5)碾壓式土石壩設計規范SL274-2001;

                  (6)《混凝土面板堆石壩設計規范》SL228-98

                  (7)《水利水電工程進水口設計規范》SL2852003;

                  (8)《水工隧洞設計規范》SL 2792002;

                  (9)《水電站調壓室設計規范》DL/T 50581996;

                  (10)《水電站壓力鋼管設計規范》DL/T 51412001;

                  (11)《水電站廠房設計規范》SL 2662001;

                  (12)《水工混凝土結構設計規范》DL/T 50571996;

                  (13)《水工建筑物抗震設計規范》DL 50732000;

                  (14)《水工建筑物荷載設計規范》DL 50771997;

                  (15)《水利水電錨桿噴射混凝土支護技術規范》GBJ186-85。


                  5.2.2 引水線路選擇

                  青龍電站首部樞紐位于雙河鄉下1.2km的下馬崖,廠區樞紐位于青龍橋上50m的一級階地上,其間天然河段長約15.6km。電站采用引水式開發,電站設計引用流量132.66m3/s,引水隧洞直徑為8.5m,從水庫特性及沿岸地形、地質條件和工程量等因素看,適于采用有壓隧洞引水。其引水建筑物由電站進水口、引水隧洞、調壓室和壓力管道等建筑物組成。

                  根據《四川省阿壩州白水江干流(九寨溝縣段)水電規劃報告》,本工程在可研階段經過工程地質測繪、地表地質調查,并結合地勘資料和水工建筑物布置,對左、右岸引水線路進行了比選。

                  左、右岸引水線路所穿越地層巖性相同,為中厚~厚層灰巖及薄層~薄板狀灰巖,但工程地質條件差異較大,右岸引水較左岸引水方案存在如下不足:取水建筑物布置將涉及公路改線;沿線地質條件復雜,小斷層、順層擠壓帶、次級小褶曲出露機率高,地層產狀變化大,巖體破碎,、類圍巖所占比例高;隧洞過金子溝困難,繞溝線路長,施工支洞工程量大;壓力管道地質條件差,覆蓋層厚度大,且涉及公路改線。

                  因此,通過上述綜合分析比較,從引水線路的地形、地質條件,工程布置等情況來看,左岸引水線路明顯優于右岸引水線路,故可研階段推薦左岸引水線路方案。2005619~21日,四川省發改委在成都主持召開了四川省阿壩州白水江青龍水電站可行性研究報告》工程技術方案審查會,并以川發改能源[2005]534號文批復,同意設計單位推薦的左岸引水線路。

                  左岸引水隧洞沿線有荷葉坡堆積體、木正溝、抹地溝、大壩溝、牧馬溝、魏家半山堆積體和梨兒溝,引水隧洞布置主要受荷葉坡堆積體、抹地溝、魏家半山堆積體控制。根據地形地質條件和地勘資料,兩堆積體沿洞線方向分布較長,范圍較大,隧洞在該處的布置按埋于坡積體以下基巖中通過。本階段在進一步的地勘工作成果基礎上,針對隧洞過抹地溝的不同布置和結構型式,洞線布置了溝埋管引水方案和繞溝引水方案,其平面布置見圖5.2-1。

                  1、溝埋管方案:

                  隧洞布置以盡量縮短洞線長度為原則,在樁號(引)4+237.004+317.00處為過抹地溝段,溝心處的地面高程約為1310.0m,采用溝埋管方式過溝,溝埋管基礎置于覆蓋層上,其持力層為冰水堆積塊碎石土。溝埋管底高程約為1248.0m,溝埋管長約80m,斷面內徑5.8m的圓形,采用鋼板襯砌,外包鋼筋混凝土厚1.0m。溝埋管方案引水隧洞總長為13.338km。由于溝內常年過水,對于管床開挖所形成的基巖邊坡進行錨桿+掛網噴混凝土進行支護;對溝心覆蓋層進行清除,待溝埋管施工完畢后再回填至原狀,為避免溝水的沖刷,在溝底采用漿砌石進行保護。

                  2、繞溝方案:

                  繞溝方案隧洞在過抹地溝溝心處的地面高程約為1395.00m,溝心處的隧洞底高程約為1248.5m,隧洞上覆巖體厚度約45m,過溝段隧洞內徑為6.5×8.5m的平底馬蹄形斷面,采用鋼筋混凝土襯砌,襯厚0.7m。繞溝方案引水隧洞總長為13.498km。

                  3、過溝方案比較

                  ①地質條件比較:根據地質資料,埋管方案抹地溝內持力層為冰水堆積塊碎石土,其承載力約0.20.25MPa,基本滿足溝埋管承載力要求;繞溝方案過抹地溝段上覆基巖一般厚約50~65m,巖體完整性中等,以Ⅳ類圍巖為主。因此,兩方案地質條件上都是成立的。

                  ②洞線長度比較:溝埋管方案引水隧洞長度較繞溝方案相對短約160m。

                  ③施工比較:隧洞繞溝方案施工項目相對溝埋管方案較少,主要為地下洞室的開挖與支護,而溝埋管方案主要施工項目為施工導流、覆蓋層深基坑開挖、鋼管制安、鋼筋混凝土澆筑以及土石回填等工作,施工項目較多,施工組織復雜,因此,從施工角度,繞溝方案較優。

                  ④投資比較:雖然隧洞溝埋管方案較繞溝方案引水隧洞長度短約160m,但投資卻比繞溝方案增加344萬元。兩方案工程量及直接投資比較見表5.2-1。

                  5.2-1    引水隧洞過溝段工程量及直接投資比較表

                  項目

                  單位

                  溝埋管方案

                  繞溝方案

                  備注

                  覆蓋層明挖

                  m3

                  98640

                  巖石明挖

                  m3

                  2100

                  巖石洞挖

                  m3

                  182495

                  199039

                  混凝土C20

                  m3

                  5769

                  6242

                  噴混凝土C20

                  m3

                  8906

                  9728

                  鋼筋

                  t

                  597

                  647

                  鋼材

                  t

                  230

                  16MnR

                  錨桿

                  26040

                  28445

                  Φ25,L=3.0m

                  土石方回填

                  m3

                  52733

                  固結灌漿

                  m

                  2484

                  2650

                  回填灌漿

                  m2

                  1716

                  1831

                  橡膠止水

                  m

                  161

                  171

                  波紋管

                  2

                  D=5.8m

                  漿砌塊石

                  m3

                  3840

                  相對投資

                  萬元

                  4258

                  3914

                  綜上所述,繞溝方案工程布置和施工較簡單,直接投資更省,故推薦引水隧洞過抹地溝處采用繞溝方案。

                  5.2.3蝶閥方案與設閘門方案比較

                  本工程從隧洞進口至調壓室間引水隧洞較長,約13.5Km,根據《水電站壓力鋼管設計規范》(DL/T 5141-2001)中有關規定,結合四川省阿壩州白水江青龍水電站可行性研究報告》專家組審查意見,本階段比較研究了在壓力鋼管首端設置蝶閥(蝶閥方案)和在調壓室豎井中設置閘門(閘門方案)的兩種方案。

                  1、 蝶閥方案

                  調壓室斷面為長條形,寬9.0m,長30.0m,井筒高74.6m,與引水隧洞正交。調壓室井筒采用鋼筋混凝土襯砌,襯厚1.5m。豎井內設置橫撐,橫撐斷面尺寸為1.2×2.0m,間排距為7.0×7.0m。為提高調壓室周邊圍巖的完整性并防止井筒內水外滲,對井筒周邊圍巖進行固結灌漿,并對其頂拱進行固結灌漿和回填灌漿。

                  蝶閥直徑采用5.2m,蝶閥室長15m,斷面型式為城門洞型,尺寸為寬7.0m,高12m;為便于于蝶閥的安裝、維護及檢修,設置了一條蝶閥室交通洞,其斷面型式為城門洞形,斷面尺寸為6m×6m(高×寬),襯厚0.6m,蝶閥室交通洞136.339m。蝶閥室及交通洞采用全斷面鋼筋混凝土襯砌,頂拱回填灌漿,并進行周邊固結灌漿

                  2、閘門方案

                  由于調壓室豎井中設置閘門井侵占了一定的穩定斷面面積,為保證其有效斷面面積與蝶閥方案相同,本方案調壓室寬9.0m,長34.0m,井筒高80m,與引水隧洞正交。調壓室井筒采用鋼筋混凝土襯砌,襯厚1.5m。豎井內設置橫撐,橫撐斷面尺寸為1.2×2.0m,間排距為7.0×7.0m。為提高調壓室周邊圍巖的完整性并防止井筒內水外滲,對井筒周邊圍巖進行固結灌漿,并對其頂拱進行固結灌漿和回填灌漿。

                  3、方案比較

                  蝶閥方案和閘門方案布置及結構上均是可行的,兩方案壓力管道、調壓室交通洞布置相同。蝶閥方案和閘門方案工程量及直接投資見表5.2-2。

                  表5.2-2     蝶閥方案與閘門方案建筑物主要工程量及相對投資比較表

                  項目

                  單位

                  蝶閥方案)

                  閘門方案)

                  備注

                  覆蓋層明挖

                  m3

                  800

                  巖石明挖

                  m3

                  600

                  巖石洞(井)挖

                  m3

                  37294

                  31133

                  混凝土C20

                  m3

                  13519

                  13420

                  噴混凝土C20

                  m3

                  300

                  排架柱砼C25

                  m3

                  200

                  鋼筋

                  t

                  1856

                  2309

                  錨桿

                  Φ22,L=3.5m

                  280

                  Φ25,L=6.0m

                  500

                  500

                  Φ28,L=8.0m

                  600

                  600

                  固結灌漿

                  m

                  5673

                  5023

                  回填灌漿

                  m2

                  1768

                  508

                  蝶閥

                  1

                  D=5.2m

                  事故門

                  1

                  起閉設備

                  1

                  相對投資

                  萬元

                  2553

                  2593

                  從上表可見,蝶閥方案直接投資少40萬元。閘門方案除投資較高外,從運行維護方面看,該方案上調壓室交通洞的公路修建及維護困難,運行成本較大。綜上所述,推薦在壓力鋼管首端設置蝶閥方案。

                  5.4.引水建筑物

                  引水建筑物由進水口、有壓引水隧洞、調壓室及壓力管道等組成。

                  5.4.4.1 進水口

                  詳見首部樞紐中敘述。

                  5.4.4.引水隧洞

                  5.4.4.2.1地形地質條件

                  引水隧洞穿越區山體雄厚,地形陡峻,山頂海拔高程21002300m。區內地形較完整,除抹地溝規模較大外,木正溝、大壩溝、牧馬溝、梨兒溝規模較小、縱坡降較大。

                  工程區出露基巖地層為二迭系下統黑河組(P1h)淺變質巖系,巖性為一套濱、淺海交互相沉積的碎屑巖和碳酸巖。按巖性組成、沉積韻律及巖相的不同,可劃分兩大段,即黑河組下段(P1h1)、黑河組上段(P1h2)。上段在閘址至木正溝出露,巖性為薄層灰巖、中厚層角礫灰巖,中厚層硅質條帶灰巖,夾砂巖、炭質千枚巖、板巖等;下段在木正溝至青龍橋(廠址)出露,巖性以薄層~薄板狀灰巖與中厚層(角礫)灰巖、結晶灰巖相間出露,中厚層灰巖局部夾砂巖、板巖。

                  隧洞區在構造上位于玉瓦~南坪地塊內的陵江~青龍背斜西南翼近背斜軸部,宏觀上屬單斜構造,地層總體產狀為N25~40°W /SW60~80°。巖體中斷層不甚發育,除層面外,結構面主要為一套節理裂隙系統。

                  區內物理地質作用較強烈,沿線崩坡積體廣布,巖體風化卸荷深度較大,地表調查和勘探表明,巖體弱卸荷帶水平深度一般25~50m,弱風化帶水平深度一般為80~130m。

                  區內地下水活動微弱,地下水位埋深大,谷坡中、上部未見泉水出露。巖體含水性及透水性受地層巖性、地質構造及風化卸荷的影響,存在一定差異,沿斷層破碎帶、擠壓破碎帶、節理密集帶和巖溶發育的地段含水相對較豐富。

                  綜上所述,引水隧洞穿越區,山體渾厚,地形較完整;深埋段巖體大多新鮮,巖石以中硬巖為主;巖體大多完整性較差,地層走向與洞軸線多呈中等角度相交,部分段近于平行,對隧洞穩定具一定控制性,圍巖以Ⅲ類為主,部分為Ⅳ、Ⅴ類。隧洞進出、口段、過溝段以及上覆基巖相對單薄段,巖體風化卸荷強烈,完整性差,結構松弛,圍巖類別為Ⅳ類;千枚巖集中出露段,地下水較豐富的弱風化巖體段,斷層和層間錯動帶集中出露段,圍巖為Ⅴ類。隧洞穿越區巖性巖相變化大,局部巖層褶曲發育,巖層產狀將隨機變化。

                  5.4.4.2.2引水隧洞布置

                  本電站設計發電引用流量132.66m3/s,引水隧洞布置于白水江左岸。引水隧洞從進水口至調壓室全長約13.5km,隧洞斷面型式為馬蹄形,底寬6.5m,高8.5m。

                  引水隧洞沿線有木正溝、抹地溝、大壩溝、牧馬溝、梨兒溝5條支溝以及荷葉坡和魏家半山堆積體,除抹地溝規模較大外,其余溝規模小、縱坡降較大。隧洞布置主要受荷葉坡堆積體、抹地溝和魏家半山堆積體控制。

                  根據隧洞區的地形地質條件,隧洞線路布置采用繞溝方式,使隧洞從溝谷和堆積體下部基巖中通過。過堆積體處上覆巖體厚度最小分別為37m35m,過抹地溝處隧洞上覆圍巖厚度最小為45m。

                  根據隧洞進水口及調壓室位置,并結合施工支洞的布置,洞線在平面上共設置8個轉點,轉彎半徑均為100m。隧洞全長13.498km,隧洞進口底板頂高程為1257.00m,至調壓室處底板頂高程降為1234.10m,隧洞縱坡i=1.7‰,隧洞斷面型式為馬蹄形,底寬6.5m,高8.5m。為防止隧洞巖石掉塊進入機組,在隧洞中部及末端各設一個集石坑。根據施工布置,引水隧洞共設置6條施工支洞,為便于隧洞和集石坑的檢修及清理,擬在4#和6#施工支洞設置永久檢修進人門,1#、2#、3#及5#施工支洞進行封堵。

                  引水隧洞布置詳見《樞紐平面布置圖(推薦方案)》CD198 KX-

                  《引水隧洞剖面圖(推薦方案)》CD 198  KX

                  5.4.4.2.3引水隧洞斷面型式及經濟洞徑選擇

                  有壓引水隧洞曾比較城門洞形、圓形和馬蹄形,圓形和馬蹄形斷面受力條件均較好,為避免圓形斷面施工中的多挖多填而導致的施工附加量較大等問題,結合本工程實際特點,考慮隧洞沿線的地形地質條件、巖層走向與洞線交角,并兼顧施工方便和施工工期的需要,經綜合分析比較,本階段推薦引水隧洞斷面型式采用平底馬蹄形。

                  本電站設計引用流量為132.66m3/s,本階段擬定了6.5×8.0m、6.5×8.5m6.5×9.0m三個隧洞斷面進行比較,經動能經濟比較,經濟斷面為6.5×8.5m。當發電引用流量為132.66m3/s時,洞內設計流速V=2.182m/s。

                  5.4.4.2.4引水隧洞襯砌型式及結構設計

                  隧洞沿線承受內水壓力為0.15~0.71MPa,鑒于本電站引水隧洞較長,隧洞穿越區山體渾厚,地形較完整;深埋段巖體大多新鮮,巖石以中硬巖為主;隧洞圍巖以Ⅲ類為主,部分為Ⅳ、Ⅴ類,因此,根據隧洞沿線的巖性和圍巖類別、上覆巖體厚度及內水壓力等因素,為縮短工期,考慮對地質條件較好的Ⅲ類圍巖洞段采用掛網噴錨襯砌,對地質條件較差的Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段采用鋼筋混凝土襯砌。噴錨襯砌支護參數通過參考類似工程并經工程類比得出;鋼筋混凝土襯砌結構計算按《水工隧洞設計規范》DL/T 5195-2004中結構力學方法進行,并限制裂縫開展寬度δmax0.25mm。

                  對Ⅲ類圍巖洞段采用掛網噴錨支護,開挖斷面尺寸:底寬6.70m、高8.85m、頂拱半徑4.40m,內斷面尺寸:底寬6.5m、高8.5m、頂拱半徑4.25m;底板素混凝土襯厚20cm,邊頂拱噴混凝土厚15cm,并進行掛網+系統錨桿。

                  Ⅳ類圍巖洞段采用鋼筋混凝土襯砌,開挖斷面尺寸:底寬7.27m、高9.5m、頂拱半徑4.75m,內斷面尺寸:底寬6.5m、高8.5m、頂拱半徑4.25m;襯厚50cm,配單層鋼筋,頂拱120°范圍內進行回填灌漿,并對全斷面進行周邊固結灌漿。

                  Ⅴ類圍巖洞段采用鋼筋混凝土襯砌,開挖斷面尺寸:底寬7.57m、高9.9m、頂拱半徑4.95m,內斷面尺寸:底寬6.5m、高8.5m、頂拱半徑4.25m;襯厚70cm,配雙層鋼筋,頂拱120°范圍內進行回填灌漿,并對全斷面進行周邊固結灌漿。

                  5.4.4.2.5引水隧洞水力計算

                  引水隧洞全長約13.5km,全線采用現澆鋼筋混凝土襯砌和噴錨襯砌,斷面尺寸為:底寬6.5m,高8.5m。當發電引用流量為132.66m3/s時,洞內設計流速V=2.182m/s。鋼筋混凝土襯砌段設計糙率取為n0.014,噴錨襯砌段邊頂拱采用噴錨襯砌、底板采用素混凝土襯砌,斷面綜合糙率為n0.0261,按此計算沿程水頭損失,另計入進水口的攔污柵、工作和檢修閘門槽、漸變段、隧洞平面轉彎段,以及隧洞與調壓室底部連接段等局部水頭損失,求得引水隧洞總水頭損失為hw=7.604×10-4Q2,當三臺機滿負荷運行,引用流量為132.66m3/s時,引水隧洞水頭損失為13.382m。

                  5.4.4.3 調壓室

                  5.4.4.3.1地形地質條件

                  調壓室處地層為黑河組下段第二亞層(P1h12)中厚~厚層灰巖和薄層~薄板狀灰巖,局部夾千枚巖,巖層總體產狀為N40~45°W/SW65~70°。巖體中除層面裂隙發育外,優勢節理有三組:①N35~50E/ SENW75~85°,跡長3~5m,部分>5m,間距0.5~1m;②N40~60°E/NW45~50°,跡長一般3~5m,間距40~60cm;③N40~60°E/NW15~20°,跡長2~5m,間距40~70cm。同一地段多出露二組裂隙,且相互切割,另外中厚~厚層灰巖體中短小及隱裂較發育。

                  調壓室長軸方向為N65°2315E,與層面呈大角度相交,穹頂垂直埋深135m,長軸兩端水平埋深分別為65m、125m。井身底部以上(0~28m)巖性為薄層~薄板狀灰巖,微新巖體,巖體完整性差,呈薄層狀結構,圍巖穩定性差,以Ⅲ-2類圍巖為主;中上部28~74.6m巖性為中厚~厚層灰巖和薄層~薄板狀灰巖,巖體弱風化,完整性差,巖體呈層狀~塊裂結構,屬局部圍巖不穩定,以Ⅳ類圍巖為主。

                  調壓室交通洞,軸線方向為N35°757W。段內巖性為薄層~薄板狀灰巖,以弱風化、卸荷巖體為主,完整性差,裂面中等銹染,局部充填泥膜,巖體呈薄層狀結構,洞軸線與巖層走向5~10°相交,屬局部圍巖不穩定,以Ⅳ類圍巖為主。

                  5.4.4.3.2調壓室型式選擇

                  本電站設計水頭86m,引水隧洞總長為13.5km,最大引用流量132.66m3/s,根據本電站設計水頭低、引用流量較大,“托馬”穩定斷面面積較大的特點,調壓室型式比較研究了簡單式、差動式、簡單帶上室式和阻抗式。與差動式相比,簡單式和阻抗式調壓室結構較簡單;與簡單式相比,阻抗式調壓室波動振幅更小、涌浪波動衰減快;帶上室式調壓室上室長、斷面大,布置上困難,投資較大,故本階段推薦采用阻抗式調壓室。

                  5.4.4.3.3調壓室結構布置

                  根據四川省阿壩州白水江青龍水電站可行性研究報告》專家組審查意見,結合調壓室、壓力管道處的地形地質條件、巖性和圍巖類別情況,為減小壓力管道的長度,并將壓力管道斜井置于圍巖條件相對較好的中厚層灰巖中,經分析研究,本階段擬將調壓室和壓力管道整體沿壓力管道軸線往山外平移50m。

                  本電站調壓室“托馬”穩定斷面面積為244m2,由于調壓室上部以Ⅳ類圍巖為主,如選用圓形斷面,則D=17.6m,調壓室穹頂難以形成,因此,將調壓室斷面設計為長條形,寬9.0m,長30.0m,與引水隧洞正交。

                  調壓室底板頂高程為1241.4m,穹頂高程為1316.00m,井筒高74.6m,井筒采用鋼筋混凝土襯砌,襯厚1.5m。由于豎井較高,為增強豎井高邊墻的側向穩定性,在豎井內設置橫撐,橫撐斷面尺寸為1.2×2.0m,間排距為7.0×7.0m。阻抗孔位于調壓室豎井底部,為長方形,其設計是在調壓室底板順水流向開槽,長9.0m,寬2.2m。為提高調壓室周邊圍巖的完整性并防止井筒內水外滲,對井筒周邊圍巖進行固結灌漿,并對其頂拱進行固結灌漿和回填灌漿。調壓室交通洞位于1306.000高程,長237.89m,城門洞型,斷面尺寸為4m×5m(寬×高),襯厚0.5m,調壓室交通洞采用全斷面鋼筋混凝土襯砌,頂拱回填灌漿,并進行周邊固結灌漿。

                  調壓室布置詳見《調壓室、壓力管道布置圖(1/33/3)》CD198 KX-

                  5.4.4.3.4調壓室水力計算

                  調壓室為阻抗式地下調壓室,其“托馬”臨界穩定斷面按引水隧洞可能最小糙率控制,求得調壓室臨界穩定斷面積為Ath=232m2。選取調壓室尺寸為(長×寬)30×9m,有效穩定面積A244m2,“托馬”穩定安全系數K1.05。

                  調壓室的涌浪計算采用四階龍格—庫塔法。最高涌浪由水庫最高運行水位1272.00m電站丟棄全部負荷工況控制。最低涌浪水位為水庫最低運行水位1270.50m時,電站從二臺機運行增至三臺機滿負荷運行。計算成果見表5.33。

                  調壓室涌浪水位計算成果表

                  5.33

                                

                  計算工況

                  計算參數及成果

                  丟棄負荷

                  增加負荷

                  Q =132.66®0( m3/s)

                  Q =88.44®132.66( m3/s)

                  水庫運行水位(m

                  1272.00

                  1270.50

                  引水隧洞糙率

                  0.0224/0.012

                  0.0296/0.016

                  導葉開啟與關閉時間TSS

                  7

                  7

                     位(m

                  1304.615

                  1246.184

                   

                  5.4.4.4 壓力管道

                  5.4.4.4.1地形地質條件

                  壓力管道由上平段、斜井段、下平段和岔支管段、碟閥室及其交通洞組成。

                  該段出露地層為黑河組下段第二亞層下部(P1h121),主要為薄層~薄板狀灰巖,夾少量千枚巖,出口段為中厚~厚層灰巖,巖層總體產狀為N40~45°W/SW65~70°。巖體中除層面裂隙發育外,優勢節理有三組:①N35~50E/ SENW75~85°,跡長3~5m,部分>5m,間距0.5~1m;②N40~60°E/NW45~50°,跡長一般3~5m,間距40~60cm;③N40~60°E/NW15~20°EW/N25~30°,跡長2~5m,間距40~70cm。同一地段多出露二組裂隙,且相互切割。中厚~厚層灰巖巖質性脆、隱微裂隙較發育。

                  上平段,最大垂直埋深210m,側覆、水平埋深分別為100m、110m,軸線方向S24°3645E與巖層走向呈15~20角度相交,圍巖為微新~弱風化巖體,為Ⅲ-2~Ⅳ類圍巖。

                  斜管段,垂直埋深130~140m,側覆、水平埋深分別為90m、120m,軸線方向S24°3645E與巖層走向呈15~20角度相交,圍巖為弱風化巖體,呈薄層狀結構,屬局部圍巖不穩定,以Ⅳ類圍巖為主。

                  下平段,軸線方向S5°00E,與巖層夾角35~40°。段內巖體弱風化、卸荷,裂面多松弛張開,充填泥膜,巖體呈層狀~碎裂結構,屬局部圍巖不穩定,以Ⅳ類圍巖為主。出口段及洞臉邊坡地形陡峻,巖體卸荷較強,尤其邊坡中上部沿層面及裂隙面多有張開。

                  蝶閥室交通洞,軸線方向為N65°2315E。段內巖性為中厚層灰巖,以弱風化、卸荷巖體為主、完整性差,裂面多中等銹染,局部充填泥膜。巖體呈層狀~碎裂結構,洞軸線與巖層走向20~25°相交,屬局部圍巖不穩定,以Ⅳ類圍巖為主。

                  5.4.4.4.2壓力管道結構布置

                  根據調壓室和地廠房的布置,壓力管道布置為地下埋藏式,采用一條主管,經兩個“卜”形岔管分為條支管分別向廠房內臺機組供水的聯合供水布置方式。壓力管道由上平段、斜井段、下平段和岔支管段、碟閥室及其交通洞組成。

                  調壓室距廠房軸線平面距245m,調壓室處隧洞底高程與廠房安裝高程高差73.47m。壓力管道上平段長51.30m,中心高程1237.00m,縱坡i=0;斜井段(含上、下彎管)長113.027m,考慮施工方便,斜井傾角為60°;下平段主管長80.996m,中心高程1163.53m,縱坡i=0。壓力管道主管轉彎半徑均為30.0m,主管總長245.323m,內徑5.8m。下平段主管末端由“卜”型岔管分接三條支管,每條支管的末端與廠內球閥相連。岔管為“卜”形,采用月牙肋岔管型式,分岔角為6。支管內徑3.2m,支管最48.023m。壓力管道主管按埋管設計,進廠前支管按明管設計。地下埋管段外預留60cm的操作空間,并回填混凝土,上、下平段頂拱回填灌漿,底部接觸灌漿。

                  蝶閥室長15m,斷面型式為城門洞型,尺寸為寬7.0m,高12m;為便于蝶閥的安裝、維護及檢修,設置了一條蝶閥室交通洞,其斷面型式為城門洞形,斷面尺寸為6m×6m(高×寬),襯厚0.6m,蝶閥室交通洞136.339m。蝶閥室及交通洞采用全斷面鋼筋混凝土襯砌,頂拱回填灌漿,并進行周邊固結灌漿。

                  壓力管道最大內水壓根據調壓室最高涌浪與壓力管道最大水擊計算分析確定,其控制內水壓力0.72 ~ 1.42MPa。壓力管道全線采用鋼板襯砌,鋼材為16MnR鋼板。對內水壓力作用下的結構分析,取埋管段{σ}=0.67σs,明管[σ]=0.55σs,并用第四強度理論校核,鋼板焊縫系數取Φ=0.90。鋼板厚度除滿足結構所需的厚度外,另計入銹蝕、磨損及管壁厚度誤差等2mm。計算結果:主管管壁厚為1624 mm、支管管壁厚為22 mm。

                  根據壓力管道處的巖石弱風化埋深情況及圍巖類別,對壓力管道進行抗外壓穩定分析。經初步分析計算,鋼管設置間距1.6m的加勁環,管壁和加勁環的抗外壓穩定均滿足要求。

                  壓力管道布置詳見《調壓室、壓力管道布置圖(1/33/3)》CD198 KX-

                  5.4.4.4.3壓力管道水頭損失與水錘計算

                  壓力管道全線采用鋼板襯砌,主管總長245.323m,內徑5.8m;最長支管長48.023m,支管內徑3.2m。鋼板襯砌設計糙率采用n=0.012,計入漸變段、碟閥、管道轉彎、分岔管、支管漸縮等局部水頭損失,求得壓力管道總水頭損失hw=1.714×10-4Q2,當三臺機滿負荷運行,引用流量為132.66m3/s時,壓力管道水頭損失為3.02m。

                  壓力管道最大水錘升壓出現在運行工況為水庫水位1272.00m時,三臺機滿負荷運行,電站引用流量為132.66m3/s,突然丟棄全部負荷的情況,此時導葉有效關閉時間Ts=7s,當取壓力波傳播速度為c=1000m/s,經計算為極限水錘,其最大水錘升壓系數為ζ=0.26,最大升壓水頭ΔH= 28m,壓力管道末端承受最大內壓為1.42MPa。

                  壓力管道最大水錘降壓出現在運行工況為水庫水位1270.50m時,兩臺機滿負荷運行,突然增至全部負荷的情況,此時導葉開啟時間Ts=7s,當取壓力波傳播速度為c=1000m/s,經計算最大水錘降壓為極限水錘,其水錘降壓系數為η=0.21,最大降壓水頭ΔH=22.22m,壓力管道上平段末端管頂最小壓力為0.05Mpa,滿足規范要求。

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