整理精品论文泰安抽水蓄能电站水利枢纽上水库库盆及导流建筑物设计毕业设计说明书.docx

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整理精品论文泰安抽水蓄能电站水利枢纽上水库库盆及导流建筑物设计毕业设计说明书

摘要

本次设计以坝工为重点，主要任务是泰安抽水蓄能电站上水库挡水建筑物的设计。

经过综合比较，确定了坝轴线位置，并选定坝型为钢筋混凝土面板堆石坝。

设计主要内容概括如下：

（1）、通过分析，对可能的方案进行比较，确定枢纽挡水建筑物的型式，轮廓尺寸以枢纽布置方案

（2）通过坝型比选，选择主坝和副坝的坝型。

进行工程总体布置，详细进行上水库挡水建筑物的剖面设计，填筑材料设计以及一些细部构造，如防浪墙、面板、趾板、分缝止水等的设计，并采取相应的地基处理及防渗措施。

（3）选择折线法进行边坡稳定分析，运用汇编语言程序，进行了坝体抗滑稳定分析，得出最危险滑动面及最小安全系数，通过相应水工规范，确认大坝是安全的。

（4）简单介绍上水库自然条件以及库盆开挖工程特性，进行库盆的排水和防渗设计。

（5）导流建筑物设计：

导流建筑物的选型，体型设计包括进水口、闸门型式及尺寸、断面型式和尺寸

（6）细部构造设计

关键词：

面板堆石坝；材料设计；边坡稳定；挖填平衡;折线法

Abstract

Thisreportisaboutthedesignoftheconcretefacerock-filldaminShahepumpedstoragestation.Aftercomprehensivecomparison,thepositionofthedamischosenandaconcretefacerock-filldamisconsideredastheappropriatetypeoftheretainingstructure.thewavewall,face,stillblock,foundationprocessing,rock-filled,waterstopsinverticalandperimeterjoints（betweenfacingslabandtoeslab）andmeasureofimperiousarediscussed.Theanalysisofdamstabilityagainstslidingisveryimportantforthespecialtyofsuitabledamacrosssection.Methodofarbitrarilyshapeofbrokenlineisusedinanalysisofdamstabilityagainstsliding.Fortrancodeismadeupuseofcheckingthestabilityofsideslope.Theconcretefacedrockfilldamwhichisdesignedinthisreportisprovedtobesafe.And,theamountofreservoirexcavationiscalculatedtocometobalancewithfillingofthedam.

Keywords:

concretefacerock-filldam;designofmaterialsideslopestability;balancebetweenfillingofthedamandreservoirexcavation；Methodofarbitrarilyshapeofbrokenline

第一章概述

1．1前期工作

1．1．1工程概况

泰安抽水蓄能电站工程位于泰山西南麓，距泰安市5km，距济南市约70km，京沪铁路和104国道从工程区附近通过。

该电站为日调节纯抽水蓄能电站，主要担负山东电网的调峰、填谷任务，兼有调频、调相及事故备用等功能。

电站总装机容量1000MW，以二回220kV出线接入山东电网。

泰安抽水蓄能电站上水库布置在泰山南麓横岭北侧的樱桃园沟内，由混凝土面板堆石坝、库盆及其防渗设施构成。

上水库正常蓄水位410.0m，死水位386.0m，总库容1168.1万m3，发电库容895.11万m3。

泰安抽水蓄能电站以加固改建后的大河水库作为下水库。

大河水库于1960年建成，位于泮汶河中游，为不完全多年调节水库。

大河水库加固改建后正常蓄水位165.0m，死水位154.0m，总库容2993.0万m3，调节库容2031万m3，其中泰安抽水蓄能电站发电库容890.6万m3。

泰安抽水蓄能电站输水系统和地下厂房系统布置在上水库右岸的横岭山体内。

输水系统由引水系统和尾水系统组成，引水系统采用两洞四机布置，尾水系统采用四机两洞布置。

地下厂房系统由主副厂房洞、母线洞、主变洞、尾水闸门洞、进厂交通洞、通风兼安全洞及电缆出线竖井等组成。

地下厂房内安装4台额定容量为250MW的单级立轴混流可逆式抽水蓄能机组及其附属设备、4台额定容量为300MVA的220kV主变压器，以及水力机械辅助设备、起重设备和其它机电设备。

尾水闸门洞内设有4扇尾水事故闸门。

泰安抽水蓄能电站地面开关站位于横岭山坡上，室内设有3个220kV气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）间隔，室外设有二回220kV出线及相应设备。

泰安抽水蓄能电站计算机监控系统按无人值班（少人职守）原则设计，调度端控制系统设在位于济南市的山东电力调度中心，专用于本电站的远方监控。

电站中央控制室设在位于进厂交通洞洞口附近的生产管理办公大楼内。

1．1．2工程勘测设计与建设概况

中国水利水电建设工程咨询公司承担了泰安抽水蓄能电站预可行性和可行性研究阶段的设计工作，北京勘测设计研究院承担了相应的勘测工作。

1994年6月，中国水利水电建设工程咨询公司编制完成了《泰安一级抽水蓄能电站预可行性研究报告》并通过审查。

1997年12月，原国家计委批复了工程项目建议书，同意工程立项。

1997年11月，中国水利水电建设工程咨询公司编制完成了《泰安一级抽水蓄能电站可行性研究报告》；1998年8月编制完成《泰安一级抽水蓄能电站可行性研究补充设计报告》和《泰安一级抽水蓄能电站可行性研究1000MW专题设计报告》，并经原电力工业部审查和批复。

1999年4月，泰安抽水蓄能电站可行性研究报告通过中国国际工程公司组织的评估。

1999年12月30日，原国家计委以计基础[1999]2387号文批复了利用外资建设泰安抽水蓄能电站可行性研究报告。

2002年1月23日，国务院总理办公会批复了泰安抽水蓄能电站工程主体开工报告。

2002年2月7日，原国家计委下达了泰安抽水蓄能电站开工计划。

1998年8月，通过工程设计投标，华东勘测设计研究院中标承担了泰安抽水蓄能电站工程招标设计和施工图设计阶段的勘测设计任务，其中上水库工程由华东勘测设计研究院同中国水利水电工程咨询公司合作设计，华东勘测设计研究院为责任方。

2000年2月23日，泰安抽水蓄能电站前期准备工程开工。

2005年4月，上水库混凝土面板堆石坝、库盆防渗、进/出水口结构混凝土、金属结构调试和导流洞封堵等工程全部完成，大坝趾板和进/出水口的监测设备安装完毕。

2005年1月，下水库进/出水口工程完成最高水位以下土建工程和金属结构调试工作；2005年4月30日，下水库进/出水口基坑充水。

至此，涉及泰安蓄能工程初期蓄水安全的主体工程全部完工。

2005年5月，中国水电工程顾问集团公司组成的蓄水安全鉴定专家组编制完成并提交了《泰安抽水蓄能电站蓄水安全鉴定报告》。

2005年5月29日至30日，受国家发改委委托，山东省发改委主持召开了山东泰安抽水蓄能电站上水库工程蓄水验收会议，确认上水库已具备蓄水条件。

2005年5月31日上水库开始蓄水。

2003年11月，地下厂房土建工程开始施工，桥式起重机开始安装。

2004年1月，首台机组开始安装。

电站1＃机组于2006年7月12日、2＃机组于2006年10月12日、3＃和4＃机组于2007年6月29日投入商业运行。

此前，四台机组在调试及运行试验基础上完成了30天考核试运行。

山东电力集团公司组建的泰安抽水蓄能电站工程启动验收委员会出具了1＃机组启动验收鉴定书；国网新源控股有限公司分别组建的泰安抽水蓄能电站2＃、3＃、4＃机组启动验收委员会出具了2＃、3＃、4＃机组启动验收鉴定书。

2007年8月28日，泰安抽水蓄能电站所有单位工程完成验收。

泰安抽水蓄能电站工程建设单位：

山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司。

泰安抽水蓄能电站工程设计单位：

华东勘测设计研究院（责任方）、中国水利水电建设工程咨询公司。

泰安抽水蓄能电站工程监理单位：

北京勘测设计研究院。

泰安抽水蓄能电站工程主要施工（安装）单位：

泰能水电联营公司（中国水利水电第十二工程局与江南水利水电工程公司组成的联营体，负责上水库工程）；中国水利水电第四工程局（负责地下厂房工程和机电安装工程）；中国水利水电第一工程局（负责引水系统工程）；中铁十四局集团有限公司（负责尾水系统工程）；北京振冲工程股份有限公司（负责监测工程）。

泰安抽水蓄能电站运行单位：

山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司。

泰安抽水蓄能电站金属结构设备制作单位：

水电水总机械工程有限公司、江苏水力机械制造总厂、博世力士乐（常州）有限公司。

德国VoithSiemensHydro公司负责泰安抽水蓄能电站水泵水轮机、进水球阀、调速器的设计和关键部件制造，以及计算机监控系统设计和制造；日本VoithFujiHydro公司负责发电电动机的设计和关键部件制造；发电电动机和主变压器的继电保护设备由德国Siemens公司制造；发电机出口断路器由日本AE-Power公司制造；变频起动装置（SFC）和励磁系统由瑞士ABB公司制造；主变压器由常州东芝变压器有限公司制造；220kV气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）由河南平高东芝高压开关有限公司制造；220kV高压电缆由瑞士Brugg公司制造；主厂房桥式起重机由四川夹江水工机械厂制造。

1．1．3枢纽工程竣工安全鉴定工作概况

国家发展和改革委员会办公厅文件《国家发展改革委办公厅关于水电站基本建设工程验收管理有关事项的通知》（发改办能源[2003]1311号）明确，“水电工程安全鉴定是水电工程蓄水验收和枢纽工程专项验收的重要条件，也是确保工程安全的重要措施”。

中国水电工程顾问集团公司受山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司委托，承担了山东泰安抽水蓄能电站枢纽工程竣工安全鉴定工作。

根据有关规定，并经与山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司商讨，工程竣工安全鉴定工作范围包括：

上水库、上水库进出水口、下水库进出水口、输水系统、地下厂房系统、地面开关站、边坡处理工程等部位有关的土建工程、金属结构工程、安全监测工程和机电工程；涵盖设计、施工（制造、安装）质量以及建筑物和机电设备运行情况评价诸方面。

蓄水验收以后完成的土建工程、金属结构工程、机电工程、安全监测工程是枢纽工程竣工安全鉴定的重点。

中国水电工程顾问集团公司组织山东泰安抽水蓄能电站枢纽工程竣工安全鉴定专家组开展工作。

安全鉴定工作依据国家有关部门关于水电建设工程验收及安全鉴定的有关规定进行，并以国家及行业有关的技术规范和规程、工程建设的有关合同文件作为评价的依据。

安全鉴定专家组在工程建设单位的支持下，在设计、监理、施工（制造、安装）等各参建单位及运行单位的配合下，独立地开展工作。

安全鉴定专家组在现场调研、阅读和研究参建各方及运行单位的自检报告、查阅施工和检测资料、与建设有关各方充分交换意见的基础上，经过分析、讨论和必要的研究工作，提出客观、公正、科学的安全鉴定报告，并对报告的结论负责。

为了便于开展工作，安全鉴定专家组分为防洪、地质、水工、施工、安全监测、金属结构和机电工程等7个专业组。

在各专业安全评价的基础上，对有关枢纽建筑物和机电工程进行综合性评价，最终对枢纽工程是否具备竣工验收条件做出鉴定性结论。

泰安抽水蓄能电站枢纽工程竣工安全鉴定工作过程分为四个阶段，即：

第1阶段：

2007年8月开始。

组织和成立安全鉴定专家组。

部分专家组成员赴现场进行调研，了解工程设计、施工中的重点技术问题，提出枢纽工程竣工安全鉴定工作大纲（初稿）。

在现场与有关各方讨论、查阅资料，提出各单位供枢纽工程竣工安全鉴定所需资料和编写自检报告的要求，总体安排竣工安全鉴定工作。

第2阶段：

2007年11月开始。

部分专家组成员赴现场了解工程建设单位及各参建单位的枢纽工程竣工安全鉴定自检工作进展情况。

在阅读、研究各方自检报告的基础上，对自检报告提出补充、修改意见。

第3阶段：

2008年1月开始。

专家组进行现场调研、阅研各方自检报告与有关资料，梳理问题，与有关方面交流、讨论，经过对有关资料的进一步分析和必要的研究工作，编写枢纽工程竣工安全鉴定报告（初稿），并征询有关各方面意见。

第4阶段：

2008年2月开始。

修改审定、出版、印刷并提交山东泰安抽水蓄能电站枢纽工程竣工安全鉴定报告。

1．2地区经济及电力系统现状

1．2．1地区经济情况

江苏省常州市包括市区及溧阳、武进、金坛市，面积4375平方公里，人口334万（1995年），是苏南经济发达地区之一，常州临长江，境内有大运河、沪宁铁路横贯其中，公路四通八达，交通十分方便。

农业有较好的基础，是苏南地区重要的粮油基地。

工业以轻工机械、纺织、电工等为主，其中乡镇工业占有相当大的比重。

近年来第三产业有很大的发展，人民生活水平亦有了很大的提高，1995年国民生产总值（GDP）达400亿元，预计2000年可达1000亿元，人民生活水平进入小康，到2010年跨入中等发达国家水平。

溧阳市隶属于江苏省常州市，位于长江三角洲平原西南部苏、浙、皖三省交界处，在华东电网末端，全市土地面积1535平方公里，人口78万人。

区内农业生产条件优越，是江苏省粮油及副食品主要生产基地之一，地方工业主要有纺织、丝绸、化工、建材、电子、食品等。

1995年全市国民生产总值（GDP）61．1亿元，2010年达500亿元。

95年被评为全国综合实力百强县之一。

1．2．2电力系统现状

1995年常州全社会用电量52.25亿KW·h，最高负荷889MW，地区主要电源戚野堰电厂，装机容量400MW，年发电量26亿KW·h，通过四回220KV输电线路供电。

此外有容量140MW的小机组，自发自用，多于上网电量约3.8亿KW·h。

地区所缺电量均由省网输入。

常州市220KV网供电量43.3亿KW·h，最高负荷765MW。

由于地理及历史原因，无锡市所属宜兴市的需电量均由常州网转供。

1995年宜兴市面上网供最高负荷201KW，年电量12.5亿KW·h。

目前常州电网以220KV为主，市区已建成220KV环网。

境内有多条220KV线路及变电站9座，其中溧阳市1座。

溧阳市1995年全社会用电量636亿KWh，最高负荷122MW，最大峰谷差50MW。

其中网供负荷107MW，市内自供负荷15MW。

市内电源有12MW热电厂一座，6MW小火电一座。

市内所缺电力、电量均由220KV网供。

据常州电网规划溧阳市2000年、2010年预测负荷分别为231MW及487～535MW，设计水平年2005年负荷约350MW，年电量17.16亿KW·h。

溧阳市现有220KV变电站一座，主变1×90MVA。

220KV输电线路二回，一回由谏壁电厂出线，经丹阳、金坛至溧阳变，为溧阳市的主要供电源线。

另一回由溧阳变出线与宜兴相连，为联络线。

溧阳狴犴有五回110KV线转馈市内各地区。

1．3电站建设的必要性

随着国民经济发展，人民生活水平提高，近年来用电负荷急剧增长，全高用电主要靠大电网供电，由于江苏电网属纯火电系统，调峰一直是个非常严重的问题，电力部门只能采取核定高峰、低谷供电比例的行政手段，实行强制性调峰，尽管如此，高峰超用，低谷窝电的现象仍难避免，又是实行分片拉电，严重影响工农业及人民生活。

而且，随着今后工农业发展及人民生活用电的加大，峰谷差将会越来越大，为了解决这个问题，新建调峰电站势在必行。

目前，溧阳市已建有2×6MW抽凝机组小热电厂一座，仅能在电网电力紧缺时起一定的补充作用。

而真正解决调峰填谷，使电网运行最有效的办法是尽快新建抽水蓄能电站。

溧阳市五十年代在丘陵山区修建了一批水利工程，经过多年的使用加固和配套，均运行正常。

利用现有的水利设施和有利的地形条件，兴建抽水蓄能电站以解决本地区电力负荷的调峰填谷问题，并充分发挥现有水利工程的经济效益，带动地区的经济发展，是一个战略性决策。

本电站介入常州电网运行。

常州市改革开放以来，随着第三产业的发展与人民生活水品的提高，电力负荷的峰谷差值日益扩大。

以1995年为例，最大峰谷差达343MW，约占最高负荷的50%，区内所缺电力均依赖省网供应。

省局计划分配个地区的日电量，峰谷电量比为61：

39，远不能适应地区各用户的电力负荷变化要求，给日常电力分配调度增加很多困难，亦给用户带来生产上的不方便及经济上的损失。

除拉电、限电外，用户还经常由于峰荷时段超用电量，低谷时段超余电量而带来经济上的负担。

如1995年，常州市峰超用电量15793万KW·h，平均日超余用电量43.3万KW·h，7月份日超用电量最大负荷134MW，短缺的尖峰容量占最高负荷的17.7%。

谷超余用电量18199万KW·h，平均日超余49.９万KW·h。

同样溧阳市亦存在，并更为严重，1995年溧阳市超用电量2759.6万KW·h，平均峰超用7.6万KW·h/d，最大峰谷差日超用负荷34MW，占最高负荷27.6%谷超余用电量2260万KW·h，平均日超余6.2万KW·h/d。

反映了电力负荷高峰容量不足，低谷电量有余，这一趋势随着地区经济发展，用电量增加而日益严重。

根据预测2005年常州地区负3100MW，溧阳为350MW时，其夏、冬季负荷峰谷差常州约1180～1340MW，溧阳为130～140MW，调峰填谷问题就更加突出，迫切需要有抽水蓄能电站以缓解调峰电源的短缺。

沙河抽水蓄能电站位于溧阳市区18公里的沙河水库东岸，以沙河水系为下水库，利用山沟荒地为上水库，电站地运行水源有充分保证，而电站建设范围内无居民及耕地，淹没损失甚小，建电站后对环境基本无影响，电站距负荷中心近只需架设22km、220kv线路及可接入大电网，是溧阳市乃至常州市比较好的中型抽水蓄能电站站址。

开发后能很好地满足溧阳市调峰填谷需要并可部分解决常州电网的峰谷差矛盾。

在可行性研究阶段前期，沙河抽水蓄能电站在选事实上坝址后，通过技术论证，从江苏省的具体情况来看，该电站的建设条件比较好，亦予以充分开发，故电站装机容量拟为100MW。

根据电力发展预测，该装机规模在溧阳市范围内，较长时间内难以获得充分利用，故需扩大供电范围，接入常州电网。

按电站设计水平年2005年常电网峰谷差达1180～1340MW，届时可充分利用电站电网调峰，并可为沙河电站提供充分的抽水电能。

经2005年电力平衡，系统火电可能调峰幅度34.6%,当常州电网中午沙河抽水蓄能电站时，要求火电7月、12月调峰幅度分别为37.1%、43.4%,大大超过系统火电可能调峰幅度范围。

因此系统分别需有127MW、140MW火电容量改为二班制运行。

大幅度地减少了火电调峰幅度和二班制运行机组的容量，改善了火电厂运行条件，节约油量和燃料，降低生产成本，社会效益、经济效益都较大。

根据地区发展对电力的需求，系统缺乏调峰容量和网外受电的限制条件，为适应电网调峰的迫切要求，改善电网和大机组的运行条件，取得好的经济条件和社会条件，建设沙河抽水蓄能电站是十分必要的。

沙河抽水蓄能电站在系统中的主要作用为调峰填谷，缓和系统高峰时供电不足，低谷时供电又有富裕的矛盾，改善或电厂运行条件，节省燃料消耗。

除调峰填谷时取得静态效益外，根据机组特性，电网需要时还可担任调频、调相，和利用10%的备用库容，担任紧急事故备用，为电网取得动态效益。

第二章设计依据

2．1枢纽工程地质资料

2．1．1区域地质与地震

工程区位于泰山山脉西南麓中低山区与低山丘陵区过渡地带，相对高差约1300m。

东北部中低山区以构造侵蚀、剥蚀地貌为主，泰山主峰高程1545m；山前丘陵区地形起伏较小，发育自西北流向东南的泮汶河，两岸地势平缓，高程160m~200m。

区内出露地层主要为太古界泰山群和第四系。

泰山群出露在北部山区及西南部低山丘陵，岩性主要为交代式花岗岩、斑纹状混合岩、混合花岗岩、黑云斜长片麻岩夹斜长角闪岩，其间穿插闪长岩岩脉、辉绿岩脉、石英脉等。

南部零星出露寒武系页岩、灰岩、砂岩和第三系红层。

第四系主要为冲积洪积和坡残积物，分布于山前缓坡及沟谷内。

工程区位于华北断块区的鲁西断块中部，东西边界分别为沂沭断裂带和聊考断裂带，新构造分区属鲁西隆起区中部。

区域构造格局受沂沭断裂带、聊考断裂带和北部的广齐断裂带控制。

沂沭断裂带位于工程区以东150km，由四条大致平行的北北东向断裂组成，断裂带新构造活动较强烈，地震活动具有频率低强度大的特点，全新世以来断裂水平和垂直位移速率分别为2mm/a和0.5mm/a。

聊考断裂带位于工程区以西130km，由一系列北北东和北东向断裂组成，新构造活动南强北弱，沿断裂带发生过多次中强地震。

广齐断裂带位于工程区以北约100km，北东东向延伸，两端分别与沂沭断裂带、聊考断裂带相交，该断裂带在第四纪早期有过活动，但全新世以来无明显活动。

近场区的北西向汶口断裂和北东东向泰山山前断裂新活动很弱，发生6级以上地震的可能性不大。

工程区的樱桃园~桃花峪断裂、大鼓山断裂、大官庄断裂和上梨园~横岭后断裂等晚更新世以来没有活动迹象。

区域地震活动主要分布在郯庐断裂带、河北平原和燕山~渤海断裂带上，近场区小震活动水平较低且较平稳，根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.05g。

在前期设计阶段，由山东省地震工程研究院完成了本工程的地震安全性评价，并通过了山东省地震局地震烈度评定委员会审定。

地震危险性分析表明，工程区地震基本烈度为Ⅵ度，50年超越概率10%的基岩地震动峰值加速度为50cm/s2。

不同概率水平的地震烈度和地震动参数见表2-1。

表2-1地震烈度及地震动参数

50年超越概率

63%

10%

3%

1%

地震烈度

Ⅴ

Ⅵ

Ⅶ

Ⅶ

基岩最大水平加速度Amax（cm/s2）

16.7

50.0

75.1

95.0

地震影响系数αmax（g）

0.034

0.107

0.176

0.242

特征周期Tg（s）

0.33

0.33

0.33

0.33

2．1．2工程区地质概况

工程区位于中低山区向低山丘陵区过渡地带，横岭~泮汶河一带，以侵蚀构造地貌为主，相对高差约450m。

樱桃园沟呈北西向展布，两侧山脊高程在419m~600m以上，沟底高程160m~380m。

横岭山脊平行于樱桃园沟分布，从山脊向西南方的泮汶河地形缓慢下降，220m高程以上地形坡度15°~25°，以下地形坡度小于15°，地势开阔平坦。

樱桃园沟口分布有范围较大的洪积扇，泮汶河右岸小官庄公路桥头至北大辛庄西南冲沟间发育有基座阶地。

工程区出露的主要地层为太古界泰山群及第四系。

泰山群岩性主要有：

交代式花岗岩厚度大于1500m，分布于上水库北库岸高程450m~460m以上；斑纹状混合岩总厚度100m~300m，分为斜长角闪岩和条带状混合岩，前者分布于上水库北库岸环库公路，后者分布于上水库左岸；混合花岗岩总厚度大于3000m，分布于上水库右岸、引水隧洞、地下厂房等部位；黑云斜长片麻岩夹斜长角闪岩主要分布于下水库右岸及库尾；主要岩脉包括闪长岩脉、辉绿岩脉、石英脉、伟晶岩脉等。

第四系主要为洪积漂卵砾石、冲积