北xx董箐水电站引水系统设计综述-论文

1 / 9 北 XX董箐水电站引水系统设计综述（杨鹏 何开进） 摘 要：董箐水电站进水口采用前置混凝土挡墙取代叠梁门作为分层取水方案，节省了工程投资、缩短了工程建设周期，降低了后期电站运行成本。压力钢管采用无盖重灌浆、补偿收缩混凝土等方法，保证了压力钢管运行安全加快了施工进度。 关键词：引水系统 设计 董箐水电站 一、工程概况 北 XX董箐水电站位于贵州省西南部的北 XX下游镇宁县与贞丰县交界的打帮河口至坝坪沟河段上，为国家 “ 西电东送 ” 的第二批开工的重点工程。电站枢纽由钢筋混凝土面板堆石坝、左岸开敞式溢洪道、右岸放空洞、右 岸引水系统、右岸岸边地面厂房组成，导、截流建筑物由左岸 1#导流洞、右岸 2#导流洞、上、下游土石不过水围堰组成。电站正常蓄水位 490m，水库总库容 9.55 亿 m3，装机容量为 880MW。引水系统布置于右岸，采用一洞一机单元供水方式，由塔式进水口、引水隧洞、压力钢管等建筑物组成。 引水系统穿越地层为 T2b1 厚层、中厚层状砂岩、粉砂岩夹钙质泥岩，地质构造较简单，基本为单斜层面，岩层总体产状 N0 30E/SE22 40 ，岩层走向与洞轴线交角较小。大部分洞身段成洞条件较好，多数为 类围岩，少2 / 9 数为 类围岩。 二、进水口设计 1.进水口结构布置 (1)结构型式比选 进水塔结构型式比选 本工程正常蓄水位 490.0m，死水位 483.0m，最低发电水位 475.0m，水库有效工作深度较大，故适合布置深式进水口。对深式进水口采用塔式和竖井式进行分析比较，因进口段地形较平缓，覆盖层和强风化层较厚，采用竖井式成洞条件差，增加支护措施和施工难度，且拦污栅需倾斜布置，其布置和运行较为不便。塔式进水口为框排架结构，结构整体性和稳定性好，便于拦污栅和启闭机布置，操作运行较有利，不存在成洞条件问题。 初步进行工程量和造价估算，二者相 近。由上述工程和运行条件比较可见塔式进水口较优，因此，本工程采用塔式进水口。 分层取水方案比选 为达到引用水库表层高温水，减轻发电下泄低温水对下游水生生物的影响，结合工程实际，参照国内相关资料，初步拟定了两种分层取水方案进行比较： 1)前置挡墙方案； 2)叠梁门方案。在布置上，挡墙或叠梁门方案的高度及距拦污栅进口距离均应满足下泄水温需要及进水口水力学条件的3 / 9 要求。为充分发挥拦污栅拦污功能或叠梁门正常提升，在发电极限水位、死水位、正常水位及各种工况下，进水口水力学必须满足。水流过栅流速 1.25m/s 及叠梁门处水 流流速1.2m/s 的要求。 a.前置挡墙方案 进水口拦污栅栅顶高程为 485.00m，在进水口前 13m 处设置扶臂式钢筋混凝土挡墙，挡墙两侧与进水口边墩相接。墙高 15m，墙厚 3m，扶臂间距 5m，臂厚 2m。挡墙顶部高程为 470.00m，挡墙底部为 3m厚钢筋混凝土基础，在拦污栅墩前缘设置一结构缝与进水塔分开。 b.叠梁门方案 将原进水口底板向前延伸加长 11.1m，栅顶高程为490.00m，栅体高 35m。在拦污栅后设置叠梁门墩，墩高 39.5m，底部高程 455.00m，顶部高程 494.50m，与拦污栅墩净距 4.1m，与进水室胸墙净距 5.5m，设钢筋混凝土支撑梁与拦污栅墩及进水室胸墙连接。叠梁门墩与进水口边墩或中墩形成取水孔，孔宽 6.5m，取水孔设平面滑动叠梁门。门顶最大高程475.00m，底槛高程 455.00m。 从运行条件、工程投资及施工条件等方面的比较分析，前置挡墙方案与叠梁门方案取水平均高度基本相同，对下游水温调节作用基本相当。但是，前置挡墙方案在工程投资、运行条件、施工条件等方面均优于叠梁门方案。故选择前置4 / 9 挡墙方案作为董箐水电站分层取水的方案。 (2)结构布置 塔式进水口由前置挡墙、直立式拦污栅、启闭机排架及闸门井等组成。底板高程按戈登公式 S=CVd1/2 计算，以最低发电水位 475.0m 为基准，考虑提前发电因素确定进水口底板高程为 455.00m，塔顶与坝顶同高程为 494.5m，塔高39.5m，塔顶与上坝公路连接。 在进水口前 13m处设置扶臂式钢筋混凝土挡墙，挡墙两侧与进水口边墩相接。墙高 15m，墙厚 3m，扶臂间距 5m，臂厚 2m。挡墙顶部高程为 470.00m，挡墙底部为 3m 厚钢筋混凝土基础，在拦污栅墩前缘设置一结构缝与进水塔分开。拦污栅前缘总宽 89.2m，栅顶高程 485.00m，栅体高 30m，进水塔顺水流向水平长 18.5m。进水口轴线高程 459.50m，喇叭口上缘曲线方程为 x2/92+y2/32=1，两侧为半径 1.5m 的圆曲线。闸门井内设一道平板事故检修门，孔口尺寸为7m9.25m 。 . 进水口结构计算 塔体位于 T2b1 边阳组上段砂岩夹泥岩上，无明显断层和软弱结构面，地基允许承载力 4.5MPa。因为采用闸门下游止水，运行期和检修期内外水压均平衡，对拦污栅框架和闸门井平、纵截面进行结构计算，表明按构造配筋能满足结构强度要求，设计混凝土强度等级为 C25，采用 级钢筋，基5 / 9 底应力满足承载力要求。 三、压力隧洞设计 1.压 力隧洞结构布置 四条引水隧洞平行布置，纵坡 i=7.5%，轴线间距 22.0m，额定流量时水流速为 3.78m/s。 1# 4#引水隧洞长分别为259.64m、 268.47m、 279.75m、 285.86m，断面为圆形，内径为 9.0m。根据工程经验选取混凝土衬砌厚 0.8m，强度等级为 C25。 .结构计算 引水隧洞主要穿越类围岩，局部为类，上游段按类围岩、下游段分别按类和类围岩计算，计算工况如下： 运行工况 :内水压力 +山岩压力 +衬砌自重 +弹性抗力 检修工况 :最大外水压力 +山岩压力 +衬砌自重 施工工况 :灌浆压力 +山岩压力 +衬砌自重 +外水压力 计算方法采用水工隧洞设计规范推荐的 SDCAD4.0程序，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别计算，取衬砌厚度 0.80m、混凝土强度等级为 C25 时，正常运行工况为控制工况，每米内外层最大配筋 525 可满足强度要求和限裂 (0.23mm) 要求。 四、高压管道设计 1.结构布置 高压管道由上、下弯道、斜井和下平段组成。四条管道6 / 9 平行布置，轴线间距 22.0m，钢管起点接隧洞渐变段末端，通过倾角 50 的斜井与下平段相接，下平段轴线高程359.6m。 1# 4#钢管长分别为 314.13m、 321.28m、 332.01m、335.95m。考虑围岩条件、结构要求和水头损失情况，高压管道采用内衬钢板、外回填素混凝土的衬砌结构形式，断面为圆形，回填回填 C20 补偿收缩混凝土厚 0.7m，钢板厚16mm 28mm，采用 16MnR 钢材。 .结构计算 选取压力钢管计算工况如下： 强度计算：正常蓄水位或设计洪水位时全部机组由满负荷运行突然丢弃全负荷，内水压力 =静水压力 +水锤压力。 稳定计算：荷载为管道检修放空时的外水压力，按水库水位对应的水头考虑折减系数确定。 计算断面选取： 压力管道上、下弯段 各取 1个断面，围岩为 类，按水电站压力钢管设计规范附录 B 分析计算。 压力管道下平段末端取 1个断面，围岩为 类，分别按附录 A、附录 B 分析计算，即按明管和埋管分别计算。 压力管道下平段首、尾各取 1个断面，围岩为 类，按附录 B 分析计算。 采用 16MnR钢材，计算结果为埋管壁厚 16mm 28mm，厂房附近明管壁厚 40mm，加劲环间距 1m，可满足钢管强度和7 / 9 抗外压稳定要求。 五、工程处理措施 1.进水口工程 死水位 483m 以上开挖边坡进行锚喷支护，锚杆为 25 、L=4.5m、 2.5m2.5m 梅花型布置，喷混凝 土为 C20、厚 0.1m，并按 50 、 L=4m、 3m3m 梅花型布置排水孔，死水位 483m以下按 483m 高程以上锚喷参数进行边坡锚喷支护，不设排水孔。底板基础设 25 插筋、 L=4.5m、入岩 4m、 2.5m2.5m梅花型布置；固结灌浆按 2.5m2.5m 梅花型布置，深入基岩 4m，灌浆压力为 0.5MPa。 .引水隧洞工程 隧洞开挖后及时进行一期锚喷支护，锚杆为 25、 L=6m、3m3m 梅花型全断面布置，喷混凝土为 C20、厚 0.1m，断面腰线以上布置。 C25 钢筋混凝土衬砌后，适时进行回填灌浆和固结灌浆。回填灌浆 在顶拱 120 范围内进行，灌浆压力0.3MPa。固结灌浆按 3m3m 梅花型全断面布置，孔深为 5m，灌浆压力 1.0MPa。 混凝土衬砌每 24m 设一道结构缝，衬砌底拱两侧各设一道施工缝，环缝内设铜片止水，纵缝内设橡胶止水；每 12m设一道施工缝，缝内沿环向设橡胶止水。 .高压管道工程 开挖后进行一期锚喷支护，锚杆为 25、 L=4.5m、 3m3m8 / 9 梅花型全断面布置，腰线以上顶拱 180 喷混凝土为 C20、厚 0.1m。压力负钢管外回填 C20 混凝土厚 0.7m。固结灌浆采用无盖重方式，沿管道全洞段布置，开挖锚喷支护完成后进 行， 3m3m 梅花型全断面布置，间排距 3m，孔深 5m，灌浆压力为 0.3MPa。水平段进行回填灌浆及接触灌浆，回填灌浆在岩壁顶拱 120 范围内进行，接触灌浆在混凝土与钢板间、底拱 120 范围内进行。 沿管道全长设纵横向排水系统，设置 3道纵向排水盲材，分别布置于洞壁两侧腰线处和洞底部，横向排水盲材沿管道轴线按 5m间距设置。 为降低压力钢管外水压力及兼顾厂房后坡的稳定，在每条压力钢管正上方顶部约 405m 高程顺压力钢管向布置四条排水洞，排水洞长 339.548m，顶端横向连通，出口在厂房后坡 403.50m 高程，隧洞纵 坡 i=1%，断面为 2.8m2.9m 城门洞型。 六、结语 董箐水电站经过预可、可研及招标几个阶段的论证，董箐水电站已于 2005 年开工建设，预计于 2009 年首台机组投产发电。引水系统目前正