马鹿塘水电站一期工程异形调压井设计与实践

1、马鹿塘水电站一期工程异形调压井设计与实践48云南水力发电YUNNANTERP0WER第25卷第3期马鹿塘水电站一期工程异形调压井设计与实践陈瑜龙,吴贵春(中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,云南昆明650051)摘要:马鹿塘水电站一期工程调压井的布置充分考虑了地形地质条件,环境保护要求,施工需要及节约理念,上下室采用了受力较好的(平置)圆柱(台)管,并为上下室的水力计算提供了精确的模型及公式.关键词:地下双室式调压井;马鹿塘水电站一期工程;水力设计;结构设计中图分类号:TV314;TV732.53文献标识码:B文章编号:10063951(2009)030048031工程概况马鹿塘水电站位于文山

2、州麻栗坡县盘龙河上,是盘龙河流域的第八个梯级;分为两期开发,一期工程采用引水式开发,以发电为主,电站装机2台总容量100MW.一期部分引水发电系统(钢管道,蜗壳日和2005年1月10日相继投产.2调压井基本地质条件工程区出露的地层主要有印支期花岗质黑云混合片麻岩和条痕状混合片麻岩,部分寒武系中,下统地区,不很发育;工程区内无区域性断裂通过,但距二条区域性断裂一文麻断裂带和南温河断裂较近,其中南温河断裂距坝址最近点3km,文麻断裂带距厂址最近点1km,两条断裂(断层)年龄均在5万年要受外围地震的影响,场地地震基本烈度为度.调压井位于盘龙河右岸的引水末端,岩性为花岗质黑云混合片麻岩(aGn),局部

3、夹白岗岩透镜体;片麻理产状N3045oW,NE50.70.,构造不发育,仅育有34组,按走向划分主要为NEE,NWW,NNW和NNE向,节理面多平直,粗糙,节理多闭合无充填,少部分微张开,岩体质量以,类为主,类居多;工程区物理地质作用主要表现为岩体风化及卸荷为主,调压井部位全风华深度约2030m.3调压井布置方案选择m,可研阶段推荐采用阻抗式调压井,调压井井筒高约50m,内径16.0m,阻抗孔直径2.4m;招标及技施阶段进行了有针对性的补充地质勘探及试验,根m,强风化层厚度35m,弱风化基岩裂隙较发育,因此不适宜布置较大断面的露天式调压井,结合调压井部位的地形地质条件,并考虑环境保护要求,确定

4、采用地下双室式.该布置型式适应地质条件,同时减少对地表的破坏.下室及升管围岩以类为主,上室围岩以,置的圆台形锥管,以满足排气要求;升管高48m;为缩短交通通风洞的长度,上室采用稍倾向升管并向山外弯曲的圆柱形管;上室尾部与交通通风(兼施工)洞连接,调压井立体示意见图1,平面布置见图2图1马鹿塘水电站一期工程调压井立体示意图÷收稿日期:2009一o227作者简介:陈瑜龙(1960一)男,浙江金华人,高级工程师,主要从事水利水电工程水工设计工作.陈瑜龙,吴贵春马鹿塘水电站一期工程异形词压井设计与实践49图2调压井平面布置图4调压井水力设计调压井升管内径由水力稳定条件确定:A:k一2g(a+

5、麦)(风一h.o一3hm)式中:As为维持升管内水面稳定所需要的面积;k为o.11.1的系数;升管直径D=为6m.调压井水力学计算,采用如下数学模型:能量方程:(L八dv)=一z一连续方程:F()=Q能量方程进一步细化为:()()=一z一(KI2)Q一(Ko/2)Q,式中:引水道长度,m;Z调压室内水位,以水库水位为基准面,向上为正,m;g重力加速度,ITl/S2;引水道中的流速,以流向调压室为正,m/s;f引水道断面积,rn=;Q引水道流量,流向调压室为正,m3Is;Q水轮机引用流量,m3/s;Q,调压室进出流量,流进调压室为正,m3/s;F调压室断面积,;h水头损失,m;K引水道中水头损失

6、系数;/Co调压室阻抗孔阻抗系数.保证计算精度,把每一个震荡周期分为lO万步.下室为圆锥的一部分,如图3,水面下降深度h由V=2Vl一(一)试算求得.其中,VI=aR3arccos;:研;=dzdy,将右边积分%后得:=詈sec(arccos)tg(,ecos)(arccos)+80g(areeo$)31(R一);式中:口=车,其中i及k为锥管的坡度;h为水位下长度大于下室长度L时,应减去下室长度以外部分的体积.图3下室水体计算模型图上室为倾斜的(%)圆柱管,为简化I'-1越,先假定圆柱为水平放置,并将上室内的水面偏转一个角度()如图4;则上室水位上升高度h,可由V=2(v,+v2)试

7、算求得;其中,=d+争删上式进行极坐标变换后得:车f.ofl(一rsin),d,积分后得:=(丁khR2一3i)眦sin一吉sin(2arcsiI1)+百kR3sin(2aresill)一百kR3arcsiI1+sin(4aresin).百L眦.m+n.mJ;:/2Rh-h2.式中:i及k为E室的倾斜度,R为E室半径,h云南水力发电2OO9年第3期为上室内水位上升高度;当h使得AD的长度大于时,应减去上室长度以外部分的体积.图4上室水体计算模型图经计算,下室内径7.4m,长度67m,最低涌浪水位493.884m,由增负荷过程中突然丢弃全负荷的第二负波控制;上室内径8m,长度84m,最高涌浪水位

8、525.628m,由丢弃全部负荷的第一涌波控制.下面对上室内水体容积的误差进行分析,如图4的计算模型是将实际的上室旋转一个角度(0=aretg÷)使其水平放置的圆柱体,如图5(a),如将模型转回至实际的上室位置,则模型与实际情况将不完全一致,因此将在两端产生两个误差区A和B,如图5(b);其中A区将使上室的实际容量增大,而B区则使上室的实际容量减小.由于上室的倾斜角较小(一般i/k=1.5%),因此A,B相互抵消一部分后,实际误差是可以接受的.按本上室的尺寸,经计算分析,其最大误差将小于0.552m3,即上室的实际容积比计算值减小的量不超过0,552m3.5调压井结构设计下室及升管主

9、要位于类围岩区,由于下室及升管的大部分长期受内水作用,因此采用全断面钢0.5m.根据上室的工作条件,上室只有机组在丢弃负荷时才短时承受内水荷载,其余大部分时间均不承受内压;考虑到上室围岩以,类为主,为降低上室及钢管道上平段的外水压力,上室采用间隔衬砌,每衬砌15m左右间隔约15m,其中衬砌段覆盖了类围岩区;非衬砌段采用挂网喷锚支护并设排水孔,底部以素混凝土找平.(b)图5上室水体计算误差示意图马鹿塘二期电站兴建时需对一期调压井升管进行部分封堵,以使隧洞能适应高水头的压力作用.6调压井运行与实践马鹿塘水电站一期工程于20O4年1O月15El下闸蓄水,l618日引水系统充放水试验,l923日机组调试及试运行;经过首台机组试运行单机甩满负荷(50%一0)检验,实测调压井最高涌浪为523.60m,与计算的单台机甩满负荷最高涌浪523.729m很接近;增负荷运行表明,最低涌浪水位满足电站运行安全;经过实地观测,电站正常运行并网运行,第二台机于2005年1月10日投入运行,由于系统原因,未能进行两台机甩满负荷(100%'-"