东江水电站设计开题报告

东江水电站设计开题报告东江水电站设计开题报告 学生 周魁 2011401413 指导老师 彭辉老师 三峡大学水利与环境学院 1 1 工程概况工程概况 1 11 1 地位以及自然条件地位以及自然条件 东江水电站 Dongjiang Hydroelectric Power Station 中国 80 年代湖南省内最大的水电站 装机容量 50 万 kW 并兼有防洪 航 运 养殖和工业供水等综合效益 位于资兴县罗霄山脉西麓湘江支流耒水上 地理坐标 东经 北纬 峡谷两岸山高大于113 10 113 50 25 30 25 55 500 米 岸坡 两岸对称 呈典型 V 型河谷 高程 285m 以下 河4550 谷宽高比约为 2 1 基岩坚硬完整 地形地质条件较优越 常水位时水面宽 20 40 米 水深 1 3 米 水下覆盖有砂卵石夹块石 厚 2 5 4 65 米 岸坡 基石裸露 冲沟发育 岩石受节理裂隙切割 崩溃岩石形成摊险激流 距资兴 市 10km 坝址上游控制流域面积 4719 平方公里 多年平均流量 144 立方米 秒 上游盛产木材 有钨 铁矿藏 河谷呈 V 形 两岸山势雄伟 植被茂密 基岩 为坚硬致密的花岗岩 地质构造简单 是一优良水电开发地址 主要送往来阳 和衡阳两地 坝址区气候温和 多年平均气温 最高气温 最低气温 17 3 C 42 C 坝址以上多年平均降水量 1607 毫米 雨量多集中在春夏之交 历年平10 C 均风速为 2m s 历年最大风速为 25m s 坝址上游为中高山峡谷区 盛产木材 坝址中下游属低山丘陵和丘陵盆地 区 是湖南产粮区之一 有我国南北交通大动脉京广铁路通过 主要城镇有衡 阳 长沙等市 水电站距郴州市约 45 公里 有公路相接 坝址右岸有新修铁路 15 公里与 京广铁路的许一三支线木根桥车站通接 对外交通方便 坝址以下 17 公里有鲤 鱼江火电厂 现在装机 22 4 万千瓦 是本电站施工的主要电源 1 21 2 功能功能 电站枢纽主要由混凝土双曲拱坝 两岸潜孔滑雪式溢洪道各一座 左岸放 空兼泄洪洞一条 右岸泄洪洞一条 过木道一条和坝后式厂房等组成 坝高 157m 是 20 世纪 80 年代中国大陆上最高的混凝土双曲薄拱坝 坝内装设有自 动安全监测系统 它的建成标志中国拱坝建设进入成熟时期 水库正常蓄水位 285m 总库容 81 2 亿立方米 具有多年调节性能 泄洪建 筑物采用较新颖的窄缝挑流消能方式 发电厂房位于坝下游 长 106m 宽 23m 高 55 1m 安装单机容量 12 5 万 kW 水轮机组 4 台 总装机 50 万 kW 是耒 水干流上 13 个梯级水电站中库容和装机容量最大的主导电站 电站担负华中电 网中补偿调节及调峰 对提高电网的质量有重要的作用 联合运行时 保证出 力提高至 30 万 kW 水库的调蓄功能在一般年份可免除下游 3 0 万亩农田的洪 涝灾害 并使京广铁路灶市段的防洪标准提高至 100 年一遇水平 库区回水长 160km 可发展航运 下游 9km 峡谷出口处建有小东江水电站 形成反调节水库 可 保证泄放不小于 30 立方米 秒的流量时 下游永兴至耒阳段的航运得到改善 坝址处呈 V 形河谷 两岸对称 宽高比 2 1 常水位时 河面宽 20 40m 一般水深 1 3m 河床沙砾石覆盖厚度 3 5m 基岩主要为燕山期花 岗岩 岩性致密 坚硬均一 主要断层有 F3 主要裂隙有 K6 坝址基本地震烈 度 7 度 设计裂度 8 度 坝址以上流域面积 4719 平方公里 多年平均流量 144 立方米 秒 实测最 大洪水流量 5310 立方米 秒 调查历史最大洪水流量 8400 立方米 秒 大坝按 千年一遇设计 洪峰流量 13900 立方米 秒 相应库水位 289m 万年一遇加 20 校核 洪峰流量 24100 立方米 秒 相应库水位 293 4m 总库容 91 5 亿立方米 正常蓄水位 285m 相应库容 81 2 亿立方米 死水位 237m 调节库容 56 7 亿立 方米 属多年调节水库 水库面积 160 平方公里 共迁移人口 49100 人 淹没 耕地 3824 公顷 1 31 3 电站枢纽电站枢纽 东江水电站主要由混凝土双曲拱坝 两岸潜孔滑雪式溢洪道各一座 左岸 放空兼泄洪洞一条 右岸泄洪洞一条 过木道一条和坝后式厂房等组成 坝高 157m 是 20 世纪 80 年代中国大陆上最高的混凝土双曲薄拱坝 坝内装设有自 动安全监测系统 它的建成标志中国拱坝建设进入成熟时期 水库正常蓄水位 285m 总库容 81 2 亿立方米 具有多年调节性能 泄洪 建筑物采用较新颖的窄缝挑流消能方式 发电厂房位于坝下游 长 106m 宽 23m 高 55 1m 安装单机容量 12 5 万 kW 水轮机组 4 台 总装机 50 万 kW 是耒 水干流上 13 个梯级水电站中库容和装机容量最大的主导电站 电站担负华中电 网中补偿调节及调峰 对提高电网的质量有重要的作用 联合运行时 保证出 力提高至 30 万 kW 水库的调蓄功能在一般年份可免除下游 3 0 万亩农田的洪 涝灾害 并使京广铁路灶市段的防洪标准提高至 100 年一遇水平 库区回水长 160km 可发展航运 下游 9km 峡谷出口处建有小东江水电站 形成反调节水库 可 保证泄放不小于 30 立方米 秒的流量时 下游永兴至耒阳段的航运得到改善 1 41 4 工程特性表工程特性表 枢纽水位特性表 序号名称数量单位备注 流域面积 11905 平方公里 1 坝址以上 4719 平方公里 2 利用水文系列年限 34 年 3 多年平均年径流量 45 4 亿立方米 代表性流量 施工期导流流量 1790 立方米 秒 设计洪水流量 13900 立方米 秒 校核洪水流量 18600 立方米 秒 保坝洪水最大流量 31100 立方米 秒 实测最大流量 5310 立方米 秒1961 年 8 月 2 日 4 调查历史最大流量 8400 立方米 秒1971 年 8 月 1 日 泥沙 实测最大悬移质含量 4 7 公斤 立方1967 年 7 月 1 日 多年平均输沙律 32 0 公斤 秒34 年统计 5 多年平均输沙量 101 万吨 水库特性表 序号名称数量单位备注 正常高水位 285 米 设计洪水位 289 58 米 校核洪水位 291 15 米 保坝洪水位 293 75 米 死水位 237 米 1 水库水位 淤沙高程 170 米 2 水库面积 200 平方公里 总库容 81 2 亿立方米正常水位以下 有效库容 56 7 亿立方米3 水库库容 死库容 24 5 亿立方米 4 库容系数 1 3 5 调节特性多年调节 6 径流利用系数 0 99 1 51 5 工程施工工程施工 东江水电站工程土石方总开挖量 423 万立方米 其中主体工程 137 万立方 米 混凝土浇筑 171 万立方米 其中主体工程 146 万立方米 钢材 10 万 t 初期导流采用枯水期隧洞导流 汛期围堰过水方式 导流标准为 20 年一遇 流量 1760 立方米 秒 导流隧洞为城门式 高 13m 宽 11m 包括上 下游明渠 全长 636m 上 下游围堰为混凝土围堰 高度分别 33 8m 和 15 5m 共浇混凝 土 5 1 万立方米 后期采用导流洞与放空洞导流 坝身不过水的方式 大坝混凝土浇筑采用 2 台 20t 辐射式缆机配 6 立方米吊罐吊运入仓 1 台 10t 平移式缆机作辅助吊运 后期采用了振捣车振捣 共布置有 3 个混凝土拌 和系统 混凝土为四级配 水灰比一般在 0 5 以下 掺用减水剂 大坝不设纵 缝 薄层通仓浇筑 层厚为基础部位 1m 其余 2m 温度控制措施包括骨料预冷 埋设水管及仓面喷雾等措施 机口温度控制到 10 左右 初期混凝土浇筑时 出现了 108 条裂缝 其中 1 4 是贯穿性的 采用多种措施进行了处理 坝基帷幕灌浆共 4 5 万米 固结灌浆 4 2 万秒 由于 F3 断层对坝体应力影 响不大 未作专门处理 K6 裂隙斜切左岸坝基 影响拱坝应力和拱座稳定 并 构成上下游的渗漏通道 采用在裂隙面深孔灌浆处理 1 61 6 采用的新技术采用的新技术 坝基开挖采用三面预裂爆破技术 混凝土表面保护采用保温被和双层气垫 塑料薄膜 保温被是粒状聚苯乙烯泡沫塑料装入编织袋内缝制而成 由插筋挂 贴在横缝或上下游立面上 双层气垫塑料薄膜是由 2 层带气泡的塑料薄膜重叠而成 预先粘贴在模板 上 或在拆模后立即贴到混凝土表面 2 2 东江水电站设计的目的和意义东江水电站设计的目的和意义 2 12 1 课题意义课题意义 用工程实例作为毕业设计可以使我们将过去在学校所学的书本知识运用到 实际工程中去 完成从理论学习研究到解决实际工程问题的第一步 是检验学 生学习成效 获得学校及社会认可的一种有效形式 完完整整地做完一个工程 项目 可以使学生对大学所学知识全面 系统的回顾和总结 为今后工作打下 坚实的理论基础 通过体验从理论知识到工程成果转化的过程 提高了实际的 动手能力 使我们今后能更快地适应我们的从事的工作 2 22 2 课题目的课题目的 本设计课题是以东江电站工程为设计背景 根据所提供的工程概况和初步 设计资料 按照设计规范和相关要求 完成电站总体布置 包括引水系统 厂 房枢纽 基础等机构型式的选择 水力计算 电站设计 支承机构设计 基础 设计 细部构造设计 与水工 施工及监理专业联系紧密 通过毕业设计课题的开展 提高同学 们的动手能力和独立思考能力以及查阅科技文献的能力 培养同学们的科学研 究素质 3 3 东江水电站设计的具体内容 步骤东江水电站设计的具体内容 步骤 3 13 1 坝型选择坝型选择 该枢纽坝址为 V 形河谷 由坝址地形地质资料可知其地质条件较好 由地 形图可知两岸有厚实的山体 参照坝址地形地质资料和坝址地形图及河谷地质 剖面图可知 该处具备建造拱坝的良好条件 拱坝系两向或三向应力状态 材 料强能充分利用 依靠岸坡维持安全性高 坝型轻韧 抗震性能好 坝的体积 小 混凝土用量少 拱坝工程量小 施工速度快 投资少 虽然拱坝对地质地 形条件要求较重力坝为高 但该地区的地质地形条件较为理想 综上所述 在 此修建拱坝较为合理 3 23 2 设计依据设计依据 根据设计分等指标表来判别工程等级 3 33 3 拱坝几何尺寸的拟定拱坝几何尺寸的拟定 拱圈形状以变厚拱最为理想 但等截面圆弧固有丰富的使用经验 设计和 施工都较为方便 故本设计采用等截面圆弧拱圈 设计该拱坝为优先考虑的双 曲拱坝 再进一步确定坝址和坝高 由地支图上强风化层地质线可确定其开挖 线 再根据开挖后的地质图画出可利用基岩等高线地形图 大坝设计标准为一级建筑物 按千年一遇洪水设计 可能最大洪水保坝 拱冠断面由两条光滑曲线组成 底部高程 137 米 坝顶高程 294 米 坝高 157 米 底部厚 35 米 厚高比 0 22 坝顶宽 7 米 拟定坝顶拱圈中心角及与坝轴线半径轴 坝顶拱圈中心角常视作一个控制 性数据 它会影响整个坝的曲率 曲率不够会导致拱中产生不利的拉应力 在 V 型河谷中拱坝的较低部位常出现这样的情况 一般情况下顶拱的最大实用 中心角约为 90 110 由基岩石等高线地形图上可以确定开挖后坝顶高程处 所 以 根据拱坝坝址对地形的要求 理想的地形应是左右两岸对称 岸坡平顺无 突变 在平面上向下游收缩的峡谷段 坝端下游侧要有足够的岩体支承 以保 证坝体的稳定 再拟定坝顶厚度 拱圈厚度 拟定这些参数的原则是 控制悬 臂梁由自重产生的拉应力不超过 0 3 0 5MPa 对高坝还可适当加大 并使坝 体在正常荷载组合情况下具有良好的应力状态 坝的下部向上游倒悬 由于自 重在坝踵产生的竖向压应力可抵消一部分由水压力产生的竖向拉应力 但倒悬 度不宜太大 一般不超过 0 3 各高程拱圈的厚度 中心角 半径及圆心位置的拟定 在确定每一层拱圈 的半径 半中心角及圆心位置时 应该注意和遵循以下原则 a 沿坝高每隔 10 米左右取一层 本设计全坝高 60 米 分成 5 层拱圈 前四层每层 12 5 米 最后一层 10 米 b 为使各拱圈的布置应尽量接近对称河谷 各拱圈的左右 半中心角相差应控制在 3 度以内 c 为保证坝面在水平和铅直方向都是光滑 的 园心的轨迹线宜是光滑的连续曲线并必须位于基准面上 基准面为穿过拱 冠梁与拱坝轴线园心的铅直面 检查调整 在不同高程沿径向 指该高程拱圈的径向 切取若干垂直剖面 检查两岸悬臂梁轮廓是否光滑连续是否有过大的倒悬度 将各层拱圈的半径 中心角与园心位置分别按高程点绘 各连成曲线以检查其是否平顺光滑 检查 坝底与基岩接触面的轮廓线是否光滑连续 无突变 绘制沿拱轴线展开的纵剖 面图检查沿河谷开挖表面的坡度是否连续均匀变化以求得到光滑的纵剖面展开 图 拱冠梁法计算坝体应力 采用拱冠梁法程序计算各高程拱圈的拱冠与拱端 应力 3 43 4 坝尖稳定分析坝尖稳定分析 取单位高度拱圈分层校核坝肩的局部稳定 首先应根据拱坝平面布置图和 坝址地质情况通过分析选取那些拱端推力较大而下游岩体单薄的拱圈 在坝肩 的岩石无明显的节理裂隙等软弱结构滑动面情况下为简便起见可假设最危险的 滑动面为平行于拱圈基准线 即滑动面走向大致平行于河谷且其倾角地与岸坡 是平行的 3 53 5 边坡开挖计算边坡开挖计算 1 坝基开挖 拱坝应位于比较新鲜完整的岩石层上 应根据实际情况 确定开挖深度 整个开挖轮廓应均匀缓变 不的有突变尖角 倒坡等现象 坝 肩按径向开挖 在开挖时土层 巨风化层采用 1 1 开挖 强风化层采用 1 0 5 开挖 弱风化采用 1 0 3 开挖 3 63 6 溢流坝以及泄水建筑物溢流坝以及泄水建筑物 堰面曲线 下游面采用工程中最常采用的 WES 曲线 定型设计水头 取堰 顶最大水头的 75 95 坝身两岸潜孔滑雪道式溢洪道 左右各设置两孔 潜孔进口底板高程 256 怒 孔口尺寸为 18 7 5 米 宽乘高 滑雪槽沿其走向尽量按接近地表表面 布置 挑流鼻坎与大坝分离 布置原则使溢洪道既有允裕的泄洪能力 又将能 量大速度高的水流送到远离枢纽建筑物的下游 右岸右孔总长 143 0 米 右岸 左孔总长 113 02 米 左岸右孔总长 122 775 米 左岸左孔总长 152 775 米 在 正常高水位 285 米 水舌跳距 165 米或 170 米 为加大汛期泄洪量 并考虑人防和对大坝维修检修 设置了两条防空洞 均设置在右岸 分别称为一级防空洞和二级防空洞 一级防空洞 进口底板高程为 222 0 米 兼作为泄洪洞 当库水位达 289 52 米时参加泄洪 二级防空洞 进口高程为 170 米 用于水库放空 后期导流及导流洞关闭 后供水 大坝维修检修时可利用上游围堰将库水位降到 175 3 米高程以下 围 堰与大坝之间的基坑可以抽水 消能方式 挑流消能一般不需对下游河床设置保护工程 因而大大节省工 程费用 同时设计与施工均较方便简单 应用也较安全可靠 只要有足够的水 头 能保证水舌有一定的挑距 使冲坑远离建筑物 而且下游河床地址良好 尾水有足够的深度 水垫足以消杀大部分能量 均可采用 鼻坎高程 挑射角和反弧半径的确定挑砍末端与堰顶之间的高差大约为堰 顶设计水头 Hd 的 1 5 倍 溢流剖面拟定 3 73 7 大坝细部构造大坝细部构造 廊道设计 地基处理 固结灌浆 接触灌浆 坝基排水 闸墩的设计 3 83 8 电站总体布置电站总体布置 水电站厂房是将水能转为电能的综合工程设施 包括厂房建筑 水轮机 发电机 变压器 开关站等 也是运行人员进行生产和活动的场所 水电站厂房的主要任务 1 将水电站的主要机电设备集中布置在一起 使 其具有良好的运行 管理 安装 检修等条件 2 布置各种辅助设备 保证机 组安全经济运行 保证发电质量 3 布置必要的值班场所 为运行人员提供良 好的工作环境 主厂房设计 布置水电站的主要动力设备 水轮发电机组 和各种辅助设备 设置装配场 副厂房设计 布置控制设备 电气设备和辅助设备 是水电站运行 控制 监视 通讯 试 验 管理和工作的房间 主变压器场 高压开关站 进水道 尾水道和交通道路等设计 主要副厂房参考面积表达式 序号名称数量单位备注 1 机旁盘 7 块 2 发电机母线洞 2 6 1 4 米长 宽 3 发电机中性点 2 0 2 2 米 4 厂用低压配电室 60 平方米干式变压器三 台 5 近区开关柜室 90 平方米油浸变压器两 台 6 励磁弯压器室 140 平方米油浸式四台 3 3 1 8 长 宽 7 发电机出线电压 配电装置室 600 平方米占一层 8 高压实验室 80 平方米 9 中控室 100 平方米 10 10 不包 括计算机室 10 继电保护室 19 8 平方米 11 蓄电池室 酸室 15 9 平方米 12 压气机室 140 平方米 13 通风机室 140 平方米 14 管通间 150 平方米 15 油库及油处理室 250 平方米 16 排水泵室 45 平方米 17 尾水闸门式启闭 机 2 30 吨轨宽 3 6 米 水电站厂房的基本类型选择 坝后式厂房 厂房位于拦河坝的下游 紧接 坝后 在结构上与大坝用永久缝分开 发电用水由坝内高压管道引入厂房 基本水力机械资料 水轮机主要参数表 序号名称数量单位备注 1 水轮机型号 HL160 LJ 410 2 单机容量 127600 千瓦 3 机组设计流量 123 立方米 秒 4 机组转速 n 166 7 转 分 5 飞逸速度 n 365 转 分 6 调速器 DT 100 7 油压装置 HYZ 4 25 长 宽 2936 183 6 主变及开关站 主变型号 SSP7 150000 220 主变钟罩吊装高度9 97 米 变压器外形尺寸 8 59 4 2 7 11 米