芭蕉河引水发电系统报告.docx

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芭蕉河引水发电系统报告

5.7引水建筑物

5.7.1基本资料

单机最大引用流量19.5m3/s

机组安装高程537.8m

额定水头91.0m（相应引用流量Q=39.0m3/s）

最大水头108.02m（相应引用流量Q=32.3m3/s）

最小水头72.5m（相应引用流量Q=36.2m3/s）

导叶关闭时间6.0s

5.7.2引水隧洞直径的确定

按常用经济管径的经验公式计算：

由彭德舒公式：

得出主管经济管径为3.08m，支管为2.30m，同时考虑管内最佳流速范围是2~4m/s，由此选定引水隧洞主管段管径为3.8m，支管段管径为2.6m。

5.7.3水力计算

引水系统的水力计算内容包括水头损失计算和水力过渡过程计算，分述如下：

5.7.3.1水头损失计算

水头损失包括进水口至蜗壳进口断面的局部损失和沿程损失，其中局部水头损失按武汉水利电力学院编《水力计算手册》所列公式和参数进行计算；沿程水头损失按曼宁公式计算。

计算中钢筋混凝土衬砌的糙率系数n=0.014，钢管的糙率系数n=0.012，总水头损失计算式和额定流量Q=39.0m3/s时的水头损失见表5.7―1。

表5.7―1引水系统水头损计算表

引水系统长度（m）

水头损失计算式

最大水头损失（m）

470（进水口至蜗壳进口）

1.358×10-3Q2

2.066

5.7.3.2水力过渡过程计算

a）计算工况

工况1：

机组在最大水头和相应过流量下，丢弃全部负荷；

工况2：

机组在设计水头和最大过流量下，丢弃全部负荷；

工况3：

水库为死水位616.00m，一台机满发，另一台机由空转突然增荷至满发。

b）计算方法及计算成果

采用解析法求解，机组毛调节时间Ts=6s，水道水击波速a=1100m/s，计算中与水轮机型式有关的水击压力修正系数取1.2，以其中一台机的引水系统为例，计算成果见表5.7―2。

表5.7―2水力过渡过程计算成果表

项目

单位

工况1

工况2

工况3

特征水头

m

108.2

91.0

72.5

流量

m3/s

32.3

39.0

36.2

负荷变化

弃全荷

弃全荷

一台机增全荷

水击相对升压m

%

0.211

0.322

―

水击相对降压1

%

―

―

0.335

引水管末端压力水头升高值

m

30.34

37.10

―

引水管末端压力水头

m

156.97

152.30

―

引水管末端压力水头降低值

m

―

―

32.16

上平段末压力水头

m

―

―

2.05

由上表计算可知：

机组在两种工况下弃全荷时，引水道末端压力升高满足要求；机组突增负荷时上平段末最小压力余幅满足要求，引水道内不会出现负压。

5.7.4进水口建筑物

5.7.4.1进水口的布置原则

进水口的布置遵循以下原则：

a）进水口布置在右岸库内，与大坝平面距离约30m，以施工条件考虑，进水口的布置力求与坝体不相互干扰;

b）进水口底板高程的确定，应避免产生贯通式漏斗漩涡;

c）在各级运行水位下，进水口应水流畅顺，尽量减少水头损失；

d）进水口所需设备应齐全，闸门和启闭机操作灵活可靠，通气和交通设施应畅通无阻。

5.7.4.2进水口型式选择

根据进水口位置的地形、地质条件，本工程确定选择岸塔式进水口。

5.7.4.3进水口布置设计

进水口修建在新鲜基岩上，成洞条件较好。

进水口的上游面与其底板呈垂直布置，喇叭口上唇及进水口前沿两边墙均为1/4椭圆，其曲线方程分别为：

和

。

拦污栅槽孔口尺寸为6m7.5m（宽高），检修工作闸门孔口尺寸4.6m4.6m（宽高），通气孔断面尺寸为3.0m0.8m（长宽）；闸室段长14.8m。

进水渠边坡及进水口岸塔边坡均采用1:

0.5坡比，采用预裂爆破施工，并进行混凝土喷锚支护。

5.7.5引水隧洞

5.7.5.1引水隧洞布置

引水隧洞洞线的布置，综合考虑了地形、地质、枢纽总布置及施工、

运行等各种影响因素，经比较洞线在平面上尽可能布置为直线，平面转弯角为56°44′11"，小于规范要求的60°；平面转弯半径为50m，大于规范要求的5倍洞径。

隧洞的竖向布置，主要考虑了应避免引水道内产生负压，同时避免对3号堆积体产生扰动，竖向转弯半径大于5倍洞径，且斜直段坡度50°便于施工。

引水隧洞包括钢筋混凝土衬砌段和钢衬段，采用一管两机供水方式，在厂前布置丫型分岔，岔管型式为月牙肋加强的钢岔管，外包钢筋混凝土。

引水隧洞自检修工作闸门井后至末端，分为上平段（包括6.0m长，断面由4.6m4.6m矩形变至D=3.8m圆形渐变段）、斜段和下平段。

隧洞主管段内径为3.8m，洞内最大流速为3.351m/s，支管段内径为2.6m，管内最大流速为3.579m/s。

引水隧洞各段分段见表5.7―3。

表5.7―3引水隧洞各段分段表

洞径（m）

桩号（m）

名称

备注

起点

终点

4.6×4.6~3.8

引0+006.000

引0+012.000

渐变段

长度12.000m

3.8

引0+012.000

引0+042.000

上平段

纵坡1%，长度30.002m

3.8

引0+42.000

引0+057.249

上弯段

转弯半径20m，转弯角50，长度17.453m

3.8

引0+057.249

引0+100.452

斜直段

坡角50，长度68.026m

3.8

引0+100.452

引0+115.701

下弯段

转弯半径20m，转弯角50，长度17.453m

3.8

引0+115.701

引0+172.020

下平段

纵坡1%，长度56.322m

3.8

引0+172.020

引0+381.701

主管钢衬段

含平面转弯段，纵坡1%，长度209.678m

3.8

引0+381.701

引0+397.148

主管钢衬段

含岔管段，长度15.447m

2.6

引0+397.148

引0+422.557

支管段

钢衬外包钢筋混凝土，长度25.409m

5.7.5.2引水隧洞衬砌

引水隧洞钢筋混凝土衬砌厚度0.6m，混凝土强度等级C25，主筋采用Ⅱ级钢筋。

隧洞衬砌段按限裂要求设计，允许裂缝宽度为0.2mm，计算中分别考虑了运行期和施工期工况，作用荷载考虑了内水压力、外水压力、山岩压力和衬砌自重。

外水压力根据地质专业提供的地下水位线确定。

本阶段隧洞衬砌按内水压力大小分别计算了三个典型断面（分别位于不同的围岩内），并采用中南院编制的《水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计程序》来进行内力计算配筋，计算方法为公式法，具体计算成果见表5.7―4。

表5.7―4隧洞衬砌配筋计算成果表

项目

断面A-A

断面B-B

断面C-C

断面型式

圆形断面D=3.8m

衬砌厚度（m）

0.6m

单位弹性拉力系数k0（MP/cm）

10.00

40.00

40.00

围岩容重（kN/m3）

26.0

26.3

26.3

内水压力（含水锤m）

50.0

90.0

120.0

外压水头（m）

运行期

40.0

87.5

107.0

检修期

8.0

56.0

75.5

外水压折减系数

运行期取0.0，施工期取0.4

内层最大配筋

520

522

522

外层最大配筋

518

520

522

钢衬段由桩号引0+172.020m处至蜗壳进口断面，主管直径3.8m，支管直径为2.6m；主管于厂前丫型分岔进入机组，钢管轴线间距与机组间距相同，为9.5m。

主管段钢衬外回填C20的素混凝土，厚度为0.6m，钢管最大内压水头P=156.97m（含水锤），材质为Q345（16Mn），按地下埋管结构分析方法计算壁厚，采用k0=40Mpa/cm，钢管外壁与混凝土间隙△=0.2mm，钢衬允许应力[σ]=0.67σS，焊缝系数为0.9，并考虑抗外压稳定，计算结果采用主管壁厚δ=14mm，外壁设置加劲环，间距4m，厚度14mm，高度100mm,材质亦为Q345（16Mn）。

由于支管为明管，其管壁厚度采用锅炉公式计算，计算结果支管管壁厚度亦为14mm，并在支管的外壁设置加劲环以提高抗外压稳定能力，加劲环间距6.0m，厚度14mm，高度100mm，材质也为Q345（16Mn）。

5.7.6引水隧洞围岩处理措施

引水隧洞轴向与岩层走向夹角40°~50°，沿线无较大断裂构造,岩体基本质量级别为Ⅲ~Ⅳ级，成洞条件较好，岩体基本稳定。

施工中要注意施工方法，对失稳围岩要及时进行锚固处理，并采取临时支护措施。

特别是隧洞出口自然边坡为高陡的顺层坡，出口洞脸边坡忌切层开挖，以防不利影响。

隧洞全线进行全断面固结灌浆和顶拱回填灌浆，固结灌浆孔排距2.5m，孔深2.5m；回填灌浆在顶拱120°范围内的接触部位进行；钢衬段底部90°范围内需进行接触灌浆，以防钢衬与回填混凝土之间脱空，而影响结构受力稳定。

5.8厂房及开关站

5.8.1厂区布置

　　厂址位于坝址下游约270m的右岸河湾坡角处，地势较平缓，厂房部位有3～5m厚的冲洪积物或坡积物，下伏基岩弱风化，为青灰色巨厚层条带状砂岩夹页岩，基岩面最低标高534.00m，厂房整体坐落于基岩上。

　　厂房为4级建筑物，设计洪水重现期为50年，相应下游尾水位549.68m，校核洪水重现期为100年，相应下游尾水位550.78m。

主厂房尺寸33.5m

15.4m

30.9m（长

宽

高），厂内布置有两台HLA153-LJ-138型水轮发电机组，额定水头91.00m，单机额定引用流量19.5m3/s，单机容量15MW，总容量为30MW，机组安装高程为537.80m。

厂区建筑物采取集中布置方式，电站由主厂房、副厂房、尾水建筑物、主变场及开关站、进厂公路等组成。

厂址处山体为顺向坡，为避免厂房开挖切角引起滑动失稳，厂区布置依据“少挖多填”的原则进行。

厂房尽量靠近河床以避免开挖切角发生，开关站及主变场主要由厂后回填而成。

5.8.2主厂房

5.8.2.1主厂房布置

主厂房包括主机间和安装间，主机间与安装间之间设一道2cm宽伸缩缝，两台机组之间不分缝。

根据蜗壳尺寸和结构要求，确定机组间距9.5m；根据蜗壳尺寸、机电设备布置、排架尺寸和交通要求，主厂房宽度定为13.0m；根据水轮发电机组布置及尺寸，确定水轮机层高程为539.80m，发电机层高程为545.80m；根据厂房下游校核尾水位，确定安装场层高程为551.50m；根据桥机起吊要求，确定吊车轨顶高程为560.50m；根据吊车高度，确定屋架下弦高程为564.00m；根据尾水管结构尺寸和底板厚度，确定尾水管建基面高程为533.10m。

主机间长21.00m，宽15.40m，高30.90m，两台机组中心坐标分别为X1=402568.090914，Y1=13056.422671；X2=402573.796942，Y2=13064.018146。

安装间布置在主机间右侧，长12.50m，与主机间同宽。

5.8.2.2发电机层布置

发电机层高程为545.80m，在每台机组的第Ⅰ象限布置有4.0m×2.0m的蝶阀吊孔，第Ⅱ象限布置调速器；在每台机组上游侧布置有8块机旁屏。

5.8.2.3水轮机层布置

　　水轮机层高程为539.80m，机组上游侧有17.0m×4.0m×5.0m（长×宽×高）的蝶阀坑，蝶阀坑底部高程为534.80m。

在每台机组的第Ⅱ象限布置油压装置。

5.8.2.4安装间布置

　　安装间布置在主机间右侧，长12.50m，宽15.40m，右侧进厂门洞尺寸4.0m×5.5m（宽×高）。

安装间从上至下共分为四层，第一层高程551.50m，供机组安装及检修使用；第二层高程545.80m，与发电机层同高，为空压机室，主要布置有4台中、低压空气压缩机和3个中、低压储气罐；第三层高程539.80m，与水轮机层同高，为透平油库及油处理室，主要布置有1个6m3油桶、2个3m3油桶和4台油处理设备及1台烘箱；第四层高程535.80m，为水泵房，主要布置有2台检修排水泵和2台渗漏排水泵。

检修集水井尺寸6.5m×4.0m（长×宽），渗漏集水井尺寸6.5m×3.5m（长×宽），井底高程均为527.40m。

5.8.3副厂房布置

副厂房分为两部分，即主厂房上游侧的地下副厂房和主厂房右后侧的地面副厂房。

地下副厂房长32.5m，宽6.0m，分为两层，分别与发电机层及水轮机层同高，发电机层高程副厂房布置有18块6.3KV高压开关柜，水轮机层高程副厂房布置有8块0.4KV低压配电屏、两台厂用变和两台励磁变。

地面副厂房长21.0m，宽9.5m，分为两层，第一层高程551.50m，布置有继电保护室、中控室、工程师工作站等，第二层高程556.30m，布置有值班人员休息室、载波通讯室、会议室及办公室。

地面副厂房下有一2.0m高的电缆夹层，供电缆布置。

5.8.4尾水建筑物

　　根据厂房校核尾水位550.78m，确定尾水平台顶部高程为551.35m，尾水平台顶部宽4.0m（含悬挑部分）。

尾水闸门的启闭设备为100KN单轨电动葫芦，与排架柱整浇的悬臂梁端浇一横梁作为其轨道梁。

尾水管出口底部高程为534.138m，以1:

4反坡与下游河床相接。

尾水渠底板采用0.3m厚混凝土护面，尾水渠右侧为钢筋混凝土扶壁式挡墙，墙顶高程从551.35m降至541.00m，再接浆砌块石挡墙，左侧为浆砌块石挡墙，挡墙顶部高程541.00m。

5.8.5主变场及开关站

开关站采用户外开敞式布置。

主变场及开关站位于厂房上游侧，场地尺寸48.0×58.0m，地面高程551.35m，布置两台SF9-20000/110型主变及110KV开关设备。

5.8.6厂房稳定及应力分析

5.8.6.1计算内容

根据SD335―89《水电站厂房设计规范》对厂房进行稳定、应力计算分析，主要包括抗滑、抗浮及基底应力计算。

5.8.6.2计算工况

根据本工程布置情况，厂房抗滑、抗浮及基底应力计算分别以主机间段和安装间段作为独立整体来分别计算。

厂房上游侧为大面积填方，计算中均取上游侧为高水位并适当考虑折减，计算工况如下：

a）基本组合：

厂房正常运行（遭遇设计洪水），上游水位551.53m，

下游为设计尾水位549.68m；

b）特殊组合1：

厂房非常运行（遭遇校核洪水），上游水位551.53m，

下游为校核尾水位550.78m；

c）基本组合2：

尾水骤降，上游水位547.70m，

下游为正常尾水位539.55m；

d）特殊组合3：

机组检修，上游水位545.88m，

下游为正常尾水位539.55m。

5.8.6.3计算公式与计算成果

抗剪断强度的计算公式

其抗滑稳定安全系数K在基本组合时取3.0，特殊组合（无地震）时取2.5。

厂房抗浮稳定性计算公式：

其抗浮稳定安全系数

在任何情况下不得小于1.10。

厂房地基面上的垂直应力计算公式：

厂房地基面上所承受的最大垂直正应力不能超过基岩的允许应力；所承受的最小垂直正应力（计入扬压力）在正常情况下应大于零，非常运行情况下允许出现不大于10～20kPa的局部拉应力。

　　厂房稳定应力计算成果见表5.8—1。

表5.8—1　　　　　厂房稳定及应力计算成果表

部位

荷载

组合

计算情况

上游水位（m）

下游水位（m）

抗滑安全系数

抗浮安全系数

基底应力（MPa）

上游侧

下游侧

主机间段

基本

正常运行

551.35

549.68

8.81

1.45

0.027

0.111

特殊1

非常运行

551.35

550.78

9.20

1.42

0.037

0.095

特殊2

尾水骤降

547.70

539.55

4.97

2.27

0.038

0.212

特殊3

机组检修

545.88

539.55

4.53

2.58

0.094

0.179

安装间段

基本

正常运行

551.35

549.68

19.5

1.28

0.026

0.051

特殊1

非常运行

551.35

550.78

18.4

1.24

0.030

0.048

特殊2

尾水骤降

547.70

539.55

9.43

1.62

0.031

0.170

特殊3

机组检修

545.88

539.55

7.82

1.82

0.032

0.199

计算成果表明，厂房在各种工况下稳定和应力均满足规范要求。

5.8.7厂内外排水

在机组中心上游2m处布置检修排水廊道与检修集水井相连，廊道尺寸1.5m×2.0m（宽×高），廊道底部高程533.10m。

机组检修及厂房渗漏水均由水泵排入尾水渠。

进厂公路及回车场在靠山侧设0.5m×1.0m（宽×高）的排水沟。

进厂公路在冲沟处将水引入箱涵直接排入河床，回车场的水通过排水沟排至下游河床。

5.8.8厂内外交通

安装间右侧开设一扇宽4.0m的大门，设备及器材由此进入主厂房。

安装间上游侧副厂房内设有一部主楼梯，将上下各层联系起来，可上至地面副厂房二层，下至水轮机层。

在主厂房下游墙体上设一1.0m宽的悬臂楼梯由安装场下至发电机层，再由发电机层左端下游侧下至水轮机层。

在安装间高程539.80m（水轮机层高程）设楼梯下至水泵房（高程535.80m）。

进厂公路接左岸上坝公路，由交通洞穿过溢洪道，通过大坝排水棱体，经开关站至厂房，路宽8.0m，平均坡降6%，厂房及开关站、主变场的主要设备均由此路运输。