水電站廠房及管道設(shè)計(jì)

目錄

摘

要................................................................6

刖

言8

1基本資料.....................................................9

1.1區(qū)域地質(zhì)概

況...................................................9

1.1.1地層與巖性.....................9

1.1.2、地質(zhì)構(gòu)造.......................9

1.1.3、地形地貌及物理地址現(xiàn)象................10

1.1.4、水文地質(zhì)條件.....................10

1.1.5、地震.........................10

1.2一級(jí)電站建筑物工程地質(zhì)條件.10

121、壩址工程地質(zhì)條件..................10

122、引水隧洞工程地質(zhì)條件.................11

123、引水隧洞綜合評(píng)述..................12

1.2.4.廠區(qū)工程地質(zhì)條件.................13

1.2.5.廠房........................13

1.3.鳳鳴橋一級(jí)水電站水工設(shè)計(jì)..13

1.3.1.工程的等級(jí).....................13

1.32基本資料及主要數(shù)據(jù)..................14

2.樞紐布

置..........................................................14

2.1：水電站類型的確定.......................14

2.2：廠房類型的確定........................15

2.3：攔河閘位置的選擇.......................15

2.4：廠房位置的確定........................16

3、引水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)..................................................

18

3］、進(jìn)水口設(shè)計(jì)............................18

3.1.1、進(jìn)水口位置的比選...................18

3.1.2、進(jìn)水口的類型的比選..................18

3.1.3、進(jìn)水口高程計(jì)算....................19

3.1.4、引水道直徑的計(jì)算..................20

3.1.5、進(jìn)口段尺寸設(shè)計(jì)....................20

3.1.6、漸變段尺寸的計(jì)算..................21

3.1.7、閘門段尺寸計(jì)算....................22

3.1.8、通氣孔和進(jìn)人孔的設(shè)計(jì)................23

3.2、引水道設(shè)計(jì)...........................24

321、隧道線路比選.....................24

322、供水方式的比選....................24

323、管道進(jìn)廠方式的比選..................25

324、調(diào)壓室的設(shè)置判斷..................25

3.2.5、調(diào)壓室位置的比選..................26

3.3、調(diào)節(jié)保證計(jì)算..........................27

3.3.1、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的目的................27

3.3.2、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)................27

3.3.3、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的調(diào)節(jié)保證計(jì)算基本數(shù)據(jù)..............28

3.3.6、設(shè)計(jì)水頭下丟棄負(fù)荷情況..............28

3.3.7、最高水頭下丟棄負(fù)荷情況..............33

3.3.8、最低水頭下增加負(fù)荷情況..............34

3.4、水頭損失............................35

3.4.1、沿程水頭損失計(jì)算.................35

3.4.2壓迫線的繪制....................38

4廠房的布

置........................................................39

4.1機(jī)組臺(tái)數(shù)的確定和水輪機(jī)選型...................39

4.2水輪機(jī)主要參數(shù)的確定......................39

4.2.1：轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算..................39

4.2.2：計(jì)算效率修正值...................40

II

423.計(jì)算單位轉(zhuǎn)速和單位流量的修正值............40

4.2.4：計(jì)算轉(zhuǎn)速.....................41

4.2.5：檢驗(yàn)水輪機(jī)實(shí)際工作范圍..............41

4.2.6：計(jì)算允許吸出高度Hs.................................43

4.3水輪發(fā)電機(jī)的選擇.........................43

4.3.1：水輪發(fā)電機(jī)主要尺寸估算..............43

4.3.2：平面尺寸估算...................45

3.3.3：軸向尺寸計(jì)算...................47

4.3.4：水輪發(fā)電機(jī)重量估算................49

4.4：蝸殼尺寸的確定........................50

4.5：尾水管單線圖的繪制......................53

4.5.1：進(jìn)口直錐段：....................53

4.5.2：肘管：.......................54

4.5.3：出口擴(kuò)散段：....................54

4.5.4：尾水段的高度....................54

4.5.5：尾水管單線圖....................55

4.6：起重設(shè)備的設(shè)計(jì)........................56

4.6.1：起重量.......................56

4.6.2：主要尺寸......................56

4.7：主廠房的平面設(shè)計(jì).......................56

4.7.1主廠房長(zhǎng)度的計(jì)算...................56

4.7.2：端機(jī)組段長(zhǎng)度的確定................58

4.7.3:安裝間長(zhǎng)度....................58

4.7.4.：主廠房寬度的確定.................58

4.8：主廠房的剖面設(shè)計(jì).......................61

4.8.1：水輪機(jī)安裝高程的確定................61

4.8.2尾水管底板高程計(jì)算.................62

4.8.3：蝴蝶閥的廊道高程計(jì)算................62

4.8.4：主廠房開挖高程的確定................62

4.8.5：水輪機(jī)層高程的確定................63

III

4.8.6：發(fā)電機(jī)裝置高程的確定................63

4.8.7：發(fā)電機(jī)層樓板高程的確定...............63

4.8.8：起重機(jī)安裝高程...................64

4.8.9：房頂高程的確定...................64

4.8.10：裝配場(chǎng)的樓高程確定................65

4.9:副廠房的設(shè)置..........................65

4.9.1:副廠房位置的選擇..................65

4.9.2:副廠房的布置....................66

5：廠區(qū)樞紐布置.................................

67

5.1：主副廠房的布置........................67

5.2：主變的布置..........................67

5.3：開關(guān)站的布置.........................67

5.4：尾水管設(shè)置..........................68

5.5：對(duì)外交通...........................68

6、閘門設(shè)計(jì).....................................

69

6.1、設(shè)計(jì)資料...........................69

6.2閘門結(jié)構(gòu)的形式布置.......................69

6.2.1閘門尺寸的確定...................69

622、主梁的形式及布置...................71

6.2.3連接系的布置和形式..................72

624邊梁與行走支承....................72

6.3面板設(shè)計(jì).............................72

6.3.1.估算面板厚度....................72

6.3.2、面板與梁格的連接計(jì)算.................73

6.4水平次梁、頂梁和底梁的設(shè)計(jì)....................73

6.4.1、荷載與內(nèi)力計(jì)算....................73

6.42水平次梁、頂梁和底梁均布荷載的計(jì)算.........74

6.4.3、截面選擇....................75

6.4.4.水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算..............77

IV

6.4.5.水平次梁的撓度驗(yàn)算..............77

6.4.6.頂梁和底梁..................77

6.5.主梁設(shè)計(jì)............................77

6.5.1設(shè)計(jì)資料......................77

6.5.2.主梁設(shè)計(jì).....................78

6.6.橫隔板設(shè)計(jì)..........................84

6.7.縱向連接系設(shè)計(jì)........................86

6.7.1.荷載和內(nèi)力計(jì)算...................86

6.7.2.斜桿截面計(jì)算....................86

6.8.邊梁設(shè)計(jì)............................87

6.8.1.荷載和內(nèi)力計(jì)算...................87

6.8.2.腹板與下翼緣連接處應(yīng)力驗(yàn)算：............89

6.9.行走支承設(shè)計(jì).........................89

6.10.滾輪軌道設(shè)計(jì).........................90

6.10.1確定軌道鋼板寬度..................90

6.10.2.確定軌道底板厚度..................91

6.11.閘門啟閉力和吊耳計(jì)算......................91

6.11.1啟門力按式計(jì)算...................91

6.112閉門力計(jì)算.....................92

6.11.3吊軸和吊耳板驗(yàn)算...................92

7結(jié)

論.............................................................94

總結(jié)與體

會(huì).........................................................95

謝

辭...............................................................96

參考文

獻(xiàn)...........................................................97

V

摘要

本畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是鳳鳴橋一級(jí)水電站廠房及管道設(shè)計(jì)。

根據(jù)已有的原始資料和該處地形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要Basedontheavailableraw

dataandtopographicmaptocarryonthedesign,themaincontentsareas

follows:Hublayout,theselectionofwaterturbinetype,planttype,thedetermination

ofsizeofthespiralcase,thedeterminationofthetailpipesize,speedandbutterfly

valvetypeselection,determinationofhydropowerplantsize,,waterdiversionsystem

layoutdesign,theworkshoplayoutdesign,waterdiversionsystem,anddrawthe

correspondingaccordingtothehubunit,waterdiversionsystemlayout,plantgeneral

layoutcentersectionmap,unitscenterprofile,factory

6

floors(generator,turbine,volutelayer)planalayoutplanandsection.

Hydropowerstationislocatedinthelongmenshancathaysiantectonicsystemtwo

bigfractureoflongandnarrowfaultblockonhydrogeologicalconditionsissimpler,

mainlysandshaleinterlayerfissurewaterandquaternaryporewaterofloosedebris,

localhavephenomenonofwatergushinginthetunnelconstruction.Thispowerplant

isdevelopedJianjianggroupmountaintotongjifieldrangeofhydropowerresources,

withlowbrakewater,throughthehighpressuretunneldiversionofwaterhead

diversiontrytopowerstations.

Thisplanfsdesignheadis140m,stand-alonecapacityof9000kW,atotaloftwo

units,withatotalinstalledcapacityof18000kW.

Keywords:buildingdesign,hydraulicturbinetype,terrain,hubproject,profile,the

reservoir.

7

刖g

水電站廠房是水工建筑物、機(jī)械及電氣設(shè)備的綜合體，是水能轉(zhuǎn)化為電能的生

產(chǎn)場(chǎng)所，也是運(yùn)行人員進(jìn)行生產(chǎn)和活動(dòng)的場(chǎng)所。其任務(wù)是通過(guò)一系列工程措施，

將水流平順的引入水輪機(jī)，使水能轉(zhuǎn)換成為可供用戶使用的電能，并將各種必需

的機(jī)電設(shè)備安置在恰當(dāng)?shù)奈恢茫瑒?chuàng)造良好的安裝、檢修及運(yùn)行條件，為運(yùn)行人員

提供良好的工作環(huán)境。水電站廠房設(shè)計(jì)的發(fā)展隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而不斷發(fā)展，且

隨著人們生活水平的提高有新的發(fā)展趨向，近年向以人為本的方向發(fā)展，廠房設(shè)

計(jì)的方法隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展有很大的發(fā)展和改善。

畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)谛Ｆ陂g的最后一門必修課，也是一次全面性總結(jié)性的實(shí)踐環(huán)

節(jié)，對(duì)我們走向工作崗位起著承上啟下的作用。它是在老師指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用四

年來(lái)所學(xué)知識(shí)和科學(xué)研究的基本內(nèi)容和基本工作程序，樹立較強(qiáng)的工作概念、工

程概念、經(jīng)濟(jì)概念，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，完成作為一個(gè)工程師的基

本訓(xùn)練，是為將來(lái)順利走向工作崗位提供業(yè)務(wù)知識(shí)和能力的保證。

這次設(shè)計(jì)是我們走向工作崗位前的一次“實(shí)戰(zhàn)演習(xí)”，它可以鞏固、聯(lián)系、充實(shí)、

加深、擴(kuò)大我們所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，使我們初步掌握專業(yè)設(shè)計(jì)的流程和

方法，熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)等工具，以提高其工作效率。重要的是讓我們養(yǎng)成了嚴(yán)肅

認(rèn)真，刻苦鉆研、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和良好的工作、學(xué)習(xí)習(xí)慣。通過(guò)同學(xué)們?cè)?/p>

一起的交流與協(xié)作，培養(yǎng)大家的協(xié)同合作的工作作風(fēng)。

畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，是一個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)、創(chuàng)作的過(guò)程，其中的每一步和每一

個(gè)環(huán)節(jié)都是對(duì)我們的考驗(yàn)和鍛煉，它將成為我們今后的學(xué)習(xí)和工作做鋪墊，提高

我們多方面的能力。水電站設(shè)計(jì)是水利水電工程建設(shè)設(shè)計(jì)工作的重要組成部分，

其中站址的選擇是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，這主要是因?yàn)榉桨高x擇要考慮多方面的因

素。止匕外，廠房中各設(shè)備的布置也要考慮眾多因素。我們就是要針對(duì)設(shè)計(jì)中所遇

到的具體問(wèn)題，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，參考相應(yīng)的書籍、規(guī)范以及一些實(shí)際工程資料，

找到其解決方法。

在對(duì)設(shè)計(jì)圖的處理上，運(yùn)用了AutoCAD的基本知識(shí)，使得繪圖更加方便，快

捷，從而避免了手工繪圖得種種不便，提高了工作效率。同時(shí)，也運(yùn)用了Word

知識(shí)，使得我們對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)更加鞏固。

在楊耀老師的悉心指導(dǎo)下，在同組同學(xué)鄒丹、魏云潔等同學(xué)的幫助下，經(jīng)過(guò)三

個(gè)月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利完成，在此謹(jǐn)表衷心的感謝！

限于本人水平，也限于時(shí)間，涉及中難免存在疏漏和不妥之處，敬請(qǐng)老師和

8

同學(xué)們批評(píng)指正。

1基本資料

1.1區(qū)域地質(zhì)概況

1.1.1地層與巖性

工程區(qū)域上部為灰、暗灰、褐灰色中——厚層，細(xì)—中粒巖屑砂巖；巖

屑石英砂巖和黃灰色粉砂巖為主，間夾灰、黃灰色頁(yè)巖和煤線。

1.1.2、地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)域位于龍門山華夏系構(gòu)造體系兩大斷裂挾持的狹長(zhǎng)斷塊上，斷塊北西

2km為北川一映秀斷裂，斷塊南東為灌縣一江油斷裂(二王廟斷裂)，二王

廟斷裂發(fā)生在三迭系上統(tǒng)須家河組中段煤系地層之中。兩斷裂直線距離9km左

右，由于兩大斷裂屬區(qū)域性大斷裂，致使工程區(qū)域的地層褶皺強(qiáng)烈，地層倒轉(zhuǎn)，

局部

921

巖層十分破碎。

1.1.3、地形地貌及物理地址現(xiàn)象

工程區(qū)域?qū)冽堥T山脈中段的前山中——高山地貌。

白水河兩岸三級(jí)階地發(fā)育，白露河二級(jí)階地發(fā)育，階面寬闊平坦，延伸性好。

工區(qū)無(wú)理地質(zhì)現(xiàn)象以風(fēng)化剝蝕和崩塌現(xiàn)象普遍。崩塌堆積物在溝谷和斜坡坡腳為

常見，以飛來(lái)峰堅(jiān)硬灰?guī)r巖塊居多，干溪溝內(nèi)莫家溝內(nèi)崩塌堆積物和坡殘積物混

含的斜坡高達(dá)40?50m。壩址下游也可見巖體卸荷而產(chǎn)生的小規(guī)模崩塌體。

1.1.4、水文地質(zhì)條件

工程區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，主要是砂頁(yè)巖的層間裂隙水和第四系松

散堆積物中的孔隙水，隧洞施工中局部有涌水現(xiàn)象。河水為重碳酸鈣鎂型水，侵

蝕性CO2對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性。

1.1.5、地震

工區(qū)內(nèi)地震基本烈度為vn度，設(shè)計(jì)建筑物已按設(shè)防要求設(shè)計(jì)。

1.2一級(jí)電站建筑物工程地質(zhì)條件

121、壩址工程地質(zhì)條件

攔河閘壩正常高水位1056.35m,壩高27.85m,壩頂長(zhǎng)60mo

攔河壩址位于沙金河口匯入渝江的鎮(zhèn)口處，河道順直，兩岸邊坡53。左右，對(duì)

稱，河床寬27?30m。單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀44。＜53。?55。，巖層傾向左岸，為

順向谷。

河床堆積物為第四系全新統(tǒng)的砂卵石層，厚度1?3m,下伏地層為三迭系上統(tǒng)

須家河組下段，巖性為輕微變質(zhì)的含泥質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)頁(yè)巖、長(zhǎng)石石英砂巖。

(1)、閘壩基礎(chǔ)穩(wěn)定性

閘壩基由含泥質(zhì)灰?guī)r和炭質(zhì)頁(yè)巖組成，軟硬相間的巖石構(gòu)成不均一巖基。炭質(zhì)

頁(yè)巖間夾少量煤線、薄煤層是閘壩不穩(wěn)定因素之一，炭質(zhì)頁(yè)巖在閘壩地基順河產(chǎn)

出且埋藏淺，向上游傾5?8。，下游臨空，地下水沿層面運(yùn)動(dòng)使含泥較重的頁(yè)巖

遇水軟化，成為閘壩基出抗滑穩(wěn)定中的不利軟弱結(jié)構(gòu)面。

10

施工中已對(duì)閘壩基出進(jìn)行固結(jié)灌漿，以提高基礎(chǔ)整體強(qiáng)度和抗滑穩(wěn)定。

(2)、閘壩基，壩肩滲漏

閘壩基的含泥質(zhì)灰?guī)r，為層間裂隙含水地層，炭質(zhì)頁(yè)巖屬相不透水層。強(qiáng)風(fēng)化

深度3?5m,相對(duì)隔水層頂板埋深21?23m,巖層滲漏值為10個(gè)呂容，屬中等

—較嚴(yán)重透水帶，壩基與壩肩的相對(duì)不透水層的上限，與河谷斷面很相似。經(jīng)

計(jì)算壩基滲漏超過(guò)有關(guān)規(guī)程規(guī)定。

施工中已按設(shè)計(jì)要求對(duì)壩基做防滲帷幕灌漿。

(3)、壩肩穩(wěn)定

左壩肩為層狀反向結(jié)構(gòu)巖石邊坡，巖性為含泥質(zhì)灰?guī)r中部夾砂巖，炭質(zhì)頁(yè)巖，

卸荷寬度3?5m,強(qiáng)風(fēng)化帶寬度2?6m,局部有卸荷崩落現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定性好。

右壩肩為層狀順向結(jié)構(gòu)巖石邊坡，巖性為含泥灰?guī)r與炭質(zhì)頁(yè)巖互層，間夾強(qiáng)度

較高的薄層細(xì)砂巖，強(qiáng)風(fēng)化帶寬3m,邊坡穩(wěn)定性稍差。

因砂頁(yè)巖互層、順層，且?guī)r層傾角較陡，施工開挖過(guò)程中極易產(chǎn)生順層滑塌，

開挖中已采取鋼筋錨固方法處理以達(dá)到安全穩(wěn)定。

(4)、繞壩及庫(kù)區(qū)滲漏

兩壩肩的相對(duì)不透水層深度查明，右壩肩深18m,左壩肩23m,標(biāo)高1032m、

1038m,右壩肩巖層滲漏量20?70個(gè)呂容值，左壩肩巖層滲漏量小于20個(gè)呂容

值，兩壩肩的巖層屬中等透水地層。

施工中兩壩肩已按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了帷幕灌漿防滲處理。

右壩肩沿勘探軸線向山體深部從庫(kù)內(nèi)向下游曾經(jīng)為老百姓挖煤井巷，順河延

伸，施工中將該井巷作為施工導(dǎo)流洞進(jìn)行擴(kuò)挖，工程完工后進(jìn)行封堵，并做了回

填灌漿處理。

庫(kù)岸全部由三級(jí)階地的基座組成，弱透水巖層和多層相對(duì)隔水的巖石相間產(chǎn)

出，且山體寬厚，無(wú)滲漏之慮。

在近壩的右側(cè)比較蛇紋礦機(jī)修房圍墻與至銀廠溝的公路下的地基，是一單薄的

城口，巖基侵蝕面較低，其上全為Q2的冰水堆積物所覆蓋，構(gòu)成近壩的庫(kù)盤，

長(zhǎng)度100m。水庫(kù)蓄水后，庫(kù)岸再造危及公路路基，存在滲漏的可能性。

施工中已將灌漿軸線延伸，對(duì)機(jī)修房至公路一帶進(jìn)行灌漿處理。

122、引水隧洞工程地質(zhì)條件

引水隧洞全長(zhǎng)6.991Km,為有壓隧洞。

(1)、0+000-l+886m

11

隧洞軸線與巖層走向交角27?69。之間，出露巖性為砂質(zhì)泥灰?guī)r、炭質(zhì)頁(yè)巖、

細(xì)砂巖及砂質(zhì)頁(yè)巖。局部含薄煤層，大部分為@11一山類圍巖，穩(wěn)定性好，少量

W—V類圍巖，隧洞埋深80?300m,最深達(dá)500m。施工隧洞中多處設(shè)有瓦斯

抽放點(diǎn)，為高瓦斯施工隧洞。

(2)、1+886?6+991m

本段隧洞軸線與巖層走向交角在27?39。，洞身埋深較淺，一般40m,最淺不

足20m。眼行為層狀一薄層狀砂巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖，炭質(zhì)巖夾薄煤層，炭質(zhì)頁(yè)巖夾砂

巖，裂隙發(fā)育，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，局部有涌水現(xiàn)象。圍巖類別大部分為W—V類,

穩(wěn)定性差，小部分為m類圍巖，較穩(wěn)定。

123、引水隧洞綜合評(píng)述

(1)瓦斯與煤沫粉塵的爆炸性能

引水隧洞圍巖，絕大部分為T3X的煤系地層，據(jù)測(cè)定，瓦斯氣體成分，以沼

氣為主，其次是二氧化碳、硫化氫、一氧化碳等，其煤沼氣涌出量高出國(guó)家制定

的劃分標(biāo)準(zhǔn)2?4倍以上。初設(shè)報(bào)告中指出必須予以高度重視，施工中通風(fēng)必須

充分；同時(shí)要嚴(yán)厲控制各種激發(fā)煤炸的因素，以杜絕洞(井)毀人亡的事故發(fā)生。

(2)采空內(nèi)對(duì)工程的影響

工程區(qū)內(nèi)煤系地層中有開采價(jià)值的煤層約有10層左右，單層厚度1m左右，隧

洞通過(guò)地段與采掘殆盡的地下空層多次相交，本次施工中，在3+670?3+796、

3+970?4+123m、5+330?5+360及6+160?6+280m四處，不同程度受到廢棄煤洞

的影響，其穩(wěn)定性極差，均發(fā)生過(guò)較大規(guī)模的嚴(yán)重塌方，甚至冒頂，給施工造成

極大的困難。施工均采用強(qiáng)支護(hù)，短進(jìn)尺等方法強(qiáng)行通過(guò)。

(3)地下水

隧洞圍巖層狀產(chǎn)出，砂、頁(yè)巖互層，巖層裂隙發(fā)育，地下水在隧洞不同部分表

現(xiàn)不均，地下水一般呈線狀、雨淋裝、大脈涌出，給施工帶來(lái)一定的困難。在巖

石破碎及軟弱巖層中與地下水出露，往往造成較大的塌方。施工中一般均能排水

疏干，地下水對(duì)隧洞施工影響是有限的。

(4)干溪溝崩塌堆積體的影響

干溪溝一帶為隧洞必經(jīng)之路，施工中發(fā)現(xiàn)飛來(lái)峰崩坡積體在地表廣泛分布，隧

洞若在崩積體內(nèi)是難以通過(guò)的，因此隧洞在此通過(guò)處的巖性及覆蓋厚度對(duì)施工，

甚至設(shè)計(jì)改線將產(chǎn)生重大影響。

干溪溝出露地層單一，主要為第四系全新統(tǒng)崩坡積、殘坡積層，三迭系須家

12

1河組下段T3X地層。崩坡積體為天臺(tái)山飛來(lái)峰崩塌所致，成分為灰白色灰

巖加黃

色粘土，灰?guī)r碎塊直徑1?3m,占75%,其余為黏土充填穩(wěn)定性極差無(wú)成洞條

件。通過(guò)鉆探勘測(cè)查明崩塌堆積體在洞線分布長(zhǎng)度420m,最大厚度33m,一般

20?25m厚，沿軸線下游方向減少至數(shù)米厚。干溪溝隧洞洞頂高程1041m,而崩

坡積體與下伏基巖分界線高程1074?1049m,洞頂距崩坡積體地步33?38m,隧

洞仍按原線在三迭系須家河組下段基巖地層中施工。

124.廠區(qū)工程地質(zhì)條件

(1)、調(diào)壓井

調(diào)壓井出露地層為三迭系上統(tǒng)須家河組中段，巖性為灰褐、灰色，表層風(fēng)化為

褐黃色細(xì)粒巖屑砂巖，夾薄層頁(yè)巖，自然邊坡40。，風(fēng)化卸荷嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，

浸水后巖石易軟化，施工開挖中發(fā)現(xiàn)巖石破碎，完整性差。

(2)、壓力管線

壓力管線在施工階段進(jìn)行了詳細(xì)的勘探工作，查明了管線的工程地質(zhì)條件。壓

力管線全長(zhǎng)500余米，平均坡度15。左右，覆蓋層為風(fēng)化剝蝕的第四系全新統(tǒng)坡、

殘積體，巖性為灰褐色黏土夾少量碎石塊，可塑一軟塑。鉆孔揭露壓力管線覆蓋

層一般在10米以上，最深達(dá)19.36m。下伏基巖為T3X21,巖性為灰、褐色細(xì)粒

巖屑砂巖，巖石堅(jiān)硬，陡傾角裂隙發(fā)育，夾薄層頁(yè)巖，分布于管線上部；灰、褐

灰色頁(yè)巖為主，局部夾煤線，巖性軟，夾少量中厚層巖屑細(xì)粒砂巖，分布于管線

中下、部。

125.廠房

廠房區(qū)位于山坡下部平緩地帶，殘積層為黑褐色亞粘土，層厚3?5m,下伏基

巖為深蘭灰色泥質(zhì)粉砂巖夾頁(yè)巖及煤線，巖性軟弱，抗風(fēng)化力弱，遇水易軟化。

1.3.鳳鳴橋一級(jí)水電站水工設(shè)計(jì)

1.3.1.工程的等級(jí)

本工程總裝機(jī)容量2x9000KW,根據(jù)SDJ12—78規(guī)范及其補(bǔ)充規(guī)定，應(yīng)屬4等

工程，主要建筑物按4級(jí)設(shè)計(jì)，它包括攔河閘、進(jìn)水閘、有壓引水隧洞、調(diào)壓井、

13

高壓管道、主副廠房等。其它建筑物均按5級(jí)設(shè)計(jì)，工程洪水標(biāo)準(zhǔn)按表2—1

米用。

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：

基本荷載組合：KC1.05

特殊荷載組合：KC'1.00

1.3.2.基本資料及主要數(shù)據(jù)

(1)、水文

根據(jù)誰(shuí)水能計(jì)算和地形、地質(zhì)條件，各建筑物主要水位計(jì)算選定如下：攔河

閘：正常蓄水位：1056.35m

死水位：1051.00m

廠房：正常尾水位：897.00m

電站引用流量：15.0m3/s

(2)、氣象

多年平均氣溫15。。極端最高氣溫36.9℃,極端最低氣溫-6.2。。最大風(fēng)速

12m/so

2.樞紐布置

2.1：水電站類型的確定

開發(fā)河流水流的水電站，按集中河段落差的以形成水頭的措施不同，分為壩式,

引水道式和混合式三種電站。

根據(jù)所給出的地質(zhì)條件和工程地質(zhì)圖上可以發(fā)現(xiàn)，在工程的選址一帶有大量的

居民，而且地勢(shì)較為平坦，高程相差不大，如果進(jìn)行攔河筑壩的話，將要造成上

游較大的淹沒(méi)，移民搬遷的工程量將要加大，工程投資加大，工期將會(huì)被延長(zhǎng)，

同時(shí)，由于水庫(kù)淹沒(méi)范圍較大，對(duì)于原生態(tài)的河流會(huì)造成巨大的破換，打破它原

有的生態(tài)平衡。除此之外，若修建大壩，地下水位將要相應(yīng)的太高，可能會(huì)在上

游形成沼澤或者是造成土地的鹽堿化。

由于該電站的設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為1.8萬(wàn)千瓦，因此，這個(gè)電站所在的流域沙金河

的流量不大，如采用修建大壩的話，投資和發(fā)電效益講不成正比。因?yàn)榱髁?/p>

14

較小，裝機(jī)容量有限，而大規(guī)模的修筑大壩的話，會(huì)有很大的投資，造成資金

的浪費(fèi)，業(yè)主的利益得不到最大化，這顯然是業(yè)主不愿意看到的。

綜上所述，采用修筑大壩的方式是不可取的，最好是采用引水式水電站。引水

式電站是在河段上游筑閘或者是低壩（無(wú)壩）取水，經(jīng)過(guò)人工引水道引水到河段

下游集中落差所建的電站。沒(méi)有高壩就沒(méi)有大面積的淹沒(méi)，就減少了搬遷，減少

了投資，節(jié)約了成本，以最小的投資換的了最大的利益，使業(yè)主的利益得到了最

大化的同時(shí)，也減少了對(duì)原河流生態(tài)的破壞,保護(hù)了環(huán)境。

2.2：廠房類型的確定

按照廠房的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)并且結(jié)合其在工程樞紐中所在的位置進(jìn)行分類，一般

有河床式廠房，壩后式廠房，壩岸邊式廠房是靠筑壩取得水頭的電站，樞

紐布置中廠房不設(shè)在河床中的壩后，而是在河岸內(nèi)布置引水道，將廠房設(shè)在與壩

有一定距離的岸邊：或者是在引水道式或混合式水電站中，引水道比較長(zhǎng)，廠房

布置在離壩體相當(dāng)遠(yuǎn)的岸邊。這類廠房就是岸邊式廠房，又被稱為河岸式廠房或

是引水式廠房。

2.3：攔河閘位置的選擇

根據(jù)有給的地形地質(zhì)條件和工程圖紙可以發(fā)現(xiàn)，攔河閘的位置的選擇較多，可

初步確定為三種方案。方案一：沙金河的下游段：方案二：白水河的下游段，方

案三：在沙金河和白水河交匯處。

根據(jù)已有的地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果可知，白水河以及沙金河與白水河交匯處是下游段的

地勢(shì)起伏不大，相對(duì)較為平坦，要是筑壩之后，雖然水位不高，但是仍然會(huì)造成

較大的淹沒(méi)，造成移民搬遷的工程量加大，加大了投資，而且也不利于對(duì)原有的

生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)。所以，方案二和方案三是不適合的。至于方案一的條件相對(duì)較

好，沙金河的下游段有起伏的山地，筑壩后不會(huì)造成過(guò)大的淹沒(méi)和移民搬遷。在

沙金河和白水河交匯處的上游段，金沙河左岸有較為雄厚的山體，且地勢(shì)較高，

經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘探部門的勘測(cè)之后，發(fā)現(xiàn)該山體絕大部分是處于密實(shí)穩(wěn)定的狀態(tài)，只

有干溪溝出露地層單一，山體較為破碎，無(wú)成洞條件，但是，經(jīng)過(guò)仔細(xì)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)

15

該破碎山體的厚度不大，而設(shè)計(jì)的洞線在破碎山體的下方經(jīng)過(guò)，所以，也是能

夠滿足設(shè)計(jì)要求的。

綜上所述，攔河閘位置的選額采用方案一。

2.4：廠房位置的確定

水電站廠房是水電站主要建筑物之一，是將水能轉(zhuǎn)化為電能的綜合工程設(shè)施。

廠房中安裝有水輪機(jī)，水輪發(fā)電機(jī)和各種輔助設(shè)備，其主要的任務(wù)是滿足主輔設(shè)

備及其聯(lián)絡(luò)的線纜和管道布置的要求與安裝，運(yùn)行和維護(hù)的需要，保證發(fā)電的質(zhì)

量，為運(yùn)行人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，以美觀的建筑造型協(xié)調(diào)和美化自然環(huán)境。

根據(jù)所給出的工程地質(zhì)的圖紙和文字描述可知，鳳鳴橋一級(jí)水電站位置大概有

三個(gè)方案可以選擇。方案一，在有壓隧洞末端上坡上（在黎家溝后邊山坡的上部）,

方案二，是在黎家溝后邊山坡下部較平緩且靠近紅山村小學(xué)的地方，方案三，是

在離黎家溝后邊山坡下部較遠(yuǎn)且靠近麻柳溝一帶。以下是對(duì)三種方案的比較選

擇。

對(duì)于方案一，由于電站在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)裝機(jī)容量是L8萬(wàn)千瓦，設(shè)計(jì)水頭

較高，而根據(jù)地質(zhì)勘探和所給出的有關(guān)圖文資料可以發(fā)現(xiàn)，要滿足設(shè)計(jì)要求，蝸

殼的進(jìn)水口必須要設(shè)置在山坡下部才能滿足水頭的要求。再者，要是把廠房布置

在山坡上的話，由于平均坡度是15度左右，覆蓋層為風(fēng)化剝蝕的第四系全新統(tǒng)

坡，殘積體，巖性為灰褐色粘土夾少量的碎塊石，可塑一軟性，鉆孔揭露壓力管

道的覆蓋層一般是10米以上，巖石堅(jiān)硬。陡傾角裂隙發(fā)育，夾薄層頁(yè)巖，分布

在山坡的上部，灰褐色頁(yè)巖為主，局部夾有煤線，巖性軟，夾少量中厚巖屑細(xì)粒

砂巖，分布于山坡的中下部，所以，山坡地質(zhì)條件不但較差，還不是很穩(wěn)定，且

山坡上地基處理還比較困難，必定會(huì)加大投資，延長(zhǎng)工期，另外，還有從新修建

上山的進(jìn)廠公路，故方案一是不合適的，不可行。

至于方案三，將廠房布置在下部較為平坦的地帶，只能將其布置在麻柳溝一帶。

對(duì)麻柳溝進(jìn)行鉆孔分析可知，經(jīng)過(guò)地基處理后，是可以滿足廠房要求的，但是麻

柳溝一帶的高程只有829米左右，要是將一級(jí)電站的廠房設(shè)置在這里的話，將要

削減二級(jí)電站的水頭，使得二級(jí)電站不能達(dá)到效益的最大化，要想使二級(jí)電站達(dá)

到設(shè)計(jì)水頭的話，就必須將二級(jí)電站繼續(xù)向下游地方移動(dòng)，但是，這樣的話將加

大一二級(jí)電站引水隧洞的總長(zhǎng)度，增加了投資和工期。另外在麻柳溝一帶沒(méi)

16

有現(xiàn)成的公路，必須要重新修建一條進(jìn)廠公路，又將增加工期和投資。所以，

方案三頁(yè)不適合，不可行。

對(duì)于方案二人，即在山坡下部的平緩且靠近紅山小學(xué)的地方，在這里殘積層為

黑褐色的亞粘性土，粘土，層厚為3到5米，下伏基巖為深蘭灰色粘質(zhì)粉砂巖夾

頁(yè)巖及煤線，巖性軟弱，抗風(fēng)化力弱，遇水易軟化，雖然地質(zhì)條件不是很理想，

但是經(jīng)過(guò)地基處理之后，還是能夠滿足廠房對(duì)于地基的要求的。更重要的是山坡

下部平緩地帶的高程適中，能夠同時(shí)滿足鳳鳴橋一二級(jí)電站對(duì)水頭的要求，另外

在這一地帶有至彭縣的公路，不需要專門修建公路，只是需要修建很短的一段進(jìn)

廠公路，即節(jié)約了投資，又縮短了工期。因此方案二是可行的。

綜上所述，廠房的位置選擇方案二在山坡下部平緩地帶且靠近紅山小學(xué)的旁

邊。

17

3、引水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3』、進(jìn)水口設(shè)計(jì)

在水利水電工程中，為發(fā)電供水等綜合利用的目的，往往需要在天然河道、湖

泊和調(diào)節(jié)池中取水，深式進(jìn)水口及有壓進(jìn)水口為了適應(yīng)這一需要而設(shè)置的一種水

工建筑物，深式進(jìn)水口應(yīng)滿足水工建筑物的一般要求，即結(jié)構(gòu)安全、布置簡(jiǎn)單、

施工方便、造價(jià)低廉以及可靠并適應(yīng)注意美觀。

3.1.k進(jìn)水口位置的比選

根據(jù)地質(zhì)條件可知，左壩肩為層狀反向結(jié)構(gòu)巖石邊坡，巖性為含泥沙質(zhì)灰?guī)r中

部夾砂巖，灰質(zhì)頁(yè)巖卸荷寬度3?5m,強(qiáng)風(fēng)化帶寬度2-6m,局部有卸荷崩落現(xiàn)象。

邊坡穩(wěn)定性較好。右壩肩為層狀順向結(jié)構(gòu)巖石邊坡，巖性為含泥灰?guī)r與炭質(zhì)頁(yè)巖

互層，間夾強(qiáng)度較高的薄層細(xì)砂巖，強(qiáng)風(fēng)化帶寬3m,邊坡穩(wěn)定性稍差。所以，為

了減小施工的工程量，減小襯砌支護(hù)，從巖坡的穩(wěn)定性方面來(lái)判斷應(yīng)該選擇左壩

肩為進(jìn)水口的位置。

3.1.2、進(jìn)水口的類型的比選

在上一節(jié)中已經(jīng)確定了水電站為引水式電站，故電站要采用隧洞引水發(fā)電，而

本電站為有壓引水隧洞，因此要采用深孔進(jìn)水口。按照進(jìn)水口的布置我進(jìn)口型式,

可分為豎井式、塔式、岸塔式和斜坡式等。

塔式進(jìn)水口是獨(dú)立于隧洞首部而不依靠巖坡的封閉式塔或框架式塔，塔底裝設(shè)

閘門。容易受到風(fēng)浪地震的影響，適用于覆蓋層較厚，巖石比較破碎的情況，而

此地區(qū)的地震烈度是VD級(jí)，并且岸坡比較穩(wěn)定，巖石比較完整，所以，不適合用

塔式進(jìn)水口。

岸塔式進(jìn)水口是靠在開挖后洞臉巖坡上直立的或是傾斜的進(jìn)水塔。岸塔式進(jìn)水

口的穩(wěn)定性較塔式的好，甚至可對(duì)巖坡起到一定的支撐作用，施工安裝也比較方

便，適用于岸坡較陡，巖體比較堅(jiān)固穩(wěn)定的情況。左岸巖石邊坡比較穩(wěn)定，但是

坡度不是十分的陡峭，所以，也不是最佳選擇。

斜坡式進(jìn)水口是在較為完整是巖體上進(jìn)行平整開挖、襯砌而成的一種進(jìn)水口。

雖然這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工、安裝方便，穩(wěn)定性好，工程量小。但是進(jìn)口部抬

高，則閘門面積將加大，由于門槽傾斜，閘門不易靠自重下降。斜坡式進(jìn)水口一

18

般適用于巖坡較緩的情況。而左岸的坡度是53。左右，不是很平緩。故也不采

用斜坡式進(jìn)水口。

豎井式進(jìn)水口是在隧洞進(jìn)口附近的巖體中開挖豎井，豎壁襯砌，閘門設(shè)在井的

底部，井的頂部布置啟閉機(jī)械及操縱室。這種豎井結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受風(fēng)浪和冰的影

響，抗震和穩(wěn)定性好，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件適宜時(shí)，工程量較小，造價(jià)較低。適用于地質(zhì)

條件較好，巖體比較穩(wěn)定的情況。而左岸進(jìn)水口處的巖體較為穩(wěn)定，適合用豎井

式進(jìn)水口。

綜上比較考慮，最終選擇用豎井式進(jìn)水口設(shè)計(jì)。

圖3.1進(jìn)水口不意圖

3.1.3、進(jìn)水口IWJ程計(jì)算

為保證進(jìn)水口處于有壓狀態(tài)，以使水流流態(tài)穩(wěn)定，進(jìn)水口的高程應(yīng)低于運(yùn)行中

可能出現(xiàn)的最低水位，并有一定的淹沒(méi)深度。并應(yīng)使進(jìn)水口的底板高程高于水庫(kù)

淤沙高程1.0m?1.5m,但本水電站樞紐的水庫(kù)淤沙高程較低，不影響進(jìn)水口高程

的選擇與布置，因此該因素不予考慮。

為避免進(jìn)水口前出現(xiàn)吸氣漏斗和漩渦的臨界深度按下式計(jì)算：

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SkCVa

式中：Sk為無(wú)漩渦的臨界淹沒(méi)水深

c為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取為0.55?0.73,對(duì)稱進(jìn)水時(shí)取小值，側(cè)面進(jìn)水時(shí)取大值，

本設(shè)計(jì)取0.7計(jì)算。

v為閘門斷面的水流流速，取閘門段面最大引用流量時(shí)的流速。a為閘

門孔口凈高，本設(shè)計(jì)為7.0m。經(jīng)計(jì)算得：則進(jìn)水口底板高程為：

3.1.4、引水道直徑的計(jì)算

由水輪機(jī)選擇計(jì)算知，水輪機(jī)單機(jī)最大引用流量為7.7

失，所以，隧洞中的流量應(yīng)該是15.4。，為減少水頭損

引水道的經(jīng)濟(jì)直徑為（彭德舒公式）：

取2.0m

其中：K是系數(shù)，在5-15之間，一般取5.2

Q是最大流量為15.4

H是設(shè)計(jì)水頭為140m

所以，隧洞和壓力管道的直徑暫時(shí)選取為2.0m

3.1.5、進(jìn)口段尺寸設(shè)計(jì)

進(jìn)口段的形狀一般是根據(jù)水電站進(jìn)水口的布置方式以及引用流量來(lái)考慮，其斷

面一般為矩形，可為單孔或是雙孔。為使水流平順的進(jìn)入引水道，減少水頭

20

損失，進(jìn)口流速不宜過(guò)大，一般控制在1.5m/s左右。

進(jìn)口曲線形狀必須適合水流收縮狀態(tài)，以免在曲線段形成負(fù)壓區(qū)。進(jìn)口段頂板

曲線目前常用1/4橢圓曲線。

x2y2

進(jìn)口段頂板曲線采用1/4橢圓曲線22lab

其中a為橢圓曲線的長(zhǎng)半軸，一般?。??1.5）D,本設(shè)計(jì)取LlD=3.0mb

為橢圓曲線的短半軸，一般取（1/3?1⑵D,本設(shè)計(jì)取l/2D=lm。

則進(jìn)口頂板的橢圓曲線方程為：

3.1.6、漸變段尺寸的計(jì)算

漸變段是閘門段到壓力管道的過(guò)渡段，其斷面面積和流速應(yīng)逐漸變化，使水流

不產(chǎn)生漏流并盡可能減少水頭損失。由矩形變成圓形通常采用四角加圓角過(guò)渡圓

弧的中心位置和圓角半徑r均按直線變化，漸變段長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般為壓力管

道的L5?2.0倍，本設(shè)計(jì)取為5m。收縮角不超過(guò)10度，以6?8度為宜，本設(shè)計(jì)

取為6度。收縮斜率不大于

漸變段長(zhǎng)度L=L8*2.8=5.04m取5.0m,（由于在后面的調(diào)保計(jì)算中發(fā)現(xiàn)該

電站的隧洞取2.0m時(shí)，不能滿足調(diào)保計(jì)算要求，最終確定直徑為2.8m）。收縮

角取為6%

圖3.2漸變段結(jié)構(gòu)示意圖單位：mm

3.1.7、閘門段尺寸計(jì)算

閘門段進(jìn)口段和漸變段的連接段，是安裝閘門（工作閘門和檢修閘門）和啟閉

設(shè)備的部分。閘門段通常設(shè)計(jì)成橫斷面為矩形的水平段，其高度一般大于或是等

于引水道直徑D,寬度一般是等于或是稍小于引水道直徑D,但是整個(gè)閘門段國(guó)

22

稅橫斷面常取后接的引水道面積的1.1倍左右。閘門段的長(zhǎng)度主要取決于整套

閘門設(shè)備布置的需要，檢修閘門和工作閘門的凈距一般不小于工作閘門的凈高、

寬的0.4倍，且不小于閘門的安裝、維護(hù)工作所需的凈空間。

因此，經(jīng)過(guò)綜合考慮決定采用2.6m寬，3.0m高的閘門進(jìn)口，閘門段長(zhǎng)度采用

4.0m。前面是檢修閘門，后面是工作閘門，閘門凈距為2.0m。

圖3.3進(jìn)口段、閘門段、漸變段縱坡面示意圖單位：cm

3.1.8、通氣孔和進(jìn)人孔的設(shè)計(jì)

引水管道在進(jìn)行沖水或是放空過(guò)程中，閘門后需要排氣和補(bǔ)齊，特別是在動(dòng)水

關(guān)閉時(shí)，問(wèn)題更為突出。為此，應(yīng)該在緊靠閘門后設(shè)置通氣孔。

為保證當(dāng)引水道充水時(shí)可以排氣，在事故閘門之后設(shè)置一通氣孔，同時(shí)可保證

引水道排水時(shí)供氣，避免引水道內(nèi)產(chǎn)生較大負(fù)壓。通氣孔的面積：AQava

Qa為通氣量，采用引水道的引用流量15.4

va為通氣孔進(jìn)氣流速，一般為40-45m/s,這里取為40m/s

，故通氣孔的直徑為0.8m,取1.0m。所以，通氣孔的面積A=15.4/40=0.385

為了便于壓力管道內(nèi)部的檢修，需要設(shè)置進(jìn)人孔。進(jìn)人孔通常和通氣孔共用，

在通氣孔內(nèi)設(shè)置樓梯供檢修人員上下。

23

3.2、引水道設(shè)計(jì)

引水道的路線選擇是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，它關(guān)系到隧洞的造價(jià)，施工難易，工程進(jìn)

度，運(yùn)行可靠性等方面。

321、隧道線路比選

根據(jù)給出的地質(zhì)資料，初步設(shè)計(jì)選用兩種方案，方案一：從左岸進(jìn)水口處出發(fā),

經(jīng)過(guò)尖尖山，干光溝一帶到達(dá)黎家溝上游帶的上坡上，全長(zhǎng)6991m：方案二：引

水線路依山布置。

經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘探部門的勘探設(shè)計(jì)之后，發(fā)現(xiàn)該山體絕大部分是處于密實(shí)穩(wěn)定的狀

態(tài)，只有干溪溝出露底層單一，主要是第四系全新統(tǒng)崩坡積。殘坡積層，三迭系

須家溝河組下段地層，崩坡積體為天臺(tái)山飛來(lái)峰崩塌所致，成分為灰白色灰?guī)r夾

黃色粘土，灰?guī)r碎塊直徑為l-3m,占75%,其余為粘性充填穩(wěn)定性極差無(wú)成洞

條件。但是，通過(guò)鉆探查明崩塌堆積體在洞線分布長(zhǎng)度420m,最大厚度33m,

一般是20-25m厚，沿軸線下游方向減少至數(shù)米厚。干溪溝隧洞洞頂高程1041m,

而崩坡積體下伏基巖分界線高程1074-1049m,洞頂距離崩坡積體底部是33-8m,

所以，方案一的設(shè)計(jì)是可以被滿足的。至于方案二，引水道若是傍山布置的話，

則要以明線為主，則線路很長(zhǎng)，交叉建筑物多，占地搬遷多，造價(jià)很高，運(yùn)行的

可靠性也得不到保證，因此，只好采用以隧洞為主的方案，既經(jīng)濟(jì)有可靠安全。

綜上所述，采用方案一的布線方案。

322、供水方式的比選

壓力管道向多臺(tái)機(jī)組供水的方式有三種，單元供水、聯(lián)合供水和分組供水。

本電站采用的是兩臺(tái)機(jī)組，所以分組供水的方式不可取，只有兩種方案進(jìn)行比

較選擇。方案一：?jiǎn)卧┧?，方案二：?lián)合供水。

對(duì)于單元供水方案，管道的尺寸較小，易于制作，但是在布置時(shí)候，管道在平

面上所占的尺寸較大，管道布置與前池、調(diào)壓室的連接比較困難，在相同的水頭

損失下，造價(jià)較高。適用于混凝土壩身管道，單管流量很大或是長(zhǎng)度較短的地下

埋管和明管。而聯(lián)合供水單管規(guī)模大，多分叉管，但是布置較簡(jiǎn)單，相同時(shí)水頭

損失下，造價(jià)較低。廣泛應(yīng)用于地下埋管和明管，機(jī)組數(shù)較少時(shí)，單機(jī)流量較小,

迎水道較長(zhǎng)的情況。本電站的壓力管道全長(zhǎng)500m,如果用單元供水的話，造

24

價(jià)太高了，投資太大，而引用流量又不是很大，所以，綜合考慮只能選擇聯(lián)合

供水的方式。

綜上所述，采用方案二聯(lián)合供水。

323、管道進(jìn)廠方式的比選

明管的進(jìn)廠方式有三種，方案一：正向引進(jìn)：方案二：縱向引進(jìn)：方案三：斜

向引進(jìn)。

方案一，正向引進(jìn)鋼管軸線與廠方軸線垂直。優(yōu)點(diǎn)是水流平順，水頭損失較小，

開挖量小，進(jìn)廠的交通方便。但是，當(dāng)管道破裂的時(shí)候，高壓水流會(huì)對(duì)廠房的工

作人員的安全構(gòu)成很大的威脅，比較適用于低水頭電站。而本電站的水頭較高，

而且，從安全的角度出發(fā)不宜采用方案一。

方案二縱向引進(jìn)，主管軸線和廠房軸線平行。這種方式可以減少管道破裂時(shí)候

對(duì)廠房工作人員的威脅，但是水頭損失增加，會(huì)使廠房的開挖量增加，適用于高

中水頭的電站。但是由于水頭損失較大，所以，綜合考慮也不適用。

方案三斜線引進(jìn)，介于正向引進(jìn)和縱向引進(jìn)之間，主管軸線和廠房軸線斜交成

一定角度，當(dāng)?shù)匦?、地質(zhì)條件，引水系統(tǒng)和廠房布置要求適宜時(shí)采用這種方式，

多用于分組供水和聯(lián)合供水的水電站。本次設(shè)計(jì)的是聯(lián)合供水，而且，水頭損失

也沒(méi)有正向引進(jìn)大，地形、地質(zhì)的條件也適合斜向引進(jìn)。

綜合考慮選用方案三斜向引進(jìn)。

324、調(diào)壓室的設(shè)置判斷

由于設(shè)置調(diào)壓室增加了建造費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)，調(diào)壓室的投資有時(shí)占引水系統(tǒng)投資

的比例相當(dāng)大，相當(dāng)于廠房的土建投資，因此是否設(shè)置調(diào)壓室，必須經(jīng)過(guò)電站的

引水系統(tǒng)與機(jī)組聯(lián)合調(diào)節(jié)保證計(jì)算及電站穩(wěn)定運(yùn)行綜合分析，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

加以論證。

初步分析時(shí)，可用表征壓力引水系統(tǒng)慣性大小的水流加速時(shí)間，也稱作壓力引

水道的慣性時(shí)間常數(shù)值Tw來(lái)判斷設(shè)置上游調(diào)壓室的條件，其式為：

TwLvTgHii

rw

25

上式中：Li為壓力引水道（包括蝸殼及尾水管）各段之長(zhǎng)度；

vi為上述各段水道相應(yīng)的流速；

g為重力加速度；

Hr為水輪機(jī)的設(shè)計(jì)水頭；

Tw為Tw的允許值，一般取為2?4s。

根據(jù)在地質(zhì)平面圖上引水線路的布置，由比例測(cè)量出壓力水道長(zhǎng)度約為500m,

隧洞的長(zhǎng)度是6991m。壓力水道中的流速取為各段水道的平均流速,取為2.5m/so

設(shè)計(jì)水頭為140mo

則

所以，要設(shè)置調(diào)壓室。

325、調(diào)壓室位置的比選

根據(jù)給出的地質(zhì)資料，調(diào)壓室的位置有三種方案。方案一，在廠房后面山坡的

下部:方案二,在廠房后面山坡的中部:方案三,在廠房后面山坡的上部。方

案一雖然離廠房較近，可以減小壓力管道與水輪機(jī)的水錘壓力，但是，這里的水

位太低，在水位線以下很多，并且，隧洞的開挖將要增大，坡度較大，不符合隧

洞布置的要求，施工難度加大，投資也加大了很多。所以，不是很理想。方

案二在山坡的中部，這個(gè)方案與一相比較好點(diǎn)，但是，隧洞的坡度就還是比較大,

而且，在山坡的中部的地質(zhì)條件是相當(dāng)差的，很不穩(wěn)定，要是調(diào)壓室設(shè)在這里的

話，基礎(chǔ)處理是相當(dāng)困難的，投資也是相當(dāng)?shù)拇?。所以，也不太適合。方

案三雖然離廠房較遠(yuǎn)，水錘較大，但是經(jīng)過(guò)后面的調(diào)保計(jì)算是符合要求的，而且,

山坡頂部的地質(zhì)條件較好，基礎(chǔ)的處理較為簡(jiǎn)單，不是很復(fù)雜，投資不是很大，

并且，也滿足隧洞布線的相關(guān)規(guī)范。

綜上所述，采用方案三，在廠房后面山坡的頂部設(shè)置調(diào)壓室。調(diào)壓室采用簡(jiǎn)單

圓筒式的調(diào)壓室。>Tw

26

3.3、調(diào)節(jié)保證計(jì)算

計(jì)算有壓引水系統(tǒng)的最大和最小調(diào)節(jié)保證計(jì)算的目的

正確合理地解決導(dǎo)葉啟閉時(shí)間、水擊壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值三者之間的關(guān)系，

最后選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)葉啟閉時(shí)間和方式，使水擊壓力和轉(zhuǎn)速上升值均在經(jīng)濟(jì)合理的

允許范圍內(nèi)。

3.3.2、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)組在丟棄負(fù)荷的過(guò)程中，一般情況下，最大轉(zhuǎn)速上升率max55%,對(duì)于

大型電站max45%,對(duì)于沖擊式機(jī)組max30%。

機(jī)組在丟棄全負(fù)荷時(shí)，若電站設(shè)計(jì)水頭小于40m,允許的最大壓力上升率為

0.5-0.7,若電站的設(shè)計(jì)水頭大于40m小于100m,允許的最大壓力上升率為

0.3-0.5,若電站的設(shè)計(jì)水頭大于100m,允許的最大壓力上升率為小于0.3

本次電站的水頭是140m,所以，允許的最大壓力上升率為小于0.3

3.3.3、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的內(nèi)容

丟棄全負(fù)荷或部分負(fù)荷時(shí)：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大升高值、壓力管道及蝸殼內(nèi)的最大水

擊壓強(qiáng)、尾水管真空度校核，同時(shí)應(yīng)注意開度變化時(shí)的反擊水擊是否超過(guò)了增加

負(fù)荷時(shí)的水擊值。

增加全負(fù)荷或部分負(fù)荷時(shí)：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大降低值，只對(duì)單獨(dú)運(yùn)行的電站計(jì)算，

加入系統(tǒng)運(yùn)行的地在那還能，轉(zhuǎn)速受系統(tǒng)頻率的制約，不可能有很大的降低、壓

力管道和蝸殼內(nèi)最大壓力降低值。

27

3.3.4^調(diào)節(jié)保證計(jì)算過(guò)程

水電站的調(diào)節(jié)保證計(jì)算一般按以下兩種工況計(jì)算，并取較大值：在設(shè)計(jì)水頭

下丟棄全負(fù)荷，通常發(fā)生最大轉(zhuǎn)速上升率。

在最大水頭下丟棄全負(fù)荷，通常發(fā)生最大水錘壓力。

3.3.5、調(diào)節(jié)保證計(jì)算基本數(shù)據(jù)

由前面計(jì)算可知，壓力管道長(zhǎng)度取為500m,壓力鋼管直徑為2.0m。壓力鋼管

屬于地下埋式鋼管，則水擊波速為1200m/so

機(jī)組轉(zhuǎn)速為1000r/min,最大引用流量為15.4

水電站設(shè)計(jì)水頭為140mo

水電站最大水頭為155m

水電站最小水頭為138.86m

3.3.6、設(shè)計(jì)水頭下丟棄負(fù)荷情況

設(shè)計(jì)水頭是140m,貝U：02gH00

max

2Oamax其中：VmaxQrD/22/2Im）為水錘波速：露天的取

lOOOm/sr

100015.4

23.1412.141.5所以：02gH0029.81140amax

故，發(fā)生末象水錘Lmax2mgH0Ts2A

此時(shí)，對(duì)導(dǎo)葉的關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行初步確定，用試算的方法。

當(dāng)關(guān)閉時(shí)間為4s時(shí)，m0.3

關(guān)閉時(shí)間是5s,6s時(shí)候，也是小于0.3的，只有當(dāng)關(guān)閉時(shí)間為7s時(shí)：

28A

Am0.250.3

此時(shí)，轉(zhuǎn)速上升率為（按列寧格勒金屬工廠公式計(jì)算）'1上式中：NO為

機(jī)組額定容量，為9000KW。

Tsi為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)開度的歷時(shí)，對(duì)于混流式和水斗式水輪機(jī)

Tsi0.80.9Ts,對(duì)于軸流式水輪機(jī)Tsi0.6?0.7Ts。這里取5.6s

f為水錘影響系數(shù)，查水電站建筑物教材141頁(yè)圖9-15水錘影響系數(shù)根據(jù)管道

特性系數(shù)得f=L15。

2GD飛輪轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：

GD2=K2Di3.51ttm2

上式中：查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械分冊(cè)167頁(yè)表3-10,K2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),

取4.5

Di為定子鐵芯3.5

10.560.55

由于不滿足水錘要求，所以，要對(duì)隧洞直徑從新設(shè)計(jì)，結(jié)果反復(fù)調(diào)整，并進(jìn)行

了水錘計(jì)算之后，最終選用了D=2.8m的隧洞直徑。

29

又根據(jù)上面的步驟從新計(jì)算：

設(shè)計(jì)水頭是140m,見I：02gH0amax0

其中：VmaxQrmax

2(rD/22.8/21.4m)100015.4

3.14所以：02gH0amax029.8114010.911.0

故要發(fā)生第一象末水錘：

mA210

15.4gHOTsLmax其中L500mHO140mVmax

當(dāng)1.422.5m/s時(shí)：0.228所以：m

A20.2280.270.3符合要求］0.9i0.22810.3370.55符合要

求

上式中：NO為機(jī)組額定容量，為9000KW。

Tsi為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)開度的歷時(shí)，對(duì)于混流式和水斗式水輪機(jī)

Tsi0.80.9Ts,對(duì)于軸流式水輪機(jī)Tsi0.6?0.7Ts。這里取3.2sf為水錘

影響系數(shù)，查水電站建筑物教材141頁(yè)圖9-15水錘影響系數(shù)根

據(jù)管道特性系數(shù)得f=L12。

GD14.93(tm)22

30

當(dāng)Ts5s時(shí)：0.182m

A20.1820.210.3符合要求10.910.182

10.410.55符合要求

上式中：N0為機(jī)組額定容量，為9000KW。

Tsi為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)開度的歷時(shí)，對(duì)于混流式和水斗式水輪機(jī)

T0.6~0.7Tso這里取4.0sTsi0.8O.T9s,對(duì)于軸流式水輪機(jī)si

f為水錘影響系數(shù)，查水電站建筑物教材141