工程选址、工程总布置及主要建筑物设计 精品.doc

5 工程选址、工程总布置及主要建筑物5.1 设计依据及基本资料5.1.1 工程等别、建筑物级别和设计安全标准1、工程等别、建筑物级别银都水电站位于甘洛县境内，是一座以单一发电为目的的径流引水式水电站。银都水电站于2000年10月已建成投产，总装机容量6.4MW。根据动能计算，本次银都水电站扩建工程拟扩建一台机组容量为14.0MW机组。因此，银都水电站扩建后总装机容量为19.4MW。根据水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）和防洪标准（GB50201-94），本电站属等工程，主要水工建筑物为4级，次要及临时性水工建筑物为5级。主要水工建筑物包括取水枢纽闸坝、引水隧洞、调压井及压力钢管、主（副）厂房、升压站等，次要建筑物包括护坡、护岸等。2、洪水标准银都水电站虽地处山区，但闸坝最大挡水高度为5.9m，根据防洪标准（GB50201-94），其正常运用洪水重现期应按平原区考虑为2010年，非常运用洪水重现期为10050年，经综合分析，确定拦河闸坝设计洪水重现期为20年，校核洪水重现期为100年，消能防冲建筑物设计洪水重现期为20年；厂区设计洪水重现期为50年，校核洪水重现期为100年。主要建筑物洪水标准及相应洪水流量表5-1部 位设 计 洪 水校 核 洪 水频率（%）流量（m3/s）频率（%）流量（m3/s）取水口5143011820消能防冲建筑物51430厂 区21660118203、抗震设防标准根据中国地震动参数区划图(GB18306-20XX)，工程区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相应的地震基本烈度为7度。4、安全超高根据水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL5180-20XX）、水闸设计规范（SL265-20XX）、混凝土重力坝设计规范（SL319-20XX）及水电站厂房设计规范（SL266-20XX）相关规定，主要建筑物坝顶安全超高见表5-2。水闸闸顶安全超高表表5-2运用情况安全超高下限备注挡水时正常蓄水位0.3泄水时设计洪水位0.5校核洪水位0.4主厂房及非溢流坝顶安全超高表表5-3坝型正常情况非常情况备注主厂房0.40.3混凝土重力坝0.40.35、各建筑物安全系数根据水闸设计规范（SL260-20XX）及混凝土重力坝设计规范（SL319-20XX）的相关规定，土基上重力式混凝土建筑物抗滑稳定安全系数见表5-4。土基上重力式混凝土建筑物抗滑稳定安全系数表5-4荷载组合抗滑稳定安全系数K基础最大与最小应力之比允许值备注基本组合1.202.0完建、正常蓄水、设计洪水工况特殊组合1.052.5施工、检修、校核洪水工况特殊组合1.002.5正常蓄水遇度地震工况5.1.2 设计依据1、防洪标准（GB50201-94）2、水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）3、混凝土重力坝设计规范（DL5108-1999）4、水电站厂房设计规范（SL266-20XX）5、水电站进水口设计规范（SD303-88）6、水工混凝土设计规范（DL/T5057-1996）7、水工建筑物抗震设计规范（DL5073-2000）8、水工建筑物荷载设计规范（DL5077-1997）9、水工隧洞设计规范（SL279-20XX）10、水电站压力管道设计规范（DL/T5141-20XX）11、调压井设计规范（DLT50581996）12、水闸设计规范（SL265-20XX）13、水利水电工程工程量计算规定（DL/T5088-1999）14、水利水电工程安全监测技术规范（SDJ336-89）15、水利工程管理单位编制定员试行标准（SLJ705-81）5.1.3 设计基本资料1、水位及流量(1) 径流特征值见表55。闸址径流特征值表表55项 目单 位数 量多年平均流量m3/s72.3多年平均年径流量亿m322.8多年平均枯期流量(13月)m3/s23.0(2) 特征水位见表5-6。推荐方案特征水位表表56部 位洪水频率流量(m3/s)水位(m)首部枢纽上游校核洪水(1%)18201047.39下游校核洪水(1%)18201043.25上游设计洪水(5%)14301046.44下游设计洪水(5%)14301042.46正常取水位1043.60电站引用流量56尾水厂房校核洪水(1%)18201016.23厂房设计洪水(2%)16601015.93水轮机安装高程1011.442、气象多年平均气温： 16.1极端最高气温： 39.9极端最低气温： -5.7多年平均降水量： 912.2mm最大风速： 25（风向NW）3、泥沙多年平均输沙量为228万t，多年平均输沙率72.3Kg/s,多年平均含沙量为998g/m3。悬移质中数粒径为0.056mm，平均粒径为0.121mm。4、工程地质力学指标进水口物理力学指标表57 岩土名称物理力学指标砂卵石备 注重度 (KN/m3)18摩擦系数0.51承载力 R (MPa)0.250.30临时开挖边坡1:11:1.25隧洞围岩物理力学指标表58桩 号物理力学指标0+7331+319坚固系数45抗力系数 KO (Mp/cm)2050围岩类别隧洞围岩物理力学指标表59桩 号物理力学指标0+1950+7331+3192+5772+9373+766坚固系数23抗力系数 KO (Mp/cm)520围岩类别隧洞围岩物理力学指标表510桩 号物理力学指标0+0000+1952+5772+937坚固系数1抗力系数KO (Mp/cm)5围岩类别厂址区岩土物理力学指标建议值表表511 岩土名称物理力学指标含漂卵砾石夹砂粘土泥岩砂岩备 注重度 (kN/m3)19.52016172324摩擦系数0.450.50.250.350.380.400.400.45承载力 R (MPa)0.300.350.150.200.50.6坚固系数f2334岩石单位弹性抗力系数K0 (MPa/cm)5101015类围岩临时开挖边坡1:0.751:0.751:0.51:0.5永久边坡1:1.251:1.501:0.751:11:0.755.2 工程选址5.2.1 闸址选择已建的银都水电站坝址位于双河入汇口下游约450m处，首部枢纽挡水建筑物由溢流坝、泄洪闸、冲砂闸组成，电站于2000年10月建成投产至今，首部枢纽挡水建筑物运行良好。银都水电站扩建工程拟利用已建的银都水电站原挡水建筑物挡水，在原进水口上游侧新建一孔进水闸取水。5.2.2 引水线路选择原银都水电站引水线路位于尼日河右岸,引水形式采用无压引水隧洞引水, 银都水电站扩建工程根据闸址、厂址位置仍采用右岸引水线路方案。5.2.3 厂址选择已建的银都水电站厂房位于尼日河右岸级阶地上，厂房地层表层为第四系人工堆积杂填土，结构松散，厚度1.83.6m。下伏第四系全新统冲洪积含漂卵砾石夹砂，卵石粒径一般520cm，含量65%，卵石之间充填物为砂砾，含量35%，卵砾石成分为玄武岩、石灰岩等，结构中密。根据现场踏勘，现银都水电站厂区在主厂房与生活办公楼之间有布置厂房的地形条件，为使工程集中、管理方便，选定在原电站厂房安装间下游侧扩建一台机组。5.3 输水道方案比选1、设计原则和要求根据小型水力发电站设计规范GB50071-20XX规定，电站输水建筑物的型式应根据电站的开发方式、使用要求、地形地质条件结合枢纽总体布置和施工条件等经技术经济比较后确定。银都水电站为引水式，输水建筑物包括进水口、引水道及压力钢管等，由于该电站引水道断面较大，引水道的造价和工期对电站的投资和发电效益有极大影响，因此应对其布置进行技术、经济和动能比较。2、引水方式选择（1）引水建筑物型式选择根据厂区位置，电站引水线路布置于河道右岸，引水线路穿越区，山体浑厚，地形陡峻，山顶最高高程可达1200m，岭谷最大高差达500m，地貌上为剥蚀中山区。区内地貌以构造剥蚀型和侵蚀堆积型为主。构造地貌表现为不规则的锥形或椭圆形山峰、条形山脊与悬崖陡坡地形；侵蚀堆积地貌表现为“V”型和“U”型谷及沟谷两岸堆积的阶地，工区两岸主要有级、级和级冲积阶地。根据线路所经地段地形地质条件，电站引水形式采用隧洞引水，引水建筑物包括进水口、引水隧道、调压井（或前池）及压力管道等。（2） 引水道平面布置在引水隧道的平面布置上考虑了两个方案：利用原无压引水隧洞扩挖后引水，原无压引水隧洞为净宽3.5m、直墙高3.3 m的半园拱断面，设计引水流量为28 m3/s，如扩建后采用一条引水隧洞引水，设计引水流量为84 m3/s，隧洞断面尺寸为净宽5.0m、直墙高4.5 m、设计水深为6.1 m的半园拱断面。根据引水线路的地质情况，引水隧道经过的地层多为、类围岩，地质条件较差，施工难度较大；在原引水隧道靠山侧新建一条引水隧道。综合分析，如采用方案，施工难度较大、投资较大，加之引水隧洞施工期较长，原电站停电期也较长。因此，采用在原引水隧道靠山侧新建一条引水隧道。3、压力形式选择经现场踏勘，根据引水道所经地段的地形、地质条件，银都水电站可以在有压或无压两种压力状态下进行引水，下面重点比较有压和无压两种引水方式。（1）无压引水建筑物无压引水建筑物包括进水闸、无压引水隧洞、压力前池和泄水道、压力钢管等。 进水口新建进水口位于首部枢纽右岸，紧靠已建的原银都电站进水闸上游侧布置，为防止泥砂进入进水口，在进水口前缘作一道拦砂墙，与原泄洪闸前缘束水墙联接，使冲砂效果更好，拦砂墙顶高程为1042.00m。进水口由拦污栅室、进水闸及渐变段组成。进水口取水角度67，拦污栅室前缘顺水流向设拦沙坎，拦沙坎高2.1m，拦沙坎顶高程为1039.80m拦沙坎上设拦污栅，拦污栅为2孔，拦污栅栅孔尺寸6.0m9.04m（宽高），过栅流速（扣除栅条面积）1.25m/s，采用回转式清污方式运行。拦污栅室后接进水闸，进水闸上设露顶式平板检修闸门一道，闸门底槛高程为1039.80m，闸孔净宽8.5，闸墩顶部高程为1048.50m，闸墩顶部设检修平台和检修启闭机排架，排架上设置启闭机室和启闭机设备。进水闸后接渐变段，进水口总长33.0m。 无压引水隧洞a:：平面布置进水闸后接无压引水隧洞，隧洞进口底板高程1038.83m，隧洞沿河道右岸原引水隧道靠山侧下行到前池首端，为保证隧洞的施工安全，新、老隧洞洞轴线最小距离在引水隧洞为23.0 m，以后逐渐增大。初步估计，隧洞所经地段类围岩长约555 m,类围岩长2635m，类围岩长586 m，经布置主洞总长3767.001m。b:：断面形式和设计纵坡选择按有利于施工的原则，无压隧洞断面的型式选择为城门洞型，断面按混凝土衬砌考虑，类围岩衬砌厚度0.5 m，类、类围岩衬砌厚度0.6 m。设计糙率为0.015，隧洞纵坡采用i=1/1000。本阶段以此作为隧洞比选断面，其断面特征参数见表5-12，设计引用流量56m3/s。无压隧洞断面特征参数表表5-12 名 称单位特征参数设计过水断面BH(m)5.24.46洞内流速m/s2.59水头损失m3.77过水断面m223.1开挖断面m243.33 压力前池及泄水道a：平面布置压力前池位于厂区后坡，地貌上属尼日河级阶地，组成物质上部5m为第四系上更新统冲洪积粘土，可塑硬塑状态。覆盖层下伏基岩为侏罗系中统新村组下段泥岩夹砂岩，强风化带厚约7m。压力前池建筑物包括：渐变段、前池、进水室、侧槽溢流堰、泄水道，压力前池为钢筋混凝土结构。渐变段长57.16 m，底板高程由隧洞末端1035.063m渐变至1026.441m，宽度由5.0 m渐变至8.0 m。前池长35.0 m，设计水面高程1039.483 m。溢流堰位于前池右侧，为侧槽式薄壁溢流堰，堰顶高程1039.583m，溢流水深0.96m，溢流长度30.0m。前池泄水道起始端位于溢流侧槽末端，泄水道断面尺寸为5.04.0 m（宽高），泄水道总长220.11 m。前室布置有一道拦污栅和一道快速事故钢闸门。拦污栅设在前室前沿，安置角80。前室快速事故钢闸门为前止水平面钢闸门，闸门尺寸4.54.5m（长宽）。该闸门由闸顶启闭架上的启闭机启闭。前室底板高程1028.441m，最低水位1037.441 m，正常水位1039.483 m，最高水位1040.543 m，前室顶面程1042.00 m。 压力管道压力管道位于厂房后坡，与主厂房正交，首端与前室相接，末端与主厂房金属蜗壳相连。压力管道围岩为侏罗系中统新村组下段紫红色泥岩夹砂岩，岩层产状为N40W/SW10。段内构造简单，次级褶曲不发育 ，小断层、构造破碎带出露频率较低，岩体完整性尚好。压力管道采用明管，压力管道内径为4.5m，压力管道总长为41.36m（至蝶阀外边墙）。（2）有压引水建筑物有压引水建筑物包括进水口、压力隧洞、调压井及压力管道等。 进水口进水口位于首部枢纽右岸，紧靠已建的原银都电站进水闸上游侧布置，为防止泥砂进入进水口，在进水口前缘作一道拦砂墙，与原泄洪闸前缘束水墙联接，使冲砂效果更好，拦砂墙顶高程为1042.00m。进水口由拦污栅室、进水闸及渐变段组成。进水口取水角度67，拦污栅室前缘顺水流向设拦沙坎，拦沙坎高3.5m，拦沙坎上设拦污栅，拦污栅为3孔，拦污栅栅孔尺寸6.0m7.84m（宽高），过栅流速（扣除栅条面积）1.23m/s，采用回转式清污方式运行。拦污栅后为1:2.0斜坡段，将底板高程由1041.20m降至1035.35m，拦污栅室后接进水闸，进水闸上设潜孔式平板检修闸门一道，闸门底槛高程为1035.35m，闸孔尺寸6.08.0m（宽高），闸墩顶部高程为1048.50m，闸墩顶部设检修平台和检修启闭机排架，排架上设置启闭机室和启闭机设备。进水闸后接渐变段，渐变段由孔口尺寸6.08.0m（宽高）渐变至直径为5.3m的圆形断面，进水口总长35.0m。 压力隧洞a:：平面布置进水闸后渐变段与压力隧洞衔接，压力隧洞洞轴线高程为1038.80m。隧洞轴线的平面布置及走向与无压隧洞相同，仅末端比无压洞略长，经布置，隧洞所经地段类围岩长约555 m,类围岩长2583m，类围岩长586 m，主洞总长度为3724.139m（至调压井前渐变段首端）。b：断面形式比选及尺寸确定在确定隧洞断面形式上，考虑了圆形、马蹄形和圆拱直墙三种断面。圆形断面水力条件及结构受力状态最优，开挖断面最小，施工弃渣和占地最少；圆拱直墙式断面水力条件和结构受力状态相对较差，开挖断面最大，施工弃渣和占地最多，经济指标差；马蹄形断面较圆拱直墙式断面在水力条件和结构受力状态稍好，但比圆形断面差。考虑到隧洞经过的围岩多为、类，地质条件较差，如采用马蹄形或圆拱直墙式断面，开挖断面大，施工难度大，投资高，结合隧洞的地质条件，本阶段最终选择圆形断面作为本次设计推荐的断面。断面按混凝土衬砌考虑，类、类围岩衬砌厚度0.5 m，类围岩衬砌厚度0.6m。压力隧洞特性表表5-13 内径（m）过水面积（m2）洞内流速（m/s）水头损失（m）5.422.92.623.71 调压井a：调压井地形地质条件银都水电站扩建工程调压井位于尼日河右岸厂房后坡上，引水隧洞出口的斜坡前缘带。调压井所处地面高程约1077m，覆盖层厚度5m左右。地貌上属尼日河级阶地，组成物质上部5m为第四系上更新统冲洪积粘土，可塑硬塑状态。覆盖层下伏基岩为侏罗系中统新村组下段泥岩夹砂岩，强风化带厚约7m。调压井井筒及底部置于泥岩夹砂岩上，岩石强度低，调压井围岩属稳定性差的类围岩。调压井所在的山坡无崩塌滑坡等不良物理地质现象，边坡基本稳定，具备修建调压井的地质地形条件。但考虑到开敞式便于施工，且运行管理较为方便，故采用开敞式调压井。b：判断是否需要修建调压井由调压井设置公式:Tw=(Li*Vi)/(g*Hp)Tw: 压力水道中水流惯性时间常数，s；Li： 压力水道各分段的长度，m；Vi： 各分段内相应的流速，m/s；Hp： 设计水头，m经计算，Tw=31.25sTw=24s，故本工程需设置调压井。c：调压井形式确定根据调压井处山坡的地形地质条件，为使调压井结构单一，技术可靠，调压井选择为露顶式圆筒阻抗式。d：调压井结构布置调压井内径20.0m，阻抗孔内径3.50m，底板高程1028.60m，井口高程1061.60m，井筒高度为33.0m。由于调压井跨度大，承受水头较大,且水位变幅较大,波动频繁, 故确定井筒衬砌厚度为2.0m,采用现浇双筋混凝土衬砌,由配置的钢筋抵抗内水压力产生的应力。并沿四周及底板设置锚筋,锚筋采用22,锚杆长度为5m，间排距3 m,呈梅花型布置。再沿四周采用固结灌浆处理。根据引水系统布置，其调压井“托马”临界稳定断面积按引水隧洞可能最小糙率计算得FK=271.02m2，调压井设计断面积为314.16m2，相应的“托马”断面稳定安全系数为1.12。 压力管道a：管道布置压力管道围岩为侏罗系中统新村组下段紫红色泥岩夹砂岩，岩层产状为N40W/SW10。段内构造简单，次级褶曲不发育 ，小断层、构造破碎带出露频率较低，岩体完整性尚好。压力管道采用埋藏式，由上平段、斜管段、下平段组成。压力管道内径为4.5m，衬砌厚度0.5m，压力管道总长为138.807m。b：管径选择银都水电站扩建工程压力管道采用单管单机供水方式，设计引用流量为60m3/s。管径初步计算根据经验公式：DO=（5.2Q3/H）(1/7)DO:钢管直径（m）；Q：设计引用流量（m3/s），本工程为60 m3/s；H：最大毛水头（m），本工程为32.15m。经计算，钢管直径为DO=4.45m，结合水机调保计算，本工程压力管道钢管直径采用DO=4.50m，则管内流速V=3.77 m/s。c：压力管道水头损失及水击计算压力管道管长124.707m（至蝶阀外边墙），内径4.5m，采用钢板混凝土衬砌，衬砌砼厚0.5m。钢板糙率取n=0.012，压力钢管水力计算按管流计算：压力钢管沿程水头损失按以下公式进行计算：hf=谢才系数：C=（1/n）R1/6水力半径：R=D/4L：压力钢管长度D：压力钢管直径压力钢管局部水头损失按下式计算：hj= 计入弯管、蝶阀的局部水头损失。当Q=60.0m3/s时，水头损失为0.67m。压力管道最大水锤升压出现在运行工况为拦河闸前水位1043.60m，单台机满荷运行，电站引用流量为60m3/s，突然丢弃全部负荷的情况，此时导叶关闭时间TS=7s。当取压力波传播速度C=607.6m/s，经计算最大水击升压为末相水击, 其水击升压系数=0.27，最大升压水头为H=8.74m,压力管道末端最大内水压力为0.40MPa。压力管道内的最小内水压力由调压井最低水位控制,此时压力管道不会产生负压。有压输水与无压输水方案投资比较表表514编 号工程或费用名称有压方案（万元）无压方案（万元）无压减有压（万元）一建筑工程7363.6285555.771192.151引水隧洞工程6652.307233.55581.252调压井（前池）工程590.601223.50632.903压力管道工程120.7298.7222.00二金属结构358.32220.68137.641压力钢管358.32127.09231.232前池（调压井）金属结构93.5993.59三合 计7721.948776.461054.51从工程布置看：有压隧洞末端设调压井，该结构形式单一，工程布置简单；压力前池有前池渐变段、前室、侧槽式溢流堰、冲砂闸和泄水道等建筑物，压力前池建筑物种类繁多，结构复杂，纵横交叉大，工程布置复杂。从地形条件看：两种输水形式均可进行布置。从工程投资看：无压方案比有压方案工程直接投资多1054.51万元。从运行管理上看：调压井结构单一，运行管理方便。前池枢纽工程项目多，运行管理复杂，且前池溢流量大，具有一定的安全隐患。综上所述，本阶段最终推荐有压输水方案。5.4 机组台数比选在确定了引水系统的压力形式，采用有压输水方案后，为使方案更优，又进行了一台机方案和 两台机方案的比选。1、一台机方案（1）压力管道压力管道已在前面作了叙述，在此不再赘述。（2）厂区建筑物厂区枢纽由主厂房、副厂房、升压站等建筑物组成。a、主厂房银都水电站扩建工程主厂房位于原厂房与综合楼之间，厂房地层表层为第四系人工堆积杂填土，结构松散，厚度1.83.6m。下伏第四系全新统冲洪积含漂卵砾石夹砂，卵石粒径一般520cm，含量65%，卵石之间充填物为砂砾，含量35%，卵砾石成分为玄武岩、石灰岩等，结构中密。厚度0.64.2m，厚度变化大，靠山边厚度大，靠河边厚度变小。覆盖层下伏侏罗系中统新村组下段泥岩夹少量砂岩。岩体强度较低，遇水易软化。主厂房内安装一台HLJF3610B -LJ-285 型水轮机、一台SF14-40/5100型发电机、一台100t/20t/5t桥式起重机，装机容量14.0MW，主厂房全长34.22m（其中，主机间长20.9m，安装间长13.32m），宽15.0m，高33.815m，建基面高程1001.425m。主厂房平面尺寸由水轮发电机组及其附属设备和蝶阀吊运控制，其纵轴线距上、下游边线分别为7.30m和7.70m，能满足机组安装、检修和蝶阀吊运的需要。主厂房上游侧布置有调速器和进水蝶阀及机旁盘、电缆沟等，下游侧为厂内主通道。主厂房结构采用框架填充墙，其基础为泥岩夹少量砂岩层。厂内水轮机中心安装高程1011.44m，水轮机间地面高程1014.24m，发机间地面高程1020.74m，厂内桥机轨顶高程1030.24m。主厂房室外地坪高程为1020.24m,高于下游校核洪水位1016.23m。安装间进厂大门位于主厂房左侧。b、副厂房及升压站副厂房紧靠于主厂房主机间侧布置，以便于运行管理。副厂房总长16.8，宽7.8m；地面高程为1020.74m，屋面高程为1035.14m。为适应基础变形和抗震要求，副厂房和主厂房间有8cm的变形缝。副厂房为三层建筑，框架结构。屋面为现浇钢筋混凝土梁板。基础采用独立柱基础。副厂房一楼布置35KV高压室和低压厂用配电室；二楼布置10KV高压室；三楼布置中控室。副厂房设置有室内楼梯和室外楼梯共两座楼梯。110KV升压站设于厂区右上侧，地面高程1019.50m，面积为54m*25m ，站内布置主变压器、油断路器、隔离开关、电压互感器、避雷器等。2、二台机方案（1）压力管道压力管道围岩为侏罗系中统新村组下段紫红色泥岩夹砂岩，岩层产状为N40W/SW10。段内构造简单，次级褶曲不发育 ，小断层、构造破碎带出露频率较低，岩体完整性尚好。压力管道采用埋藏式，由上平段、斜管段、下平段组成。单管供水，压力管道内径为3.2m，衬砌厚度0.5m，压力管道总长为144.823m（至厂房外边墙）。（2）厂区建筑物厂区枢纽由主厂房、副厂房、升压站等建筑物组成。a、主厂房主厂房内安装两台HLA551CLJ200型水轮机、两台SF7000-28/4250型发电机、一台100t/20t/5t桥式起重机，装机容量27.0MW，主厂房全长46.62m（其中，主机间长30.00m，安装间长16.62m），宽16.40m，高25.48m，建基面高程1006.19m。主厂房平面尺寸由水轮发电机组及其附属设备和蝶阀吊运控制，其纵轴线距上、下游边线分别为10.0m和6.4m，能满足机组安装、检修和蝶阀吊运的需要。主厂房上游侧布置有调速器和进水蝶阀及机旁盘、电缆沟等，下游侧为厂内主通道。主厂房结构采用框架填充墙，其基础为泥岩夹少量砂岩层。厂内水轮机中心安装高程1012.64m，水轮机间地面高程1014.64m，发机间地面高程1019.67m，厂内桥机轨顶高程1027.67m。主厂房室外地坪高程为1019.17m,高于下游校核洪水位1016.23m。安装间进厂大门位于主厂房左侧。b、 副厂房及升压站副厂房及升压站与一台机方案相同。3、方案比选经两方案的工程布置，一台机方案和 两台机方案投资比较见下表：一台机方案和 两台机方案投资比较表表515编 号工程或费用名称一台机方案（万元）二台机方案（万元）一台机减二台机（万元）一建筑工程1182.201491.01308.811压力管道工程120.72268.522主副厂房1061.481222.49二机电设备2600.932712.4111.47三压力钢管358.32437.5279.20四合 计4141.454640.93499.48从上表可以看出，一台机方案投资比二台机方案少499.48万元，另外，如采用二台机方案，工程占地较一台机方案大，原生产、生活楼将拆除，现厂区较狭窄，无适合的场地新建生产、生活楼，综合比较，本阶段推荐一台机方案。5.5 主要建筑物5.5.1 首部枢纽建筑物1、原建筑物布置坝轴线位于双河入汇口下游约450m处，挡水建筑物由冲砂闸、泄洪闸、溢流坝组成。冲砂闸布置于河道右侧，为一孔，潜孔式，孔口尺寸为3.5m4.0m（宽高），闸底板高程为1037.70m，闸顶高程根据实测为1048.50m。泄洪闸紧靠冲砂闸布置，为两孔，采用露顶式，每孔净宽7.0m，闸底板高程与冲砂闸底板相同为1037.70m，闸顶高程根据实测为1048.50m。溢流坝靠泄洪闸左侧布置，长65.0m，坝顶高程根据实测为1043.62m。银都水电站于2000年10月建成发电，运行八年多来，电站首部枢纽挡水工建筑物运行正常，根据观测，各挡水工建筑物均未出现变形、渗漏等问题。因此，本次扩建工程为节约投资，减少对原电站机组的发电影响，不对原挡水建筑物进行改造，仍利用原挡水建筑物挡水。2、水力计算冲砂闸按下式计算：其中： Q流量（m3/s） s淹没系数 流量系数 b闸孔宽度（m） e闸孔高度（m） H0堰顶势能水头（m）泄洪闸、溢流坝按下式计算： 其中：Q流量（m3/s）s淹没系数侧收缩系数m流量系数n闸孔数b闸孔宽度H0堰顶势能水头（m）闸坝泄流计算成果见下表：泄 洪 流 量 表表5-16设计情况泄流量(m3/s)上游水位(m)下游水位(m)设计洪水14301046.441042.46校核洪水18201047.391043.253、闸顶高程复核根据水闸设计规范（SL255-20XX）4.2.4的规定：水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定，挡水时闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和。闸顶高程取上述最大值。闸坝枢纽区多年平均最大风速24m/s，吹程取5倍闸前水面宽度，F500m。波浪爬高按莆田试验站公式水闸设计规范（SL265-20XX）中E.0.1-1，E.0.1-2计算，波浪计算高度为0.71m。正常挡水时，闸顶安全超高为0.3m，则闸顶高程应为1044.61m。泄洪时，设计洪水和校核洪水情况，闸顶安全超高分别为0.5m和0.4m，相应闸顶高程分别为1047.65m和1048.50m。根据计算，闸顶高程为1048.50m，现闸顶高程根据实测为1048.50m，满足规范要求。5.5.2 输水建筑物银都水电站输水建筑物由进水口、有压引水隧洞、调压井、压力管道等建筑物组成。1、进水口进水口位于首部枢纽右岸，紧靠已建的原银都电站进水闸上游侧布置，为防止泥砂进入进水口，在进水口前缘作一道拦砂墙，与原泄洪闸前缘束水墙联接，使冲砂效果更好，拦砂墙顶高程为1042.00m。进水口由拦污栅室、进水闸及渐变段组成。进水口取水角度67，拦污栅室前缘顺水流向设拦沙坎，拦沙坎高3.5m，拦沙坎上设拦污栅，拦污栅为3孔，拦污栅栅孔尺寸6.0m7.84m（宽高），过栅流速（扣除栅条面积）1.23m/s，采用回转式清污方式运行。拦污栅后为1:2.0斜坡段，将底板高程由1041.20m降至1035.35m，拦污栅室后接进水闸，进水闸上设潜孔式平板检修闸门一道，闸门底槛高程为1035.35m，闸孔尺寸6.08.0m（宽高），闸墩顶部设检修平台和检修启闭机排架，排架上设置启闭机室和启闭机设备。进水闸后接渐变段，渐变段由孔口尺寸6.08.0m（宽高）渐变至直径为5.3m的圆形断面，进水口总长35.0m。2、有压引水隧洞（1）平面布置进水闸后渐变段与压力隧洞衔接，压力隧洞洞轴线高程为1038.80m。隧洞轴线在原引水隧道靠山侧布置。经布置，隧洞所经地段类围岩长约555 m,类围岩长2583m，类围岩长586 m，主洞总长度为3724.139m（至调压井前渐变段首端）。（2）水力计算 水力坡降线根据水工隧洞设计规范（SL279-20XX）要求，有压隧洞全线洞顶处的最小水压在最不利的运行条件下应大于2m，本工程中，水力坡降线控制工况为：进水口水位处于最低运行水位1043.60m，机组增加全部负荷，调压井水位降至最低涌浪高程1031.10m。在此最不利工况下，隧洞进口洞顶水压为2.95m，隧洞末端洞顶水压为2.5m，均满足规范要求。 水头损失计算水头损失包含局部水头和沿程水头损失，沿程水头损失hW按谢才公式计算，其中，钢筋混凝土衬砌粗糙系数0.014（最小值0.012，最大值0.016），压力钢管粗糙系数0.012。设计引用流量Q=56.0m3/s时，有压引水系统总水头损失见下表5-15。引水系统水头损失表表5-17部 位调压井前水头损失调压井后水头损失水头损失（m）4.060.85引水系统总水头损失值（m）4.91(3) 洞断面结构布置隧洞衬砌结构计算，按限裂设计原则进行。控制裂缝宽度在0.2mm以下，荷载组合按运用情况分为：运行情况内水压力+衬砌自重+山岩压力；放空情况衬砌自重+山岩压力。计算分析后，确定衬砌支护参数为：、类围岩段采用双层钢筋混凝土衬砌，衬厚0.5m；类围岩段采用C20双层钢筋混凝土衬砌，衬厚0.6m。隧洞全线均进行顶拱回填灌浆，对围岩周边进行固结灌浆，固结灌浆孔每排布置6孔，孔深3.0m，排距3.0m，灌浆 0.3Mp。3、调压井(1) 调压井设置判定由调压井设置公式:Tw=(Li*Vi)/(g*Hp)Tw: 压力水道中水流惯性时间常数，s；Li： 压力水道各分段的长度，m；Vi： 各分段内相应的流速，m/s；Hp： 设计水头，m经计算，Tw=34.04sTw=24s，故本工程需设置调压井。(2) 调压井型式选择银都水电站扩建工程调压井位于尼日河右岸厂房后坡上，引水隧洞出口的斜坡前缘带。调压井所处地面高程约1077m，覆盖层厚度5m左右。地貌上属尼日河级阶地，组成物质上部5m为第四系上更新统冲洪积粘土，可塑硬塑状态。覆盖层下伏基岩为侏罗系中统新村组下段泥岩夹砂岩，强风化带厚约7m。调压井井筒及底部置于泥岩夹砂岩上，岩石强度低，调压井围岩属稳定性差的类围岩。调压井所在的山坡无崩塌滑坡等不良物理地质现象，边坡基本稳定。具备修建调压井的地质地形条件。但考虑到开敞式便于施工，且运行管理较为方便，故采用开敞式调压井。调压井型式研究比较了简单圆筒式、阻抗式、差动式、溢流式等几种常规型式。差动式调压井可减小井筒高度，但增加了设置升管的工程量、结构复杂，故未采用；溢流式调压井，其溢水道附加工程量太大，也难于接受，地形条件也不允许；因此，设计主要对简单圆筒式和阻抗式调压井进行分析，两种型式结构简单，但与简单圆筒式调压井相比，阻抗式调压井波动的振幅小，衰减快，正常运行时水头损失小，故选择阻抗式调压井。(3) 调压井结构布置调压井内径20.0m，阻抗孔内径3.50m，底板高程1028.60m，井口高程1061.60m，井筒高度为33.0m。由于调压井跨度大，承受水头较大,且水位变幅较大,波动频繁, 故确定井筒衬砌厚度为2.0m,采用现浇双筋混凝土衬砌,由配置的钢筋抵抗内水压力产生的应力。并沿四周及底板设置锚筋,锚筋采用22,锚杆长度为5 m,间排距3 m,呈梅花型布置。再沿四周采用固结灌浆处理。根据引水系统布置，其调压井“托马”临界稳定断面积按引水隧洞可能最小糙率计算得FK=271.02m2，调压井设计断面积为314.16m2，相应的“托马”断面稳定安全系数为1.12。 (4) 调压井水位计算调压室最高与最低涌浪水位计算，采用SLSDK计算程序电算，其计算条件及成果见表5-6。调压室涌浪水位计算条件与成果表表5-18 计算工况 计算参数与成果丢弃负荷增加负荷一台机全丢负荷一台机增至满发 闸前水位（m）1043.601043.60 糙 率0.0150.015 导叶关闭与开启时间TS（S）77 涌浪水位（m）1054.601030.60经计算，调压井最高涌浪水位1054.60m，最低涌浪水位为1030.60m。4、压力管道(1) 管道布置压力管道围岩为侏罗系中统新村组下段紫红色泥岩夹砂岩，岩层产状为N40W/SW10。段内构造简单，次级褶曲不发育 ，小断层、构造破碎带出露频率较低，岩体完整性尚好。压力管道采用埋藏式，由上平段、斜管段、下平段组成。压力管道内径为4.5m，衬砌厚度0.5m，压力管道总长为138.807m。(2) 管径选择银都水电站扩建工程压力管道采用单管单机供水方式，设计引用流量为60m3/s。管径初步计算根据经验公式：DO=（5.2Q3/H）(1/7)DO:钢管直径（m）；Q：设计引用流量（m3/s），本工程为60 m3/s；H：最大毛水头（m），本工程为32.15m。经计算，钢管直径为DO=4.45m，结合水机调保计算，本工程压力管道钢管直径采用DO=4.50m，则管内流速V=3.77 m/s。 (3) 压力管道水头损失及水击计算压力管道管长124.707m（至蝶阀外边墙），内径4.5m，采用钢板混凝土衬砌，衬砌砼厚0.5m。钢板糙率取n=0.012，压力钢管水力计算按管流计算：压力钢管沿程水头损失按以下公式进行计算：hf=谢才系数：C=（1/n）R1/6水力半径：R=D/4L：压力钢管长度D：压力钢管直径压力钢管局部水头损失按下式计算：hj= 计入弯管、蝶阀的局部水头损失。当Q=60.0m3/s时，水头损失为0.67m。其水击升压系数=0.27，最大升压水头为H=8.74m,压力管道末端最大内水压力为0.40MPa。压力管道最大水锤升压出现在运行工况为拦河闸前水位1043.60m，单台机满荷运行，电站引用流量为60m3/s，突然丢弃全部负荷的情况，此时导叶关闭时间TS=7s。当取压力波传播速度C=607.6m/s，经计算最大水击升压为末相水击, 其水击升压系数=0.27，最大升压水头为H=8.74m,压力管道末端最大内水压力为0.40MPa。压力管道内的最小内水压力由调压井最低水位控制,此时压力管道不会产生负压。5.5.3 厂区枢纽1、厂房型式选择(1) 地形地质条件银都水电站扩建工程主厂房位于原厂房与综合楼之间，厂房地层表层为第四系人工堆积杂填土，结构松散，厚度1.83.6m。下伏第四系全新统冲洪积含漂卵砾石夹砂，卵石粒径一般520cm，含量65%，卵石之间充填物为砂砾，含量35%，卵砾石成分为玄武岩、石灰岩等，结构中密。厚度0.64.2m，厚度变化大，靠山边厚度大，靠河边厚度变小。覆盖层下伏侏罗系中统新村组下段泥岩夹少量砂岩。岩体强度较低，遇水易软化。(2) 厂房型式选择根据厂区地形地质条件，银都水电站扩建工程主厂房按地面式布置，厂区建筑物主要由主厂房、副厂房、升压站等建筑物组成。2、厂区枢纽布置选定方案的厂区枢纽由主厂房、副厂房、升压站等建筑物组成。(1) 厂内布置主厂房内安装一台HLJF3610B -LJ-285型水轮机、一台SF14-40/5100型发电机、一台100t/20t/5t桥式起重机，装机容量14.0MW，主厂房全长34.22m（其中，主机间长20.9m，安装间长13.32m），宽15.0m，高33.815m，建基面高程1001.425m。主厂房平面尺寸由水轮发电机组及其附属设备和蝶阀吊运控制，其纵轴线距上、下游边线分别为7.30m和7.70m，能满足机组安装、检修和蝶阀吊运的需要。主厂房上游侧布置有调速器和进水蝶阀及机旁盘、电缆沟等，下游侧为厂内主通道。主厂房结构采用框架填充墙，其基础为泥岩夹少量砂岩层。厂内水轮机中心安装高程1011.44m，水轮机间地面高程1014.24m，发电机间地面高程1020.74m，厂内桥机轨顶高程1030.24m。主厂房室外地坪高程为1020.24m,高于下游校核洪水位1016.23m。安装间进厂大门位于主厂房左侧。 副厂房及升压站副厂房紧靠于主厂房主机间侧布置，以便于运