南宛河二級水電站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工

陳能鄉(xiāng)

(福建省尤溪縣水利局,福建 尤溪 365100)

1 工程概況

南宛河二級水電站主河道護(hù)國河全長12.81km,總集水面積87.5km2,裝機(jī)容量為二級20MW。流域內(nèi)最高海拔2300m,河口海拔1569m,落差361m,平均坡降28.18‰。該水電站采用引水混合式開發(fā)電站,主體結(jié)構(gòu)主要由攔河壩、引水隧洞、壓力管道、主副廠房和升壓站等組成。

2 工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 壩型選擇

電站位于滇西與緬甸接壤的隴川縣,壩址以上流域?qū)賮啛峒撅L(fēng)氣候區(qū),因印度洋水氣在此急速抬升,形成云南滇西強(qiáng)暴雨區(qū),同時壩區(qū)河谷狹窄,兩岸地形陡峻,難于布置開敞式溢洪道,不適合布置土石壩型。壩址區(qū)基巖為片理狀片麻巖、風(fēng)化較小、強(qiáng)度較高,兩岸邊坡穩(wěn)定能滿足要求。從地形、地質(zhì)條件及便于泄洪消能等因素考慮,應(yīng)采用重力壩型,通過對混凝土重力拱壩和漿砌石重力壩兩種壩型進(jìn)行比較,考慮到漿砌石重力拱壩的造價相對較低,能就近取材等特點,該工程采用砌石重力拱壩。

2.2 壩體布置與構(gòu)造

選擇木租壩溢流壩為主攔河壩,1#護(hù)國壩溢流壩,2#百條壩溢流壩,3#紅巖河壩溢流壩,4#豐線浪壩溢流壩等壩體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造也都類似,漿砌石重力拱壩都是從右至左溢流壩、沖砂孔和進(jìn)水孔等建筑物組成,現(xiàn)以木租壩溢流壩為例進(jìn)行具體分析。

木租壩溢流壩緊靠右岸布置,經(jīng)風(fēng)浪計算并考慮安全超高[1],確定堰頂程為1583.00m,壩頂高程1585.80m壩基礎(chǔ)高程1573.50m,溢流壩末端采用挑流消能方式。壩體采用C15埋石混凝土砌筑,溢流面為厚200mmC25鋼筋混凝土護(hù)面。沖砂孔布置在河床左岸,采用底孔沖砂,設(shè)1m×1m排砂閘,沖沙底高程1575.0m。進(jìn)水口布置左岸,上游8m處,孔口尺寸為2.5m×2.5m,底板高程為 1575.30m,孔頂高程為 1577.80m。閘長度3m,閘后為平底段。

閘體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),一期混凝土為C15,二期混凝土為C25,其余均為M7.5漿砌塊石支護(hù)。

2.3 引水建筑物

本電站引水建筑物有進(jìn)水口、引水隧洞、壓力管道等。

(1)進(jìn)水口。共布置五個進(jìn)水口,1#隧洞進(jìn)水口位于護(hù)國河壩上游10m處右側(cè),與河道主流方向垂直,設(shè)計流量1.8m3/s,進(jìn)水口底板高程為1586.13m,孔頂高程為1587.93m;2#隧洞進(jìn)水口位于百條河壩上游12m處右側(cè),與河道主流方向垂直,設(shè)計流量3.2m3/s,進(jìn)水口底板高程為1584.57m,孔頂高程為1586.37m;3#隧洞進(jìn)水口位于紅巖河壩上游12m處左側(cè),與河道主流方向垂直,設(shè)計流量3.2m3/s,進(jìn)水口底板高程為1583.7m,孔頂高程為1585.5m;4#隧洞進(jìn)水口位于豐線浪河壩上游15m處左側(cè),與河道主流方向垂直,設(shè)計流量 1.8m3/s。進(jìn)水口底板高程為1586.65m,孔頂高程為1588.45m;主洞進(jìn)水口布置木租河壩左岸,上游8m處,與河道主流方向垂直,設(shè)計流量5.4m3/s,孔口尺寸為2.5×2.5m,底板高程為1575.3m,孔頂高程為1577.8m。

根據(jù)地形、地質(zhì)條件及清污的要求,進(jìn)水口布置75°斜面粗細(xì)雙層攔污柵一道。

(2)引水隧洞。線路總長11520m,其中1#洞1560m,2#洞 3070m,3#洞2120m,4#洞 3020m,主洞1750m,87%圍巖基本穩(wěn)定,全為低壓力隧洞。采用明渠恒定均勻流的基本公式計算[2],1#,4#隧洞設(shè)計流量為1.8m3/s,隧洞采用城門形斷面型式,斷面尺寸為,進(jìn)出口段采用C20混凝土襯砌,襯砌斷面為1.5m×1.8m。2#,3#洞隧洞設(shè)計流量為3.2m3/s,隧洞采用城門形斷面型式,斷面尺寸為,進(jìn)出口段采用C20混凝土襯砌,襯砌斷面為1.8m×2.0m。主洞隧洞設(shè)計流量為5.4m3/s,進(jìn)水口底板高程為1575.3m。隧洞采用城門形斷面型式,斷面尺寸為,進(jìn)出口段采用C20混凝土襯砌,襯砌斷面為2.5m×2.5m。各隧道末端與壓力管道連接,連接段采有鋼管套接長80m,并采用C15混凝土回填,套管直徑采用1600mm,在管道與洞露天連接處設(shè)鎮(zhèn)墩和進(jìn)人孔。

(3)壓力管道。南宛河二級電站為高水頭引水式電站,電站毛水頭為 483m,凈水頭為 456m,設(shè)計流量為5.4m3/s,管道為露天式和深埋式敷設(shè),深埋式按洞式開挖鋼管鋪貼形式設(shè)計,采用焊接鋼管,因管線較長 (共2085m),由一根管向兩機(jī)供水,管外徑D=1600mm。沿管線每隔50m～80m左右設(shè)置鎮(zhèn)墩,共布置鎮(zhèn)墩29個,由于地形條件所限,鎮(zhèn)墩為不等距離布置,最長一段為96m,最短為72m,主要用于承受作用在管道上的各種外力,固定鋼管在任何方向發(fā)生的位移及轉(zhuǎn)角。兩鎮(zhèn)墩之間用混凝土埋管減少管壁產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。

管道設(shè)計流量按兩臺水機(jī)在工作水頭456m,發(fā)電機(jī)發(fā)出額定功率為2×10000kW,計算流量為5.32m3/s,此時管道中流速為2.66m3/S,沿程水頭損沿程水頭損失16.54m,局部水頭損失6.0m。

2.4 廠房

廠房布置型式為地面式,主廠房主要布置有水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組,行車、進(jìn)水閥、機(jī)旁控制盤及安裝間等,為三層布置,即尾水層、水輪機(jī)層、發(fā)電機(jī)層。根據(jù)水輪機(jī)安裝高程、起吊物的最大高度、行車高度等確定廠房凈高為22.97m,長31.5m,寬14m,為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),框架柱固結(jié)在獨立基礎(chǔ)上。

主廠房布置有主機(jī),起吊設(shè)備為32/5t電動雙梁橋式行車,跨度為12.5m。機(jī)組中心線距上游側(cè)內(nèi)墻面8m,距下游內(nèi)側(cè)墻面6m,機(jī)組中心間距10.0m;付廠房布置在在主廠房后側(cè),采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),高為 11.75m,長21.5m,寬8.3m,分三層布置,一層布有空壓機(jī)室、廠用變、勵磁變壓器室、空壓機(jī)室、油處理室;二層布有電纜層,三層布有中控室、高、低壓開關(guān)室。

2.5 升壓站

升壓站位于主付廠房下游側(cè),與主付廠房一字行布置,長55m寬25m,布置S9的主變25MVA一臺,一回110kV出線,升壓站與廠房通過電纜溝聯(lián)接,站址區(qū)后坡采用擋墻護(hù)砌。

3 主體結(jié)構(gòu)工程施工

3.1 首部樞紐施工

壩基土石方開挖時,開挖程序采用自上而下分層開挖,先岸坡,后基坑。施工方法為全風(fēng)化巖層采用1.0m3挖掘機(jī)開挖,推土機(jī)集碴,5t或10t自卸汽車出碴。強(qiáng)風(fēng)化巖層用YT-24手風(fēng)鉆鉆孔,松動爆破,推土機(jī)集碴,5t或10t自卸汽車運至棄碴場。

漿砌石工程采用膠輪車運輸,人工搬運進(jìn)行砌筑。壩體混凝土澆筑采用人力膠輪車運輸進(jìn)倉、人工平倉、插入式振搗器振搗。攔河壩采用C15埋塊石混凝土,在攔河壩施工中分左右兩段澆筑,首先完成沖砂閘所在半段,利用沖砂閘導(dǎo)流過水,完成另外半段的澆筑,至壩頂用C20鋼筋混凝土護(hù)面。

3.2 引水隧洞施工

采用挖掘機(jī)進(jìn)行引水隧洞進(jìn)出口的開挖,棄土堆在洞口左側(cè)形成平臺,兼做施工設(shè)備工棚之用;洞身采用機(jī)械打孔,人工爆破,人工清渣,農(nóng)用車運渣;洞襯砌采用人工裝摸、人工進(jìn)料方式施工。

3.3 壓力管道施工

壓力管道土方開挖由人工自上而下分層開挖,石方由手持式風(fēng)鉆鉆孔,松動爆破,可用石料沿管坡兩旁堆放,土石方由人工順坡把渣溜分段集中后,1.5m3裝載機(jī)裝5t自卸汽車就近選擇棄土場倒棄。

鎮(zhèn)墩和支墩或包管混凝土澆筑采用攪拌機(jī)拌制,人工輔以溜槽入倉,插入式振搗器振搗,灑水養(yǎng)護(hù)。漿砌塊石從石料場用5t自卸汽車運送至工地附近,人工搬運至工作面砌筑,攪拌機(jī)就近拌制砂漿。鋼管由生產(chǎn)廠家就近先制成單個管節(jié),汽車運送至工作面,坡面安裝時分段架支架,用卷揚機(jī)就位,人工焊接安裝。

3.4 廠區(qū)工程施工

廠區(qū)工程包括主、副廠房,升壓站,圍墻及室外地坪等。本電站廠房屬于引水地面式廠房,其海拔高程在1100m左右,為豐線浪河第一階臺地,較平坦開闊。廠區(qū)所產(chǎn)生開挖工程量較大,土方開挖采用1m3反鏟挖掘開挖;石方由手持式風(fēng)鉆鉆孔,預(yù)留保護(hù)層爆破;出渣用1.5m3裝載機(jī)裝8t自卸汽車就近選擇倒棄?；炷翝仓捎脭嚢铏C(jī)拌制混凝土,人工推手推車運送入倉,插入式振搗器振搗,灑水澆筑。漿砌塊石用5t自卸汽車自石料場運輸供給,人工搬運砌筑,攪拌機(jī)拌制水泥砂漿?；靥钍脧S區(qū)開挖石渣,人工推手推車運輸,分層回填,蛙式打夯機(jī)夯實。

4 結(jié) 語

針對云南省隴川縣水能資源的實際情況,對南宛河扇形河源支流的水能資源進(jìn)行開發(fā)利用,建設(shè)生成了新的電源點,有效增加了發(fā)電量,完善了該縣輸電骨架網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),為高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì),迅猛發(fā)展的礦冶工業(yè)提供必需的能源,推動全縣經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康發(fā)展。

[1]《小型水力發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》(GB50071-2002)

[2]《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(DL/T5057-1996)