【文章內(nèi)容簡介】 要求，一般為不小于 %－ %的正坡。無壓泄水隧洞的進(jìn)口高程取決于水庫要求泄放的最低西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 水位，出口高程決定于下游最高洪水位，應(yīng)避免水躍。其縱坡通過水利計(jì)算確定，多采用陡坡以防止洞內(nèi)泥沙淤積。 運(yùn)行條件：不影響樞紐和其他建筑物的正常工作。泄水隧洞出口應(yīng)與攔河壩的壩腳有一定距離，泄洪消能出口與壩腳相距200 米以上，以防出洞 水流沖刷壩腳。發(fā)電洞尾水則應(yīng)避開或隔開樞紐建筑物泄流時(shí)可能導(dǎo)致的水位波動(dòng)。 施工開挖條件：洞線應(yīng)與樞紐其他建筑物保持一定距離以免洞室開挖爆破影響建筑物基巖的穩(wěn)定。長隧洞可設(shè)幾個(gè)支洞以增加開挖面。 影響因素多，要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析比較確定，隧洞選線的一般原則： A. 地質(zhì)條件 （ 1）應(yīng)使軸線與層面的走向交成較大的夾角（θ≦ 45176。） ,軸線垂直走向優(yōu)于平行，傾角陡立最好，形成自然拱。當(dāng)巖層傾斜時(shí)，向開挖面傾斜比背向開挖面傾斜好。當(dāng)通過皺褶軸部時(shí)，易形成梯形棱柱體造成洞頂塌方。 （ 2）覆蓋厚度 考慮彈性抗力（不 利巖體構(gòu)造）：≥ 3Φ 不考慮彈性抗力：不襯砌≥ 1H,襯砌≥ 進(jìn)出口：≥ 1Φ B. 地形條件 （ 1）縱向布置 短而直， R≥ 5B 或Φ，α≤ 60176。，過渡直線段 L≥ 5B 或Φ。 （ 2）進(jìn)出口位置合適：進(jìn)出口水流應(yīng)平順對(duì)稱，避免產(chǎn)生渦流，防止水流的沖刷。進(jìn)出口巖石要堅(jiān)硬、完整。 C. 水流條件 進(jìn)出口水流平順、直，與其他建筑物要有足夠的距離 D. 施工條件 考慮施工方便：一洞多用，布置施工支洞、斜洞、豎井以便分段施工。 選線是設(shè)計(jì)中一個(gè)至關(guān)重要的問題，它關(guān)系到工程造價(jià)、施工難易、工期長短和運(yùn)行可靠性等方面。 扎窩 電站引水建筑物由引水隧洞、調(diào)壓井和壓力管道等組成。在可研階段對(duì)右岸引水與左岸引水兩個(gè)方案進(jìn)行了比較研究。 綜合各方面原因，我們將引水線路布置在右岸。首先，右岸總體為凸岸，閘、 廠址間主要分布有子母河溝和扎窩溝，兩溝切割較深，常年有水，對(duì)洞線布置有一定的影響。但進(jìn)水口處在凹岸，有利于取水；其次，根據(jù)黑水河的走向，在滿足施工工期的支洞布置條件下，布置在右岸引水隧洞洞線比較順暢，且穿越子母河溝和扎窩溝洞頂覆蓋厚度達(dá) 150m 左右，不存在繞溝問題，同時(shí)引水路線的長度僅為 ，比布置在左岸距離短；再次，左岸 有三條沖溝，而右岸只有西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 兩條，選擇右岸可降低施工難度和支護(hù)成本；最后，右岸的山體較為完整，整體性較左岸好。因此，引水隧洞布置在黑水河右岸。 同時(shí)，省發(fā)改委委托四川省工程咨詢研究院在成都主持召開《四川省阿壩州黑水河扎窩水電站可行性研究報(bào)告》審查會(huì)，會(huì)后同意右岸引水線路方案。 廠址及廠房形式的選擇 根據(jù)可研階段的審查意見：“本電站尾水與柳坪蓄水位相接，《報(bào)告》比較了位于黑水河與赤不蘇溝交匯口上游右岸的上廠址與黑水河右岸支流赤不蘇溝左岸的下廠址，兩方案無修建地面廠房的地形條件，均為地下廠房。兩方案工程布置相似，從工 程地質(zhì)條件及對(duì)茂黑公路的影響考慮，下廠址位于赤不蘇溝內(nèi)。為了充分利用水頭，宜在赤不蘇溝下游尋找廠址，因此《報(bào)告》推薦下廠址方案，基本同意《報(bào)告》推薦的廠址?！北倦A段主要研究下廠址地下廠房方案。 通過對(duì)閘址、引水線路與廠址各方案的比較論證，推薦在洪水溝口下游建閘、從右岸引水至赤不蘇溝溝口上游 250m 左岸修建地地下廠房作為扎窩電站的工程總體布置方案。樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水建筑物和廠區(qū)建筑物等組成。 樞紐的總體布置 首部樞紐位于龍壩溝口下游約 ，為一砼攔河閘壩，攔河閘壩軸線方向?yàn)?N5176。 45′ 6″ E，閘頂高程為 ，閘基置于河床含漂碎礫石土上，最大閘高為 ，閘（壩）頂總長為 。正常蓄水位 ，汛期運(yùn)行水位 。樞紐各建筑物均為混凝土結(jié)構(gòu)，閘壩基礎(chǔ)防滲采用全封閉式混凝土防滲墻，兩岸壩肩采用帷幕灌漿防止繞壩滲漏。 泄洪閘、沖沙閘布置在主河床，底板高程均為 ，泄洪閘孔口尺寸 （寬高），沖沙閘孔口尺寸 （寬高），閘室長度均為。泄洪閘前設(shè) 長的鋪蓋，沖沙閘前設(shè)長約 長的鋪蓋，泄洪、沖沙閘后為 長的護(hù)坦，護(hù)坦末端接 長的鋼筋混凝土柔性海漫。 進(jìn)水口的選型 進(jìn)水口是引水建筑物的首部結(jié)構(gòu)，其選型型式主要由當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和地形情況決定，不同的的進(jìn)水口有不同的適應(yīng)情況，根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)水口附近的圍巖情況較好，主要是Ⅲ 1類圍巖，加上岸坡較為陡峻，因此我們采用岸塔式進(jìn)水口。取水口布置在右岸，采用“正向泄洪排沙，側(cè)向取水”的布置型式。取水口上游右側(cè)布置扶壁式導(dǎo)墻平順?biāo)?，并與岸坡相連接。為了提高供水保證率，我們?cè)谶M(jìn)水口處設(shè)置兩孔的取水口，根據(jù)取水口和引水隧洞的漸變比例，一般比例為西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 1:~1:2 之間，我們選擇 米寬的取水口，其中，中墩厚度為 米，即取水口單孔寬度為 7米，頂部高程與攔河壩同高，為 米。進(jìn)水閘為胸墻式，設(shè)有一道工作閘門，為了更好的和后面的引水隧洞連接和過渡，進(jìn)水閘的寬度為 9米。 進(jìn)出口高程的確定 進(jìn)水口的選擇是非常重要的一環(huán)，因?yàn)檫M(jìn)水口的選取決定了引入發(fā)電廠房的用水的質(zhì)量。如果高程過高，在低水位運(yùn)行的時(shí)候不容易取到足量的水；如果高程過低，有可能進(jìn)水口會(huì)被泥沙淹沒，甚至在引水發(fā)電時(shí)候引入大量的泥沙，這會(huì)對(duì)機(jī)組造成巨大的磨損。因此確定好進(jìn)水口的高程十分必要， 進(jìn)水口高程的主要確定原則有兩點(diǎn)：一是高于淤沙高程 1~2 米；二是低于最低運(yùn)行水位且不產(chǎn)生氣旋漩渦（臨界淹沒深度）為原則。 根據(jù)設(shè)計(jì)的基本資料，河道高程約為 1844米，泄洪閘閘底板高程約為 米，因此，進(jìn)水口高程須高于 米。 臨界淹沒計(jì)算公式： 12crS CVd? (41) 式中： crS —— 臨界淹沒深度 C —— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， 其值為 ~，對(duì)于對(duì)稱的進(jìn)水口取小值，側(cè)向進(jìn)水口取大值。 V —— 孔口流速 d —— 閘門高度 代入公式得出： 120 . 7 3 3 . 3 5 9 7 . 3 3 6 5crS ? ? ? ? 那么則有： 進(jìn)水口高程 =1 8 7 1 .0 0 7 .3 3 6 5 9 = 1 8 5 4 m?? 因此，進(jìn)水口高程在 ~1854 米之間，為了加大防止泥沙進(jìn)入的安全性以及防止氣旋產(chǎn)生的可能性，我們?cè)?，在 1854米的高 程的基礎(chǔ)上適當(dāng)下調(diào)高程，最終我們選擇 作為我們的進(jìn)口高程。 至于出水口的高程，是通過下游水位以及水力發(fā)電機(jī)組的安裝高程以及調(diào)壓室等多個(gè)條件確定，并且需要多次校核，多次調(diào)整才能得出正確的高程，我們會(huì)西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 在調(diào)壓室的計(jì)算中提到。 喇叭口橢圓過流斷面的設(shè)計(jì) 喇叭口形體設(shè)計(jì) 進(jìn)水口是隧洞的首部，其形體應(yīng)與空口水流的流態(tài)相適應(yīng)，避免產(chǎn)生不利的負(fù)壓和空蝕破壞，同時(shí)還應(yīng)盡量減小局部水頭損失，以提高泄流能力。 隧洞進(jìn)口常采用頂板和兩側(cè)邊墻順?biāo)鞣较蛉蚴湛s的平底矩形斷面形成喇叭口形狀。本工程僅僅采用頂板收縮，即 僅在進(jìn)水口的頂部進(jìn)行橢圓過流設(shè)計(jì)： 收縮公式為： 22221xyab?? (42) 式中 :a— 對(duì)于頂板為閘門處孔口高度，對(duì)于兩側(cè)為閘門處孔口寬度。也可以為壓力隧洞直徑的 ~ 倍，但通常采取 倍 D； b— 對(duì)于頂板為閘門處孔口高度的三分之一，對(duì)于兩側(cè)為閘門處孔口寬度的三分之一，一般 / 3 ~ 4ab? 。 由以上公式可得： 2222193xy?? 但是為了降低模板 制作的難度，以及由于水流的速度比較小，我們將進(jìn)口的橢圓曲線進(jìn)行了優(yōu)化，采取的原橢圓長短半軸尺寸的三分之一左右，即： 221 ?? 引水隧洞的布置 引水隧洞布置于黑水河右岸，從右岸引水至赤不蘇溝溝口上游左岸地下廠房發(fā)電，引水隧洞全長約 ，斷面為圓形，內(nèi)徑 ，進(jìn)口底板高程 ，至調(diào)壓井底板下部降至 ，縱坡 i＝ ‰。引水隧洞全線采用鋼筋混凝土襯砌，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖段的襯砌厚度分別為 30cm、 50cm、 70cm。Ⅳ、Ⅴ類圍巖 段周邊進(jìn)行固結(jié)灌漿，隧洞全線進(jìn)行頂拱回填灌漿。（由后面結(jié)構(gòu)計(jì)算得出） 調(diào)壓井的布置 調(diào)壓井布置為埋藏式，主要由井筒、井筒底板下部的分岔洞和交通洞等組成。西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 井筒布置為長而窄的矩形，總長 ，寬 ，底板高程 ，頂拱高程 ，高 ，采用鋼筋混凝土襯砌，襯厚 。 壓力管道布置 壓力管道采用埋藏式，采用一管三機(jī)方式，由上平段、斜管段、下平段組成，圓形斷面，內(nèi)徑為 m，襯砌厚度 ，斜井水平傾角 55176。，壓力管道主管長 。 地下廠房布置 地下廠房擬 布置于距赤不蘇溝口約 250m 附近。赤不蘇溝徑流方向 N45176。 E，溝谷狹窄，呈“ V”型谷，兩岸谷坡陡峻、山體雄厚。廠址岸坡度為 60176?！?85176。，局部為倒懸陡崖，基巖裸露；區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，無大的斷層發(fā)育，巖體呈單斜構(gòu)造，地層總體產(chǎn)狀 N50?～ 60?W/SW∠ 60?～ 70?，與溝谷呈大角度相交，為橫向谷。廠房段砂巖比例較高，巖性為厚層變質(zhì)砂巖夾少量的千枚巖，屬Ⅲ 2 類圍巖，巖體完整性相對(duì)較好，具備修建地下廠房的工程地質(zhì)條件。 地下廠房采用兩洞室方案，廠區(qū)樞紐建筑物主要由主機(jī)間、安裝間、副廠房、母線洞、配電裝置室、尾水系 統(tǒng)（尾水閘門廊道、閘門豎井、尾水洞）、出線洞、排風(fēng)洞、地面開關(guān)站、交通系統(tǒng)（進(jìn)廠交通洞、交通橋、進(jìn)開關(guān)站交通公路及交通平臺(tái)）等組成。 主廠房與配電裝置室平行布置于左岸山體中，兩洞室間距 26m。主廠房縱軸線方位為 N10176。 E，安裝高程 ，尾水與柳坪正常蓄水位相接。地面開關(guān)站布置在廠房下游階地上，無后邊坡穩(wěn)定問題，布置長 左右的公路與茂縣～黑水的公路相接。并布置公路連接開關(guān)站、尾水平臺(tái)、交通洞和通風(fēng)洞。在交通洞口處布置跨河交通橋與對(duì)岸赤不蘇鄉(xiāng)公路連通，形成廠區(qū)對(duì)外交通。通風(fēng)系統(tǒng)主要由交通 洞進(jìn)風(fēng)，排風(fēng)洞、出線洞出風(fēng)。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 5 確定引水隧洞洞型和尺寸 電站設(shè)計(jì)引用流量為 213 m3/s，隧洞斷面選擇內(nèi)圓型，并全斷面鋼筋混凝土襯砌，主要考慮： a 、本電站引用流量 213m3/s，相對(duì)較大，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)洞徑已達(dá) 9m，圓形斷面水力學(xué)條件、受力條件均較好。 b 、隧洞沿線圍巖以Ⅲ類為主，但巖性以板巖夾千枚巖為主，若采用噴錨支護(hù)在水頭損失相當(dāng)?shù)那疤嵯?，洞徑將擴(kuò)大至 ，隧洞規(guī)模增大，成洞條件降低，施工難度加大，故選擇了全斷面鋼筋混凝土襯砌。 引水隧洞沿線承受內(nèi)水壓力為 ~，所處圍巖以板 巖夾千枚巖為主，部分中厚層狀層紋理發(fā)育的變質(zhì)石英砂巖夾板巖、千枚巖，薄 — 中厚層灰?guī)r，地質(zhì)部門初步推測(cè)，Ⅲ類圍巖約占 70%，Ⅳ、Ⅴ類圍巖約占 30% 。 尺寸確定的計(jì)算過程 引水隧洞直徑的確定 由引水流量為 213m3/s,根據(jù)彭德舒公式以及經(jīng)濟(jì)流速公式： QD V? (51) 或者 4eQD V?? (52) 式中： D —— 引水隧洞的直徑，單位： m Q—— 引水發(fā)電設(shè)計(jì)流量，單位： 3/ms V—— 引水隧洞平均流速，單位： /ms eV —— 引水隧洞的經(jīng)濟(jì)流速，單位 : /ms,我國的經(jīng)濟(jì)流速一般 采用~4 /ms。 代入公式得： 2131 .1 3 1 0 .4 3 ~ 8 .2 42 .5 ~ 4Dm?? 或者 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 4 2 1 3 1 0 .4 1 ~ 8 .2 3( 2 .5 ~ 4 )Dm? ???? 壓力鋼管直徑的確定 同理，壓力鋼管也可以采用彭德舒公式或者經(jīng)濟(jì)流速的公式計(jì)算，只是壓力鋼管的經(jīng)濟(jì)流速和平均流速較壓力隧洞大，約為 4~6m/s。 1 QD V? (53) 或者 1 4 eQD V?? (54) 式中： 1D —— 壓力鋼管的直徑，單位： m Q —— 引水發(fā)電設(shè)計(jì)流量，單位： 3/ms V —— 引水隧洞平均流速，單位： /ms eV —— 壓力鋼管 的經(jīng)濟(jì)流速，單位 : /ms,我國的經(jīng)濟(jì)流速一般采用4~6 /ms。 代入公式得： 2131 . 1 3 8 . 2 4 ~ 6 . 7 24 ~ 6Dm?? 或者 4 2 1 3 8 . 2 3 ~ 6 . 7 2( 4 ~ 6 )Dm? ???? 因此根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合隧洞經(jīng)濟(jì)流速和引水線路的地質(zhì)地形及施工條件，本階段擬定直徑為 、 、 三個(gè)壓力隧洞洞徑方案及相應(yīng)壓力鋼管管徑 、 、 方案組成三個(gè)引水道尺寸方案進(jìn)行比較。動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較指標(biāo) 見表 51。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 表 51 扎窩水電站引水道尺寸比較表 由表 51 可看出，隨著隧洞直徑的增加，電站的水頭損失隨之減少，電站的損失電量在減少，因此適當(dāng)增加引水道直徑有利提高電站的發(fā)電效益。 當(dāng)洞徑由 增加至 時(shí)，電站引水系統(tǒng)投資增加 萬元，其補(bǔ)充單位電能投資為 元；當(dāng)洞徑由 增加至 時(shí) ，電站引水系統(tǒng)投資增加 ，其補(bǔ)充單位電能投資為 元。從單位動(dòng)能指標(biāo)