【正文】 漸變段是由矩形閘門(mén)到圓形隧洞的過(guò)渡段，它的長(zhǎng)度計(jì)算如下： 米，取 1317~)~()~( mDL ????? 閘門(mén)段的體型主要取決于所采用的閘門(mén)和門(mén)槽的型式及結(jié)構(gòu)的受力條件。 臨界淹 沒(méi)深度的驗(yàn)算： = mScr ?? ， 所以滿(mǎn)足要求 。 mdCVS cr ????? 。淹沒(méi)深度的計(jì)算按照戈登公式求解，根據(jù)水電站 [7]公式可知 戈登公式為： dCVScr ? crS — 臨界淹沒(méi)深度； C — 與進(jìn)水口形狀有關(guān)的系數(shù)，在本工程中取 ； V — 閘門(mén)斷面的水流速度。 取事故閘門(mén)與檢修閘門(mén)的高度為 米，寬度為 米。 事故閘門(mén)與檢修閘門(mén)的面積為 倍的隧洞斷面面積。事故閘門(mén)一般為平面門(mén)，其斷面型式為矩形。洞式進(jìn)水口充分利用了巖石的作用，鋼筋混凝土工程量較小，是一種既經(jīng)濟(jì)又安全的結(jié)構(gòu)形式，因而應(yīng)用廣泛。這種進(jìn)水口使用于隧洞進(jìn)口的地質(zhì)條件較好，地形坡度適中的情況。進(jìn)口段開(kāi)挖成喇叭形，以使入水平順。本工程采用的有壓進(jìn)水口的主要的型式為洞式進(jìn)水口。 進(jìn)水口的布置與設(shè)計(jì) 進(jìn)水口位于輸水系統(tǒng)的首部 ,其功能是按照負(fù)荷要求引進(jìn)發(fā)電用水。 結(jié)合以上原則，并根據(jù)本工程的地質(zhì)實(shí)際情況，洞線(xiàn)布置如下： 在樁號(hào)為 0+ 處設(shè)置引水隧洞的進(jìn)水口的軸線(xiàn)，從該樁號(hào)開(kāi)始隧洞路線(xiàn)為直線(xiàn)，到樁號(hào)為 0+ 處設(shè)置一 上凸 轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑 R=35m，轉(zhuǎn)角 為 45度。 4 隧洞的縱坡 ,應(yīng)根據(jù)運(yùn)用要求 ,上下游銜接 ,施工和檢修等因素綜合分析比較后確定。若因地形、地質(zhì)、樞紐布置等原因必須轉(zhuǎn)彎時(shí) ,應(yīng)以曲 線(xiàn)相連。 mA ?? 因?yàn)樗矶礊閳A形斷面 ,所以 : mAR ??? ? 實(shí)際斷面半徑為 行進(jìn)流速 V= smAQ / 1892 ??? 洞線(xiàn)的選擇 隧洞路線(xiàn)的選擇應(yīng)該遵循以下原則： 1 隧洞的路線(xiàn)應(yīng)盡量避開(kāi)不利的地質(zhì)構(gòu)造 ,圍巖可能不穩(wěn)定及地下水位高、滲 33 西華 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 水量豐富的地段 ,以減小作用于襯砌上的圍巖壓力和外水壓力。這樣就可以求出隧洞的斷面面積。其中 Q是隧洞的設(shè)計(jì)引用流量，是已知的。本工程的引水隧洞采用的是有壓引水隧洞 ,故可以將隧洞的斷面設(shè)置為圓形。廠房布置在右岸岸邊，廠內(nèi)安裝 2 混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī) 51MW，開(kāi)關(guān)站布置在主廠房上游側(cè)，副廠房布置在主廠房下游右側(cè)。 電站引水發(fā)電系統(tǒng)緊靠沖砂孔壩段右側(cè)布置，由進(jìn)水口壩段、壓力鋼管及電站廠房、尾水渠、開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。 泄洪建筑物布置在主河道，由 4 個(gè)表孔溢流壩段和 1 個(gè)底孔沖砂壩段組成，表孔最大壩高 ，為壩體最高壩段， 4 個(gè)表孔溢流壩段長(zhǎng) ，孔口尺寸寬高 = ，下游采用鋼筋混凝土消力池底流消能。 壩后廠房樞紐 布置方案 壩后廠房方案樞紐布置為：從左至右為左岸重力壩段、表孔泄洪壩段長(zhǎng)、沖砂底孔壩段、廠房壩段及右岸重力壩段。 馬邊河河流特點(diǎn)是河道狹窄、洪峰流量大，根據(jù)壩址區(qū)地形、地質(zhì)地貌特點(diǎn)，本階段進(jìn)行了兩個(gè)樞紐布置方案的比較，即右岸泄洪方案和壩后廠房方案。 洪水標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》 GB5020194，確定本電站 3 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用 50年一遇（ P=2%），相應(yīng)洪水流量 Q=4960m3/s；校核洪水 500 年一遇（ P=%），相應(yīng)洪水流量 Q=7460m3/s；副廠房、開(kāi)關(guān)站、進(jìn)廠交通建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇（ P=2%），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為 200 年一遇（ P=%），相應(yīng)洪水流量為Q=6470m3/s；泄洪沖砂消能防沖洪水標(biāo)準(zhǔn)為 30 年一遇（ P=%），相應(yīng)洪水流量為 Q=4410m3/s。 29 西華 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 西華 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 工程等別及防洪標(biāo)準(zhǔn) 工程等別及建筑物級(jí)別 火谷水電站工程主要任務(wù)是發(fā)電，其正常蓄水位為 ，總庫(kù)容為 億m3，總裝機(jī)為 51MW，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》 SL2522021 之規(guī)定，本工程為Ⅲ等中型工程。 本階段設(shè)計(jì)依據(jù)《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL7495）、《水利水電工程啟閉機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL4193）和《水利水電工程可行性研究報(bào)告編制規(guī)程》（ DL502193）。金屬結(jié)構(gòu)總工程量 噸，其中閘門(mén)、攔污柵及其埋設(shè)件重量為 噸，啟閉設(shè)備重量為 噸，軌道及附件重 噸。本工程共設(shè) 28 西華 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 置閘門(mén) 13 扇，攔污柵 4 扇，門(mén)（柵）槽 21 套。攔河壩（泄洪、沖砂）系統(tǒng)設(shè)有泄洪閘檢修閘門(mén)、泄洪閘工作閘門(mén)、沖砂閘事故檢修閘門(mén)、沖砂閘工作閘門(mén)，引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)有進(jìn)口攔污柵、進(jìn)口檢修門(mén)、進(jìn)口快速門(mén)、廠房尾水檢修門(mén)。 金屬結(jié)構(gòu) 火谷電站工程為壩后式電站，本階段根據(jù)樞紐布置方案，進(jìn)行了上下壩線(xiàn)、及不同機(jī)組臺(tái)數(shù)的方案比較，對(duì)各方案金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備布置、閘門(mén)及啟閉機(jī)型式進(jìn)行了選定，推薦方案為上壩線(xiàn)、正常蓄水位 、混流式機(jī)組、裝機(jī)容量 2。主廠房共分 3 層，發(fā)電機(jī)層（ ? ）、水輪機(jī)層（ ? ）、蝸殼層（ ? ）。安裝場(chǎng)與發(fā)電機(jī)層同高程（ ? ）。 安裝場(chǎng)位于主廠房的左側(cè)（面向上游），與進(jìn)廠公路相連。 水力機(jī)械主要設(shè)備布置 電站機(jī)組為豎軸布置，主廠房為地面式廠房，根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組的流道尺寸，兼顧調(diào)速器、油壓裝置的布置，機(jī)組間距為 18m。 27 西華 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 機(jī)修設(shè)備及機(jī)修廠 由于火谷電站交通方便，設(shè)備可就近維護(hù)加工。 水輪機(jī)附屬設(shè)備 （ 1）調(diào)速器 型號(hào) : 主配壓閥直徑 : 80mm 操作油壓 : (2) 油壓裝置 型號(hào) : 壓力油槽容積 : 額定工作油壓 : 主廠房起重設(shè)備 主廠房吊運(yùn)最重件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸 ,約重 130t。 (3) 水輪機(jī)主要參數(shù) 26 西華 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 水輪機(jī)型號(hào)： HLA551CLJ360 額定出力： 轉(zhuǎn)輪直徑： 額定轉(zhuǎn)速： 額定流量： 額定點(diǎn)效率： 93% 最高效率： 94% 吸出高度： + 比轉(zhuǎn)速： (4)水輪機(jī)安裝高程 水輪機(jī)額定出力為 時(shí) ,在額定水頭下運(yùn)行，發(fā) 50%額定出力時(shí)相應(yīng)的下游尾水位為 ，吸出高度為 +，在此工況下機(jī)組的空蝕性能最差。因此，本階段推薦 HLA551C型水輪機(jī)。在同水頭和同出力下， HLA551C 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速比 HL240 高兩檔，發(fā)電機(jī)投資較低一些； HLA551C 的開(kāi)挖深度較 HLA240 轉(zhuǎn)輪的少，而水輪機(jī)重量?jī)煞N機(jī)型相差不大； HLA551C 的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)效率也更好。10 m3/s η0 (%) Q180。 機(jī)型比較表 表 5 序號(hào) 型 號(hào) 使用水頭 (m) 最優(yōu)工況 限制工況 n180。根據(jù)近幾年已投產(chǎn)的電站和廠家的制造水平以及咨詢(xún)主機(jī)設(shè)備廠，本水頭段的轉(zhuǎn)輪，主要的機(jī)型有 HLA551C、 HLA55ZZA315，因此本階段對(duì)以上轉(zhuǎn)輪進(jìn)行比較，幾種機(jī)型的模型特性參數(shù) 見(jiàn)表 。 綜上所述，本階段推薦碾壓混凝土重力壩為基本壩型。同時(shí)，當(dāng)?shù)夭牧蠅畏桨覆焕谑┕?dǎo)流，在汛期需考慮壩頂過(guò)流，這樣又增加投資，否則，需在一枯內(nèi)要完成壩基開(kāi)挖和堆石料填筑，開(kāi)挖強(qiáng)度和填筑強(qiáng)度大，需增加機(jī)械設(shè)備，投資也較大。 設(shè)計(jì)曾考慮過(guò)當(dāng)?shù)夭牧蠅畏桨?，右岸布置溢洪道，左岸布置引水發(fā)電系統(tǒng)， 24 西華 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 導(dǎo)流洞布置于左岸或右岸長(zhǎng)度都較長(zhǎng)，不論如何布置，其主廠房、引水發(fā)電系統(tǒng)及溢洪道開(kāi)挖工程量大。主廠房布置于壩后左岸，引水系統(tǒng)短，廠房開(kāi)挖量少，投資省。當(dāng)水庫(kù)消落深度 2m時(shí)，相應(yīng)庫(kù)容為 286 萬(wàn) m3，完全能夠滿(mǎn)足本電站日調(diào)節(jié)庫(kù)容的要求，因此 本階段推薦 火谷 電站死水位為 。 （ 4）死水位 火谷水電站死水位的確定，主要是以滿(mǎn)足日調(diào)節(jié)庫(kù)容為主。 (3)正常蓄水 位 本階段從梯級(jí)銜接、水庫(kù)淹沒(méi)、充分合理利用水能資源等方面考慮，擬定正常蓄水位 m、 、 m三個(gè)方案進(jìn)行正常蓄水位比選。下壩址壩基巖體以粉砂質(zhì)泥巖為主，厚度大，能夠滿(mǎn)足面板堆石壩對(duì)地基的要求。從兩壩體工程量比較，上壩址小于下壩址。 工程選址 壩址比較 上、下壩址相距約 ，上壩址以重力壩為代表壩型，下壩址以面板堆石壩 23 西華 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 為代表壩型，兩壩址工程地質(zhì)條件均能適應(yīng)相應(yīng)壩 型，兩壩址差異主要以下三點(diǎn)： （ 1）地形上，上壩址河道較下壩址順直，均為斜向谷。 汛期（ 6 月～ 9 月）當(dāng)入庫(kù)流量小于 400m3/s 時(shí)，閘前水位降至汛期排沙限制水位 ，水庫(kù)進(jìn)行調(diào)沙，電站不停機(jī)；當(dāng)入庫(kù)流量大于 400m3/s 時(shí)，水庫(kù)全閘開(kāi)啟，敞泄沖沙，電站停機(jī)。 機(jī)型 根據(jù)火谷水電站水頭變化范圍及水能參數(shù)，結(jié)合水機(jī)專(zhuān)業(yè)意見(jiàn)初選水輪機(jī)機(jī)為型 HL551C— LJ— 360，主要參數(shù)如下： 轉(zhuǎn)輪直徑 m； 額定轉(zhuǎn)速 r/min； 單機(jī)額定引用流量 m3/s。按電站額定 水頭略小于汛期加權(quán)平均水頭，并且水頭保證率在 90%附近確定水輪機(jī)額定水頭為 m。 工程任務(wù)及規(guī)模 特種水位 上游：校核洪水位： 設(shè)計(jì)洪水位： 正常蓄水位： 死 水 位： 下游：校核洪水位： 設(shè)計(jì)洪水位： 正常尾水位： （兩臺(tái)機(jī)額定流量） 設(shè)計(jì)尾水位： （半臺(tái)機(jī)額定流量） 裝機(jī)容量選擇 根據(jù)四川電網(wǎng)同類(lèi)電站的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)，擬定 48MW、51MW、 54MW 三個(gè)裝機(jī)容量比較方案，各方案機(jī)組臺(tái)數(shù)均按 2 臺(tái)考慮，機(jī)型為混流式水輪機(jī)。該料場(chǎng)分別距上、下壩址 、 ，有公路與工區(qū)相通，交通較為方便，其儲(chǔ)量和質(zhì) 量均能滿(mǎn)足砼骨料和堆石料要求。 出口段：為強(qiáng)、弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)度低，完整性較差，屬Ⅴ類(lèi)圍巖，施工中須采取支護(hù)襯砌處理，同時(shí)，該段地表水相對(duì)富集，覆蓋層較厚，開(kāi)挖后存在洞臉邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，須采取護(hù)坡處理措施。后緣邊坡巖體受巖性及風(fēng)化、卸 荷影響自身穩(wěn)定性較差，建議采取必要的護(hù)坡處理。 （ 4）導(dǎo)流洞 進(jìn)口段：洞身位于強(qiáng)、弱風(fēng)化的粉砂質(zhì)泥巖中，屬Ⅳ～Ⅴ類(lèi)圍巖。 （ 3）引水洞 進(jìn)口段：洞身位于強(qiáng)～弱風(fēng)化厚層砂巖中，強(qiáng)風(fēng)化巖體屬Ⅴ類(lèi)圍巖，弱風(fēng)化巖體屬Ⅳ類(lèi)圍巖。 （ 2）溢洪道 溢洪道地基巖性主要為弱風(fēng)化砂巖（ BⅣ類(lèi)）和粉砂質(zhì)泥巖（ CⅣ 2 類(lèi)），抗沖刷能力差，建議采取全斷面砼襯砌，同時(shí)應(yīng)采取抗沖刷處理措施。 其它水工建筑物工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià) （ 1）廠房 廠房基坑開(kāi)挖深 25～ 48m，廠房建基面巖性為新鮮 J2S1－①厚層狀砂巖，巖體質(zhì)量屬 AⅢ類(lèi)，其承載力能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。左壩肩巖體除下部邊坡強(qiáng)風(fēng)化巖體屬中等透水層外，其余以弱透水層為主，防滲處理按透水率 q≤ 3Lu 控制，深度為 56～ 75m，水平長(zhǎng)至下趾 1 與下壩 2 剖面交點(diǎn)以左 55m。 綜上所述，左壩肩及壩基巖體抗滑穩(wěn)定性較好，右壩肩巖體穩(wěn)定性較差，須采取必要的工程加固處理措施。由于壩軸線(xiàn)位于次級(jí)向斜 X1 軸線(xiàn)上游側(cè)，受其影響巖層產(chǎn)狀傾向左岸偏下游，但下游無(wú)臨空面，軟弱夾層對(duì)面板堆石壩壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。 (2)壩基 (肩 )抗滑穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 下壩址左壩肩大多基巖裸露，巖性以厚層砂巖為主 ，且屬反向坡，因此整體穩(wěn)定性較好。下壩址河床覆蓋層為第四系現(xiàn)代河流沖積堆積之卵礫石夾砂層，厚 3～ 7m，結(jié)構(gòu)松散，均一性差，透水性強(qiáng)，且強(qiáng)、弱風(fēng)化帶為中等透水層，趾板基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)存在基坑涌水問(wèn)題，建議施工時(shí)準(zhǔn)備足夠排水設(shè)施，并對(duì)覆蓋層邊坡進(jìn)行襯砌。 水庫(kù)為狹谷型水庫(kù)，水庫(kù)回水長(zhǎng) 13km，壅水高度最大約 ，水庫(kù)庫(kù) 19 西華 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 容小，庫(kù)區(qū)無(wú)區(qū)域性深大斷裂和現(xiàn)代活動(dòng)斷裂，出露地層為軟質(zhì)巖～中硬巖類(lèi)，不易產(chǎn)生大量的地應(yīng)力集中，加之垂直裂隙不甚發(fā)育，地下水產(chǎn)生深部循環(huán)的條件有限，水庫(kù)所在地區(qū)地震活動(dòng)震級(jí)較低，水庫(kù)區(qū)不具備水庫(kù)誘發(fā)地震的地質(zhì)條件，因此，蓄水后水庫(kù)產(chǎn)生誘發(fā)地震的可能性較小。由