【正文】 6 機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu) 水力機(jī)械 水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備 電站基本參數(shù)水位前池水位設(shè)計(jì)：最高：最低：尾水位設(shè)計(jì)正常：最低：設(shè)計(jì)洪水（20年一遇）校核洪水（50年一遇）流量設(shè)計(jì)流量：設(shè)計(jì)洪水流量：4174立方米/秒（20年一遇）校核洪水流量：6462立方米/秒（50年一遇）保證流量水頭（凈）設(shè)計(jì)：最大：最?。焊鶕?jù)前章所選定該電站的裝機(jī)為4800千瓦，可組合如下兩種裝機(jī)臺(tái)數(shù)方案的比較：Ⅰ方案：31600＝4800千瓦HL240LJ100　配　TSL215/43141600千瓦Ⅱ方案：1600+3200＝4800千瓦HL240LJ100　配　TSL215/43141600千瓦HL240LJ140　配　TSL325/36203200千瓦兩種方案技術(shù)性能比較如圖：552技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表61。辦公及生活區(qū)布置在回車場(chǎng)右側(cè)，建筑面積1000平方米。所以在其渠墻上設(shè)一溢流堰，多余水量下泄入伊河。副廠房布置在主廠房上游測(cè)，上層與發(fā)電機(jī)層同高程，下層與水輪機(jī)層同高程。 廠房，發(fā)電機(jī)層以上為磚混結(jié)構(gòu)，以下為鋼筋砼結(jié)構(gòu)。176。壓力管道軸線與廠房縱軸線垂直，單機(jī)單管供水。、寬12米，其口建一真空破壞閥操縱室，9平方米。經(jīng)比較進(jìn)水室采用虹吸式進(jìn)水口，這種進(jìn)水形式，與常規(guī)進(jìn)水閘比較開(kāi)啟方便，斷流時(shí)迅速?gòu)氐?，易于?shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化，并可節(jié)省兩個(gè)蝴蝶閥，兩個(gè)進(jìn)水閘門，投資少。沖砂閘在溢流堰與進(jìn)水室之間，與進(jìn)水室垂直，2（寬高）平方米，沖砂流量24立方米/秒。溢流堰為漿砌石重力式實(shí)用堰。 壓力前池前池采用正面進(jìn)水，側(cè)面溢流的布置形式，寬15米，底部高程△。 電站樞紐工程 位置選擇現(xiàn)對(duì)規(guī)劃階段提出的站址方案（上站址方案）與下站址方案進(jìn)行了方案比較：，站址處地形地質(zhì)條件較好，引水渠較短，且不能改善栗子坪電站運(yùn)行條件。倒虹吸為鋼筋混凝土箱形斷面，過(guò)水?dāng)嗝鏋?。明渠縱坡為1/2000。 隧洞工程設(shè)計(jì)隧洞縱坡為1/1500，橫斷面為城門洞型，對(duì)于III類圍巖地段，采用C20砼內(nèi)襯。求得各種情況下的安全系數(shù)見(jiàn)表59表59　計(jì)算條件正常運(yùn)用設(shè)計(jì)洪水校核洪水安全系數(shù)　Kc由表59看出Kc〔K〕=滿足抗滑穩(wěn)定要求?；讐毫Π聪率接?jì)算： 式中：－閘室基底壓力的最大值與最小值（KPa） －作用于閘室的全部豎向荷載之和（KN）；S－閘室底板底面的面積（m2）－作用于閘室的全部荷載對(duì)底板底面垂直于水流方向的形心軸的力矩之和（）；W－底板底面對(duì)上述形心軸的截面積（m3）求得各種計(jì)算條件下的基底壓應(yīng)力值間表58表58　計(jì)算條件完建時(shí)正常運(yùn)用設(shè)計(jì)洪水校核洪水基底壓應(yīng)力　Pmax(KPa)Pmin(KPa)由上表可以看出各種計(jì)算條件下，基底壓應(yīng)力值均滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算公式采用堰流計(jì)算公式其中：B－閘孔總靜寬，m； H0－堰頂總水頭（包括行近水頭）M－流量系數(shù) ε－側(cè)收縮系數(shù) －淹沒(méi)系數(shù)過(guò)流能力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表57：表57流量 （m3/s）閘前水位 （m）閘后水位 （m）閘門開(kāi)啟高度（m）2431全開(kāi)226722383. 閘室的穩(wěn)定閘室的穩(wěn)定應(yīng)滿足閘基壓應(yīng)力的要求及閘室抗滑穩(wěn)定的要求。2水力計(jì)算渠首進(jìn)水閘為低壩取水，水閘的閘前水位是根據(jù)上游來(lái)水情況決定的，當(dāng)上游來(lái)水量大于電站的引用流量時(shí)，則閘前水位高于392m，當(dāng)上游來(lái)水量小于電站引用流量時(shí)，閘前水位就等于或低于392m。閘室上游設(shè)漿砌石攔沙坎，坎頂高程與閘底板高程相同。因此，進(jìn)水閘和沖沙閘之間的夾角采用45176。－60176。為了使進(jìn)水閘水流比較平順和盡量減少泥沙進(jìn)入進(jìn)水閘。 進(jìn)水閘設(shè)計(jì)進(jìn)水閘位于山峽渠首壩左岸，沖沙閘左側(cè)?；讐毫Π聪率接?jì)算： 式中：－閘室基底壓力的最大值與最小值（KPa） －作用于閘室的全部豎向荷載之和（KN）；S－閘室底板底面的面積（m2）－作用于閘室的全部荷載對(duì)底板底面垂直于水流方向的形心軸的力矩之和（）；W－底板底面對(duì)上述形心軸的截面矩（m3）求得各種計(jì)算條件下的基底壓應(yīng)力值間表55表55　計(jì)算條件完建時(shí)正常運(yùn)用設(shè)計(jì)洪水校核洪水基底壓應(yīng)力　Pmax(KPa)Pmin(KPa)由上表可以看出各種計(jì)算條件下，基底壓應(yīng)力值均滿足設(shè)計(jì)要求。1. 閘室基底壓應(yīng)力驗(yàn)算沖沙閘為兩孔布置，結(jié)構(gòu)布置對(duì)稱。閘底板、閘墩及閘室上部結(jié)構(gòu)分別采用彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，各部分應(yīng)力值均滿足容許應(yīng)力要求。下游海漫末端位于裸露的基巖處，因此下游海漫末端的沖刷可不考慮。防沖計(jì)算沖沙閘上游沖刷深度按下式計(jì)算：式中：－沖沙閘上游最大單寬流量（m3/）；d－河床砂粒的平均粒徑，即d50（cm）t－海漫末端水深。消力池長(zhǎng)度：經(jīng)計(jì)算確定消力池尺寸：池長(zhǎng)11m， 的1：3的斜坡與閘底板相接。（3）消能防沖設(shè)計(jì)水閘消能分三種情況考慮：一是溢流壩段正常擋水，；二是設(shè)計(jì)水位，；。（2）沖沙粒徑的確定沖沙槽內(nèi)流速為V，根據(jù)沙莫夫公式即無(wú)粘性粗顆粒泥沙的起動(dòng)流速公式：推的：d－沖沙粒徑V、Vc－分別為沖沙流速及起動(dòng)流速，V＝ VcH－沖沙槽內(nèi)水深求得沖沙粒徑為d＝。本工程按50％－70％頻率的洪水流量為674337m3/s，.5％－％－。（1）沖沙設(shè)計(jì)流量的確定在一般工程中應(yīng)使選擇的沖沙流量在每年汛期出現(xiàn)次數(shù)較多，以滿足沖沙及穩(wěn)定主槽要求。沖沙閘布置為順流向正面沖沙，其軸線與進(jìn)水閘軸線交角為45176。兩種方案進(jìn)行綜合比選，見(jiàn)表54。 沖沙閘設(shè)計(jì)1工程布置沖沙閘位于溢流壩左端，設(shè)置目的是適時(shí)沖走沉積于進(jìn)水閘前的泥沙和宣泄河道部分洪水，使河道主流靠近于進(jìn)水閘，保證進(jìn)水閘能吸取所需水量。大壩穩(wěn)定分析計(jì)算成果見(jiàn)表53：加固后大壩穩(wěn)定分析計(jì)算成果表 表53 部位計(jì)算工況安全系數(shù)計(jì)算值規(guī)范值上游坡平壩水位,下游水深0m形成穩(wěn)定滲流非常下游坡正常,下游水深0m形成穩(wěn)定滲流根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL2742001），4級(jí)建筑物抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為：；。土工試驗(yàn)主要成果表 表52部位天然容重（kN/m3）飽和容重（KN/m3）剪切指標(biāo)粘聚力(Kpa)內(nèi)摩擦角（o）壩體砂礫石層2123033根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用簡(jiǎn)化畢肖普法進(jìn)行壩坡穩(wěn)定計(jì)算：式中：—土條重量； —垂直地震慣性力（向上為負(fù)，向下為正）。壩坡抗滑穩(wěn)定分析采用理正軟件計(jì)算，本次分析中使用的計(jì)算參數(shù)，依據(jù)洛陽(yáng)水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院提供的《嵩縣山峽水電站廠區(qū)樞紐工程地質(zhì)勘察報(bào)告》取用。溢流壩上下游設(shè)兩排砼灌注樁，壩體荷載通過(guò)樁基傳至基巖。表51計(jì)算工況上游水位（m）單寬滲流量q (m3/dm)逸出點(diǎn)水深h0 (m)平壩蓄水位平壩蓄水位時(shí)（）浸潤(rùn)線簡(jiǎn)圖（2）壩基處理根據(jù)壩址處工程地質(zhì)勘察報(bào)告，壩基下上部分布的第四系全新統(tǒng)砂卵石層，疏松多孔，泥質(zhì)含量少，屬?gòu)?qiáng)透水層，地下水位高，壩基滲漏損失嚴(yán)重。根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，用具有相同滲流阻力的虛擬矩形體代替，虛擬矩形的寬度△L按下式確定。（1）壩體防滲計(jì)算對(duì)水庫(kù)大壩在平壩水位（）的浸潤(rùn)線進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。詳見(jiàn)工程總體布置圖。綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)用水等諸多方面因素，為了使工程能盡快發(fā)揮效益本次設(shè)計(jì)采用砂卵石硬殼壩方案。 壩址選擇經(jīng)過(guò)對(duì)上、下壩址兩個(gè)方案的地形地質(zhì)條件及工程量分析對(duì)比，認(rèn)為上壩址方案優(yōu)于下壩址方案，且該壩線位于大章鄉(xiāng)東灣村南部，淹沒(méi)損失較下壩址小，建議選擇上壩址方案。徑流式電站：不占耕地，無(wú)淹沒(méi)損失，施工不受洪水影響，可為河道保持一定的生態(tài)流量。(14)《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL50771997）。(12)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（SD13484）。(10)《水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（SD33589）。(8)《小型水力發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（SBJ7184）。(6)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL2652001）。（4）《水工砼設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL／T 19196）。 淹沒(méi)賠償： P=20﹪ 電站廠房設(shè)計(jì)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為20年一遇和50年一遇。校核： P=2﹪ 。時(shí)1960197519611976196219771963197819641979196519801966198118791967268819821968198319691984197019851971198619721987197319881974平均5 工程布置與設(shè)計(jì) 工程等別及編制依據(jù) 工程等別與建筑物級(jí)別 山峽生態(tài)水電站是伊河干流上的徑流式電站，按照中華人民共和國(guó)水利部頒發(fā)的《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL2522000）規(guī)定，本工程電站工程裝機(jī)4800KW,屬?。↖I）型，工程等別為V等，渠首樞紐及電站工程的建筑物均為5級(jí)建筑物。 電能指標(biāo)計(jì)算根據(jù)山峽生態(tài)水電站渠首19601988年29年日平均流量系列，由全系列法求得山峽生態(tài)水電站多年平均發(fā)電量，計(jì)算公式如下：E年＝∑式中：E年——多年平均發(fā)電量η水——水輪機(jī)平均效率88％η發(fā)——％η傳——傳動(dòng)效率100％Q日——日平均流量，H——水頭，計(jì)算成果見(jiàn)下表（表43）多年平均發(fā)電量計(jì)算成果表 表43年份年發(fā)電量104千瓦時(shí)205522152290設(shè)備年利用小時(shí)h57404615多年平均徑流量103m3設(shè)備利用率 ％水量利用率 ％水能綜合利用率 ％工程總投資 萬(wàn)元4636單位千瓦投資 元/千瓦115901039911025單位電能投資 元/千瓦從以上比較可以看出，裝機(jī)4800千瓦方案設(shè)備年利用小時(shí)4615小時(shí)。 設(shè)計(jì)流量確定根據(jù)多年平均徑流量，留出一定量的生態(tài)用水， 裝機(jī)容量選擇根據(jù)《小型水電站設(shè)計(jì)規(guī)范》電站裝機(jī)容量范圍N裝＝（）N保即：N裝＝28515132千瓦根據(jù)裝機(jī)容量范圍，選擇裝機(jī)4000千瓦，4800千瓦、5200千瓦三個(gè)裝機(jī)容量方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，見(jiàn)下表。保證流量Q保%，徑流系列可直接利用。 水能計(jì)算 水能計(jì)算主要是確定水電站的出力和發(fā)電量，為水電站規(guī)模和動(dòng)力設(shè)備的選擇提供依據(jù)。 m3。 工程開(kāi)發(fā)建設(shè)任務(wù) 充分利用當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源及地形條件，利用天然水力資源，以較小投入，獲得較大的回報(bào)，建設(shè)徑流式生態(tài)水電站工程，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展及提高人民群眾的生活水平提供動(dòng)力。當(dāng)前發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為嵩縣人民的迫切愿望，“富民強(qiáng)縣，工業(yè)興縣”已成為嵩縣當(dāng)前乃至今后長(zhǎng)期發(fā)展的主題。由于山峽生態(tài)水電站尾水直接泄入其下一級(jí)的栗子坪水電站引水渠，從而改善了栗子坪電站原引水條件，減少渠首壩基滲水損失和渠道清淤工作量，使其每年可增加發(fā)電量100104千瓦時(shí)，同時(shí)為栗子坪電站擴(kuò)機(jī)改造創(chuàng)造了前提條件。上游欒川縣境內(nèi)的金牛嶺水庫(kù)與小河口水庫(kù)將來(lái)建成后，對(duì)伊河來(lái)水可進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，下游一系列徑流式電站都將受益，增加發(fā)電量。 區(qū)域水電開(kāi)發(fā)規(guī)劃情況 伊河上游的開(kāi)發(fā)，在欒川境內(nèi)已建成的有龍王撞、大青溝、馬路灣、拔云嶺電站。以上資源為開(kāi)發(fā)嵩縣提供了有利條件，但由于該縣經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較差，工礦業(yè)及小水電站開(kāi)發(fā)規(guī)模還比較小。水力資源，境內(nèi)伊河、汝河、白河三條河流分別注入黃河、淮河和長(zhǎng)江。縣交通事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了鄉(xiāng)鄉(xiāng)通公路，村村通汽車。其中黃金業(yè)發(fā)展很快。2007年糧食總產(chǎn)量204907噸。全縣總?cè)丝?42800人，其中農(nóng)業(yè)人口為455700人，占總?cè)丝诘?4%。全縣總面積3009km2，山區(qū)面積占90%，全縣有16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，316個(gè)行政村，3700個(gè)村民組。砂料運(yùn)距1～。砂料運(yùn)距1～3Km儲(chǔ)量大于10萬(wàn)m3。 . 4 天然建筑材料 在天然建筑材料初步調(diào)查時(shí)，采用在工程附近就近選擇的原則，選取料場(chǎng)進(jìn)行抽查。根據(jù)勘察，站址地區(qū)覆蓋層為黃色粉質(zhì)壤土，土質(zhì)均一，結(jié)構(gòu)較致密，能形成陡坡，厚約數(shù)米—10米以上，底部為20厘米左右卵石層，其下基巖為上震旦紀(jì)安山玢巖，弱風(fēng)化，巖體較完整，河岸邊坡穩(wěn)定，基巖高程在356米處，電站底板座落在基巖上。 （2）一般洞段無(wú)地下水分布,但局部有地下水分布，應(yīng)做好施工排水工作。（1）部分段隧洞屬III類圍巖，穩(wěn)定性較差。隧洞圍巖工程地質(zhì)性質(zhì)好，大部分洞段圍巖屬于基本穩(wěn)定II類圍巖，少部分洞段為穩(wěn)定性差的III類圍巖。 結(jié)論 渠首壩上、下壩址方案比較 經(jīng)對(duì)上、下壩址地形地質(zhì)條件及工程量分析、對(duì)比，認(rèn)為上壩址方案優(yōu)于下壩址方案，建議選用上壩址方案為宜。覆蓋層為黃色粉質(zhì)壤土，土質(zhì)均一，結(jié)構(gòu)較致密，能形成陡坡，厚約數(shù)米—10米以上，底部為20厘米左右卵石層，其下基巖為上震旦紀(jì)安山玢巖，弱風(fēng)化，裂隙比較發(fā)育，但均為閉合裂隙，巖體較完整，河岸邊坡穩(wěn)定，基巖高程在356米處