【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ① 沿渠線多為土壩料場(chǎng)，大多已挖到設(shè)計(jì)高程，只需作局部處理，故開(kāi)挖量小； ② 水流較平順。缺點(diǎn)是將壩下游廣場(chǎng)分割成兩塊，尾水渠平面輪廓也不夠規(guī)則。 方案二，尾水渠在渠首處急轉(zhuǎn)彎，沿河道右岸向下游延伸 1600 m 與原河道銜接。其優(yōu)點(diǎn)是： ① 尾水渠緊貼右岸，壩前廣場(chǎng)完整； ② 尾水渠平面輪廓比較規(guī)則。缺點(diǎn)是開(kāi)挖量大，且水流不夠平順。 考慮到尾水渠平面輪廓比較規(guī)則，有利于施工和規(guī)劃利用，宜選用方案二。 白河水電站建筑物初步設(shè)計(jì) 8 第 2 章 輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 白河水電站壓力隧洞是白河樞紐的一個(gè)組成部分，位于白河主壩右岸山巖中。隧洞的主要任務(wù)是輸水供白河水電站發(fā)電及向下游供水。隧洞的組成部分有：進(jìn)口引渠，進(jìn)水 塔、隧洞洞身。洞身的末端連接著調(diào)壓井及高壓管道；隧洞后半段處利用施工導(dǎo)流洞建成一條泄水支洞供特大洪水及緊急需要時(shí)泄水之用。 壓力隧洞的洞線選擇 （ 1）左右岸布置方案確定 根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造及巖層分布情況，左右岸均可布置隧洞。考慮到電站廠房及調(diào)壓井建筑物的要求，有兩種比較方案 ，見(jiàn)表 21。 表 21 左右岸洞線的比較 比較項(xiàng)目 左岸洞線 右岸洞線 地形條件 最短洞長(zhǎng)約 600m．無(wú)適宜的調(diào)壓井位置，因而高壓管 稍長(zhǎng) 一些。 選用洞線長(zhǎng)約 427m， 有適宜的調(diào)壓井位置。 地 質(zhì) 條件 石英巖層理較發(fā)育，巖石較 破 碎，構(gòu)造復(fù)雜，調(diào)壓井所處位置為頁(yè)巖地帶．山巖也較薄。 石英巖構(gòu)造較左岸 輕 ，地質(zhì)條件比左岸稍好，高壓管道及岔道分別穿過(guò)石灰?guī)r及輝綠巖段，調(diào)壓井位于白色石英沿岸，較左岸稍好。 施 工條件 與右岸主要的鐵路進(jìn)廠線隔河，器材設(shè)備運(yùn)入比較困難 ， 沒(méi)有較好的施工支洞位置，施工期間進(jìn)出口與主壩及導(dǎo)廊道施工干擾多。 主要對(duì)外鐵路交通在右岸，較方便，有適宜的施工支洞，施工時(shí)與其他建筑干擾少。 工程量 隧洞較長(zhǎng)，尾渠及電站廠房挖方量均大。 洞短，尾水 渠 亦較短。 由上表比較可知，主要考慮到右岸的地形地質(zhì)條件，施工條件，工程量要比左岸少，所以洞線以布置在右岸為佳。 （ 2）右岸洞線位置選擇 隧洞定在右岸，選擇線路的依據(jù)主要考慮地質(zhì)條件好，尤其是進(jìn)洞處地質(zhì)條件要好，否則對(duì)工期及安全都不利。其次是施工條件要方便，隧洞與主壩是同時(shí)施工的，因此要盡可能地減少干擾。第三是工程量要少，既引渠明挖量要少，洞線要短，這樣可降低造價(jià)，加快進(jìn)度，能保證一個(gè)枯水季內(nèi)水庫(kù)可攔洪。另外要求線路平直，水頭損失少，有適宜的施工支洞等等。這樣就有三條線路可比較，見(jiàn)圖 21，三條路線的下游 端是相同的，均決定于電站廠房及調(diào)壓井的位置。三條線路有不同的進(jìn)口及洞線，線路的比較見(jiàn)表 22。 白河水電站建筑物初步設(shè)計(jì) 9 圖 21 洞線平面布置圖 表 22 右岸隧洞線路的比較 比較項(xiàng)目 第一線 第二線 第三線 進(jìn)口地質(zhì)條件 選紅色石英巖作為進(jìn)口地點(diǎn)，巖石較好，但進(jìn)口前引渠兩岸地質(zhì)不好，邊坡要求緩，開(kāi)挖量大。 進(jìn)口處巖石均不好，直至高程 105m,尚未見(jiàn)新鮮巖石，作為進(jìn)口條件 極 差。 選紅色石英巖處為進(jìn)口，條件尚好 ,無(wú)不良的構(gòu)造 ,并能避開(kāi)與火成巖接 觸擠壓破碎帶。 隧洞沿線地質(zhì)條件 洞線深處山巖之中，巖石 根據(jù)推測(cè) 較好。 洞線離河床近 ,山巖覆蓋薄，中段薄層石英巖的所有層面上均有滑動(dòng)，堅(jiān)固性，協(xié)定性差。 離河床較近 ,山巖覆蓋薄弱，中段薄層石英巖的所有層面上均有滑動(dòng)，堅(jiān)固性，協(xié)定性較差。 施工條件 進(jìn)口遠(yuǎn)離大壩，與大壩施工干擾少。施工支洞較長(zhǎng) ,明渠開(kāi)挖太深，工期較長(zhǎng)，周?chē)┕?chǎng)地開(kāi)闊。 離大壩有一段距離，與大壩施工有干擾 ,施工支洞可較一線短 30m左右。 進(jìn)口緊靠主壩 ,與主壩施工干擾較大，施工 支洞長(zhǎng)度和第一線相仿。 白河水電站建筑物初步設(shè)計(jì) 10 工程量造價(jià) 洞線長(zhǎng)，明挖量大，雖地質(zhì)條件好些，但造價(jià)仍然較高。 造價(jià)較低。 工程量及造價(jià)與第二線相似。 其他 工期較長(zhǎng)，洞線平直水頭損失小。 進(jìn)口轉(zhuǎn)彎角度大，工期較短。 洞線不直，工期較短。 由上表可見(jiàn)，第一線地質(zhì)上好些，施工干擾上少些，但其它方面均不利，第二線和第三線比較，進(jìn)口太差，因此第三線施工干擾雖然大一些，但在其它方面都比較好，綜合分析后決定最后采用第三條路線。 進(jìn)水口設(shè)計(jì) 隧洞進(jìn)水口的比較方案 有洞式、塔式和墻式 (也有斜墻式 )三種型式，現(xiàn)分別對(duì)三種型式進(jìn)行比較： (1)洞式：由于當(dāng)?shù)氐匦螚l件不利，山坡陡峭，若做成洞式，則洞的深度在 45m 以上，施工面狹窄，出渣、開(kāi)挖、澆筑混凝土都不方便，工期較長(zhǎng)。洞式進(jìn)水口除閘門(mén)井之外，洞臉處還要設(shè)喇叭口、攔污柵等建筑， 進(jìn)口尺寸較大，當(dāng)?shù)刭|(zhì)不良時(shí)開(kāi)挖有困難，因此不予采用。 (2)塔式：塔和隧洞口有一段距離．塔的施工與隧洞的施工可平行進(jìn)行，工期可以縮短。洞臉開(kāi)挖的要求稍低些，石方開(kāi)挖少，但塔身重量完全由基礎(chǔ)承受，對(duì)地基要求高。因進(jìn)口地區(qū)處于石英正常斑巖和紅色皇英巖交 界處，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈：石英正長(zhǎng)斑巖極限抗壓強(qiáng)度只有 920MPa，允許承載能力較小，若將進(jìn)水塔全部放在紅色石英巖上．則進(jìn)口明挖量將超過(guò) 920Mpa，允許承載能力小， 此外塔身與岸坡還要修建大跨度的交通橋，施工不便，因此也不采用。 (3)斜墻式：這一型式采用了斜依在洞臉上的墻式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的一部分重位傳至山坡上，這樣基礎(chǔ)荷載減少，對(duì)基礎(chǔ)要求降低些；即使將基礎(chǔ)放在兩種不同的基巖上，由于大部分重量作用在下游比較好的紅色石英巖上，所以問(wèn)題不大，這樣還可以少挖很多石方。 由于墻式結(jié)構(gòu)緊靠洞臉，和塔式比較，可不做交 通橋，對(duì)主壩施工干擾也少；加之結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，對(duì)洞臉山巖能起保護(hù)作用，本身的穩(wěn)定性和抗震性也很好。因此最后選用斜墻式進(jìn)水口。 根據(jù)山巖地質(zhì)條件 ,洞臉劈坡坡度為 1： ．為了減少基礎(chǔ)上游部分的荷重，亦為了支持洞臉，增加山坡及墻式結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性，進(jìn)水口的混凝土墩子亦做成傾斜的；坡度亦為 l： 。 白河水電站建筑物初步設(shè)計(jì) 11 進(jìn)水口內(nèi)的主要設(shè)備有攔污閘、檢修閘門(mén)、旁通門(mén)以及這些閘門(mén)的啟閉機(jī)，進(jìn)水口段沒(méi)有工作 (事故 )閘門(mén)是考慮到在調(diào)壓井處設(shè)有動(dòng)水關(guān)閉的事故閘門(mén)，可保護(hù)高壓管道，而隧洞本身事故較少，為了節(jié)省造價(jià)， 因此只在進(jìn)水口內(nèi)設(shè)平壓?jiǎn)㈤]檢修閘門(mén)。 初步設(shè)計(jì)確定的水庫(kù)死水位是 ，死庫(kù)容 億 m3，進(jìn)水口高程定低些，在特殊干旱年份，可利用的水量就多些。但是隧洞線路要加長(zhǎng)，隧洞襯砌及閘門(mén)所承受的荷載也大些，因而造價(jià)要高些。設(shè)計(jì)中比較了 110m 和 116m 兩個(gè)進(jìn)水口高程方案。計(jì)算結(jié)果表明，高程降低 6m，隧洞的造價(jià)有所增加，雖可多利用 2021 m3庫(kù)容，但是由于地質(zhì)條件不佳，工程量增加太多，進(jìn)口施工與主壩施工干擾大。利用死庫(kù)容的幾率較少。比較認(rèn)為，高程 較為合適，死水位在洞頂以 上 ,(洞徑按 考慮 )。由于進(jìn)水口內(nèi)只設(shè)平壓?jiǎn)㈤]檢修閘門(mén)，沒(méi)有工作（事故）閘門(mén)，故此處確定進(jìn)水口的高程時(shí)沒(méi)有按臨界淹沒(méi)水深來(lái)設(shè)計(jì)。 隧洞內(nèi)徑為 ，洞前有一段漸變段，高 6m,寬 5m，整個(gè)面積不大，因此有條件設(shè)置單孔的閘門(mén)。閘門(mén)的門(mén)槽是傾斜的，斜度為 1： ，門(mén)的空口尺寸為 。閘門(mén)為平面滑動(dòng)式，用橡皮止水。啟閉機(jī)室高程 ，內(nèi)設(shè) 40噸的電動(dòng)固定式啟閉機(jī)一臺(tái)，以中間單點(diǎn)起吊。為了減小卷筒尺寸與鋼絲繩長(zhǎng)度，采用硬性拉桿分節(jié)起吊閘門(mén)，因此在高程 再設(shè)置一平臺(tái)，以鎖 定閘門(mén)，存放拉桿，又供檢修閘門(mén)之用。 為了使檢修閘門(mén)能夠平壓?jiǎn)?dòng)，因此在兩側(cè)混凝土墩子內(nèi)各設(shè)一個(gè)直徑為 30cm 的平壓旁通管，以鑄鐵的充水門(mén)控制水流，提門(mén)的鋼索經(jīng)邊墩內(nèi)尺寸為 的斜井，通向小門(mén)的啟閉機(jī)，該啟閉機(jī)設(shè)在高程為 的啟閉機(jī)室內(nèi)，為起吊能力為 的手搖式啟閉機(jī)。充水閘門(mén)借自重關(guān)緊旁通管。當(dāng)庫(kù)水位在 時(shí)，兩個(gè)充水門(mén)全開(kāi)時(shí)，需要 。 為了充水過(guò)程中排氣，泄水時(shí)進(jìn)氣，以及檢修隧洞時(shí)通氣，在閘門(mén)后，頂板上埋設(shè)4根直徑為 40cm 的通氣管，通氣管澆筑在混凝土墻中，向上通至高程 161m 以下的通氣道中。 為使進(jìn)口水流平順，減少水頭損失，避免水流脫離，也為了加大進(jìn)口面積，降低進(jìn)口攔污柵除的過(guò)柵流速，因此在閘門(mén)前設(shè)置喇叭形進(jìn)口，見(jiàn)圖 22。喇叭形進(jìn)口在垂直面上是由一 1/4的橢圓曲線組成，根據(jù)攔污柵尺寸及進(jìn)水口高度可確定橢圓的長(zhǎng)軸（水平軸） a 用 ，短軸（垂直軸） b 用 ，即橢圓方程為 1792222 ?? yx 。在平面上，二側(cè)邊墻以 1:3 坡度向上游擴(kuò)散，使進(jìn)口寬度加大至 。為了減少攔污柵及喇叭口頂板的跨度 ，在進(jìn)口部分又加設(shè)了一個(gè)厚度為 的中墩，這樣進(jìn)口寬度為 ，進(jìn)口攔污柵的毛面積為 116m2 ，當(dāng)通過(guò)最大發(fā)電流量時(shí)，過(guò)柵流速為 。為了支撐攔污柵，中墩與邊墩又設(shè)流線形的橫梁三根。為了防止漂浮物喇叭口頂板以上繞流經(jīng)過(guò)閘門(mén)槽進(jìn)入隧洞，喇叭口以上設(shè)攔污板，板厚 ,板上設(shè)有縱橫間距 ，直徑為 10cm 的通水孔，以便透水減壓。 白河水電站建筑物初步設(shè)計(jì) 12 圖 22 進(jìn)水口布置 進(jìn)水口底板厚度定為 ，洞臉處混凝土擋墻厚度為 .。為了增加進(jìn)水口結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其下部重量宜適當(dāng)增加，因此喇叭口曲線的混凝 土板厚度為 ,，在高程 處又加了一層平臺(tái)，板厚 ，高程 一下，事實(shí)上是混凝土體， 以上是由兩片混凝土墻及墩子組成的一個(gè)封閉的混凝土箱型結(jié)構(gòu)。 白河水電站建筑物初步設(shè)計(jì) 13 隧洞進(jìn)口處，閘門(mén)孔口尺寸為寬 ，高 過(guò)水面積為 30m2 ，洞身是內(nèi)徑為 的圓形斷面，過(guò)水面積為 m2 ，因此設(shè)置了一個(gè)由方形斷面過(guò)渡至圓形斷面的漸變段，見(jiàn)圖 22。 漸變段的受力條件教不利，因此一般希望它盡可能短些，以節(jié)約造價(jià)。但長(zhǎng)度過(guò)短時(shí)，水流將脫離襯砌內(nèi)緣，使水頭損失增大。本漸變段又由 5m 6m 矩形斷面變成 圓形斷面，長(zhǎng) 10m，擴(kuò)散角度θ =tg1=2。 50＇。漸變段長(zhǎng)度不算太大，而變化角度都較小，因此認(rèn)為是合適的。 隧洞洞徑的計(jì)算 圓形斷面施工工程量較小，本電站隧洞斷面選取圓形。由于隧洞沿線地質(zhì)條件較好，巖性為紅色石英巖，上覆巖體較厚，且無(wú)大的斷層破碎帶，給采用噴錨支護(hù)創(chuàng)造了有利條件，因此隧洞選用噴錨支護(hù)形式，并采用光面爆破技術(shù)，降低糙率系數(shù)。有壓電站隧洞直徑的選擇應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)年支出最小法計(jì)算經(jīng)濟(jì)直徑。 初步設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取隧洞經(jīng) 濟(jì)流速為 ， 則經(jīng)濟(jì)半徑徑為： 2/ ???? vQr ? （ 21） 式中 r—— 隧洞直徑； Q—— 隧洞流量； V—— 隧洞經(jīng)濟(jì)流速。 隧洞經(jīng)濟(jì)半徑為 ,但考慮阻力損失取經(jīng)濟(jì)半徑稍大取為 ，即經(jīng)濟(jì)直徑取為 。 白河水電站建筑物初步設(shè)計(jì) 14 第 3 章 高壓管道設(shè)計(jì) 調(diào)壓井設(shè)置 （ 1）地形資料。調(diào)壓井在一座小山南坡上，井的西面有一小山溝，井的東面為一小山包。小山包的西坡坡度較緩，約為 1： ， 小山包的東坡較陡，約為 1： 1；調(diào)壓井所在位置的山坡坡度為 l： 。調(diào)壓井所在位置能使井壁大部分處在石英巖中，明挖工程量較小，而離電站廠房又較近。 （ 2)地質(zhì)資料。調(diào)壓井大部分位于震旦紀(jì)白色石英巖中，巖層走向北 40。 ～ 50。 西，傾向北東，傾角 60。 ～ 80。 。白色石英巖本身強(qiáng)度比較高，但裂隙比較發(fā)育，且裂隙中多被粘土所充填，這不但破壞了巖石的完整性，且使灌漿加固也比較困難。調(diào)壓井井壁的下游邊坡被一種石英巖、角礫巖、尖高嶺土類(lèi)的層間壓碎帶所割裂，壓碎帶走向北西 34。 ，傾向北東，傾角 65。 。壓碎帶寬度約 20～ 30cm，與井壁西南半壁在高程 126m 左右相交。壓碎帶下游震旦紀(jì)薄層矽質(zhì)石 灰?guī)r．夾有太量粘土，巖石破碎．造成過(guò)塌方。這種情況大大降低了井壁的彈性抗力。 如果壓力引水系統(tǒng)不設(shè)置調(diào)壓井，根據(jù)下面公式： sgH pLVTw ?? ??? ? ， （ 31） 式中 L—— 各段長(zhǎng)度； V—— 各段流速； H—— 設(shè)計(jì)水頭。 根據(jù) DL／ T 50581996《水電站調(diào)壓井設(shè)計(jì)規(guī)范》， Tw [Tw ] =2～ 4s，需設(shè)置調(diào)壓井。 管道管徑的確定 白河電站壓力引水系統(tǒng)包括進(jìn)水口、隧洞、調(diào)壓井、高壓管道三部分。隧洞進(jìn)口至調(diào)壓井中心全長(zhǎng) 。其中隧洞洞身長(zhǎng)度為 。 高壓管道所在地區(qū)，地表高程由 l60m左右逐漸降至 l00m左右，地表最大坡度約為 l：，高