布侖口-公格爾水電站廠址及廠房布置設(shè)計(jì)

韓愛(ài)萍 孫紅麗

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

布侖口-公格爾水電站工程是一項(xiàng)具有灌溉、發(fā)電、防洪和改善生態(tài)等綜合利用效益的Ⅱ等大(2)型水電站工程,公格爾水電站是蓋孜河中游河段的第一個(gè)梯級(jí)電站。

工程由大壩、溢洪道、導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)等建筑物組成。電站裝機(jī)容量200MW,廠房為3級(jí)建筑物。電站廠房設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。工程基本烈度定為Ⅷ度,場(chǎng)地基巖峰值加速度壩址和廠房50年超越概率10%的地表水平向峰值加速度平均值分別為304.8gal、259.9gal。

2 廠區(qū)地形、地質(zhì)條件

廠房位于蓋孜河左岸,該處蓋孜河河谷寬350m～400m,河流縱坡較大。左岸發(fā)育Ⅲ、Ⅳ級(jí)階地,整個(gè)廠房地形場(chǎng)地較開(kāi)闊,南北寬200m,東西長(zhǎng) (沿河流方向)約700m～800m。Ⅳ級(jí)階地寬50m～60m,地面高程2658m～2660m;Ⅲ級(jí)階地寬110m～120m,地面高程2643m～2645m;尾水處河床高程2624m左右。

廠區(qū)基巖巖性主要為中厚層-薄層狀綠泥石石英片巖、云母石英片巖組成,片理發(fā)育,產(chǎn)狀320°SW∠80°～85°,屬單斜構(gòu)造。廠區(qū)均無(wú)大的斷層通過(guò),距現(xiàn)代活動(dòng)F1斷層18km,距離較遠(yuǎn),無(wú)影響。

廠房位于左岸Ⅲ級(jí)階地第四系上更新統(tǒng)沖積含漂石砂卵礫石碎石層上 (Q3al),該處地形平緩,地面高程2658m～2660m。Ⅲ、Ⅳ級(jí)階地上部的第四系上更新統(tǒng)沖積含漂石砂卵礫石碎石層進(jìn)行了物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn),第四系上更新統(tǒng)沖積含漂石砂卵礫石碎石層天然密度2.26g/cm3～2.28g/cm3,含水率3.2%～3.5%,干密度2.18g/cm3～2.21g/cm3,相對(duì)密度0.82～0.89,結(jié)構(gòu)密實(shí)。22m以下為下更新統(tǒng)冰磧含塊碎石砂壤土層,該地層物理力學(xué)性質(zhì)較好,密實(shí),基礎(chǔ)允許承載力400kPa。

3 廠區(qū)樞紐布置

3.1 布置原則

進(jìn)行電站廠房布置時(shí)要考慮滿(mǎn)足總體樞紐布置的協(xié)調(diào)性,并考慮以下原則:

(1)結(jié)合實(shí)際地形、地質(zhì)條件 (巖層、裂隙走向及傾向),盡量減少開(kāi)挖量并保證廠房后邊坡穩(wěn)定。

(2)布置地下廠房方案時(shí),洞室布置在地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、巖體完整堅(jiān)硬、上覆巖厚度不小于2～3倍洞室跨度、地下水微弱及山體穩(wěn)定地段,并避開(kāi)大斷層、節(jié)理、裂隙發(fā)育區(qū)、破碎帶及高應(yīng)力區(qū)。

(3)建筑物應(yīng)避開(kāi)高陡邊坡及山洪水流沖擊。

3.2 廠址比選方案

電站具備地面廠房和地下廠房的地形、地質(zhì)條件,根據(jù)工程區(qū)地形、地質(zhì)條件及樞紐建筑物布置的適宜性,擬定了兩個(gè)右岸山體內(nèi)地下廠房方案和兩個(gè)右岸Ⅲ、Ⅳ級(jí)階地地面廠址方案,對(duì)四個(gè)方案進(jìn)行綜合比選。經(jīng)四個(gè)方案從地形、地質(zhì)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、樞紐布置、施工、運(yùn)行等條件比較,布置在右岸Ⅲ級(jí)階地上的地面廠房方案優(yōu)勢(shì)較明顯,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)建筑物布置條件。Ⅲ級(jí)階地上地面廠房遠(yuǎn)離后邊坡,廠區(qū)開(kāi)挖邊坡不高,不存在高邊坡問(wèn)題;尾水渠長(zhǎng)度較短,無(wú)深挖方問(wèn)題。廠房基礎(chǔ)均勻,坐落在含漂石砂卵礫石碎石層上 (Q3al);廠房坐落在國(guó)道上,恢復(fù)交通需要局部改線,適當(dāng)增加工程投資;地面廠房進(jìn)廠交通布置方便;地下廠房諸多參數(shù)由地質(zhì)條件確定,受地質(zhì)條件約束較大,不確定因素太多。

(2)運(yùn)行條件。地面廠房采光、通風(fēng)、防潮等條件較地下廠房好;地面建筑物布置較集中,管理方便;地面場(chǎng)地寬敞、平坦,布置附屬建筑不受限制。

(3)施工條件。地面廠房施工干擾較小,工期短,廠區(qū)地質(zhì)條件明確,不可遇見(jiàn)因素較少;地下廠房方案存在發(fā)生高地應(yīng)力、發(fā)生巖爆、存在有害氣體的可能性。

(4)投資方面。地面廠房投資較地下廠房方案省。

經(jīng)綜合比較后,推薦地面廠房布置方案,即廠房布置在右岸Ⅲ級(jí)階地國(guó)道上,地面高程為2642m～2646m,壓力管道與支管連接用 “卜”型岔。

3.3 廠區(qū)建筑物布置

電站廠房為岸邊地面廠房,壓力管道與支管連接用 “卜”型岔,引水發(fā)電洞長(zhǎng)度約18km。廠區(qū)建筑物由主要建筑物由主廠房、副廠房及220 KV GIS開(kāi)關(guān)室、主變壓器、尾水建筑物組成。

考慮工程地理位置及氣象條件,開(kāi)關(guān)站采用戶(hù)內(nèi)GIS設(shè)備布置型式。根據(jù)戶(hù)內(nèi)GIS設(shè)備布置,并考慮其它電氣設(shè)備布置及其經(jīng)濟(jì)合理等因素,廠區(qū)布置作了三種副廠房布置方案比較,詳見(jiàn)副廠房布置方案比較表。

(1)副廠房布置方案一:副廠房、G IS設(shè)備室及主變壓器均布置在主廠房上游側(cè),與主廠房平行布置。副廠房分四層,地面以下為電纜層,地面層為第一層,布置中控室、10kV高壓開(kāi)關(guān)站室、0.4kV低壓配電室、試驗(yàn)室等,第二層為電纜夾層,第三層為GIS設(shè)備層,總高度為28.7m。副廠房長(zhǎng)度為82.8m,寬度為13.0m。

(2)副廠房布置方案二:副廠房及GIS設(shè)備室布置在主廠房左端,與主廠房呈＂L＂字型;主變壓器布置在副廠房左端,與副廠房平行布置。副廠房緊貼主廠房左端墻布置。副廠房長(zhǎng)度為71.5m,寬度為12.5m。副廠房共分四層,總高度為26.8m,發(fā)電機(jī)層以下為電纜層,發(fā)電機(jī)層高程為第二層,布置中控室、載波通信室、試驗(yàn)室等,第三層為電纜夾層,第四層為GIS設(shè)備層。主廠房上游側(cè)布置13.0m寬發(fā)電機(jī)出線廊道,出線廊道與副廠房下部電纜層連接。

表1 副廠房布置方案比較表

(3)副廠房布置方案三:副廠房及GIS設(shè)備室布置在主廠房左端,與主廠房呈“一”字型;三臺(tái)主變壓器布置在副廠房上游側(cè),與副廠房縱軸平行布置。副廠房長(zhǎng)度為71.5m,寬度為12.5m。副廠房共分四層,發(fā)電機(jī)層以下為電纜層,發(fā)電機(jī)層高程為第二層,布置中控室、載波通信室、試驗(yàn)室等,第三層為電纜夾層,第四層為GIS設(shè)備層,總高度26.8m。主廠房上游側(cè)布置寬13.0m的出線廊道,出線廊道與副廠房下部電纜層連接。

從建筑物布置、電氣設(shè)備布置、施工條件、運(yùn)行條件、經(jīng)濟(jì)分析比較,推薦副廠房布置方案一,即副廠房、GIS設(shè)備室及主變壓器均布置在主廠房上游側(cè),與主廠房平行布置。

4 廠房布置

4.1 主廠房布置

主廠房?jī)?nèi)布置3×67MW沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組,主廠房長(zhǎng) 70.375m,其中安裝間長(zhǎng)20.275m,主機(jī)間總高 37.10m,安裝間高 30.1m,機(jī)組間距13.9m。根據(jù)設(shè)備及結(jié)構(gòu)布置要求,確定廠房上游側(cè)寬11.0m,下游側(cè)8.5m,總寬20.5m,主廠房設(shè)1臺(tái)160t/32t/5橋式起重機(jī),跨度16.5m。

機(jī)組安裝高程及出水管底板高程:根據(jù)發(fā)電時(shí)相應(yīng)電站最高尾水位為2627.464m,確定水輪機(jī)安裝高程定為 2630.464m,出水管底板高程為2624.464m,底板厚初定2.0m,出水管底板基礎(chǔ)高程為2622.464m。

水輪機(jī)層高程:蝸殼進(jìn)口斷面直徑1.4m,考慮蝸殼頂板厚及上部設(shè)備布置的需要,水輪機(jī)層高程為2632.464m。

發(fā)電機(jī)層高程:根據(jù)機(jī)組安裝尺寸及機(jī)架布置,確定發(fā)電機(jī)層高程為2640.464m,與水輪機(jī)層之間設(shè)夾層,夾層高程為2635.664m。

軌頂高程:發(fā)電機(jī)層以上空間尺寸受吊車(chē)起吊高度控制,考慮起吊檢修需要,軌頂高程定為2651.304m。

在發(fā)電機(jī)層2640.464 m高程,上游側(cè)設(shè)有球閥吊物孔,靠上游側(cè)排架柱之間布置機(jī)旁盤(pán);在1#、3#機(jī)組端頭各布置寬1.2m的鋼筋混凝土主樓梯,由發(fā)電機(jī)層至水輪機(jī)層。水輪機(jī)夾層高程2635.664m,其上游側(cè)布置吊物孔、發(fā)電機(jī)引出線等。水輪機(jī)層高程為2632.464m,上游側(cè)布置吊物孔、調(diào)速器、油壓裝及下球閥層樓梯,1#及3#機(jī)端頭各布置四臺(tái)機(jī)組供水及消防水泵。安裝間下部2632.464m層布置有空壓機(jī)室、油處理室、透平油庫(kù)、通風(fēng)機(jī)室、轉(zhuǎn)子檢修墩等。安裝間上部為發(fā)電機(jī)層高程,可滿(mǎn)足一臺(tái)機(jī)檢修、安裝和變壓器檢修需要,其上布設(shè)3.0m×3.0m 吊物孔、轉(zhuǎn)子檢修墩、上吊車(chē)鋼梯及消防設(shè)施,安裝間下游側(cè)布置進(jìn)廠大門(mén),主機(jī)間靠右端墻布置安全疏散門(mén)。

4.2 副廠房及戶(hù)內(nèi)GIS開(kāi)關(guān)站布置

戶(hù)內(nèi)開(kāi)關(guān)站布置在副廠房上部。副廠房布置在主廠房上游側(cè),與主廠房平行布置,其長(zhǎng)度與主廠房相同,寬度為12.5m,為多層框架結(jié)構(gòu)。共分4層,地面層以下為電纜層,高程為2635.664m;2640.314m高程與發(fā)電機(jī)層同高,布置有10kV高壓開(kāi)關(guān)室、電工一、二次試驗(yàn)室、0.4kV低壓配電室、蓄電池室、水機(jī)工具間、中央控制室、計(jì)算機(jī)室、交接班室、男女衛(wèi)生間等。2646.464m高程為GIS電纜夾層,左側(cè)主要布置分支母線筒和GIS電纜等;2649.464m高程為全封閉電氣組合層,即GIS室層,主要布置GIS設(shè)備及一臺(tái)5t電動(dòng)雙梁起重機(jī)。

在副廠房左、右端各設(shè)樓梯間,樓梯寬度不小于1.2m,上、下相通。滿(mǎn)足消防及運(yùn)行要求。

4.3 主變及出線場(chǎng)布置

本電站設(shè)置三臺(tái)主變壓器,利用副廠房上游側(cè)岔管回填平臺(tái)布置變壓器,平臺(tái)寬30m,場(chǎng)地滿(mǎn)足安裝、檢修變壓器要求。每臺(tái)變壓器周邊設(shè)儲(chǔ)油坑,坑內(nèi)鋪設(shè)卵石,并有事故排油管引至事故集油坑。

出線場(chǎng)布置在主變上游側(cè)上,經(jīng)地面的出線架引至第一根終端塔上。

4.4 廠外交通

進(jìn)廠交通由314國(guó)道通向廠區(qū),廠區(qū)地面高程為2640.464m,廠區(qū)有回車(chē)場(chǎng)及停車(chē)場(chǎng),布置滿(mǎn)足消防通道要求。

5 廠房伸縮縫布置

廠房基礎(chǔ)底板高程為2622.464m,基礎(chǔ)坐落在含漂石砂卵礫石碎石層上(Q3al)。根據(jù)《水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL266-2001)及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001),為解決廠房沉陷問(wèn)題,三臺(tái)機(jī)組不設(shè)縫,連成整體,主機(jī)段與安裝間設(shè)變形縫。

廠房下部結(jié)構(gòu)縫寬均為5cm,上部結(jié)構(gòu)主、副廠房之間縫寬20cm,副廠房之間縫寬10cm,縫間設(shè)置止水銅片,嵌縫材料為瀝青木板。

6 尾水建筑物布置

根據(jù)廠區(qū)建筑物布置、地形條件及經(jīng)濟(jì)合理性,尾水建筑物型式考慮埋涵和明渠兩種結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行比選。

由于尾水涵從投資及建筑物布置均占較大優(yōu)勢(shì),推薦尾水涵方案。尾水涵斷面為5m×5,雙孔。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)工程總體上,雖然電站廠房投資所占比例很小,但廠址選擇及廠房布置對(duì)工程正常運(yùn)行至關(guān)重要。布侖口水電站經(jīng)多種方案比選后確定地面廠房及尾水埋涵方案,即避開(kāi)了高邊坡對(duì)廠房安全影響,又節(jié)省工程投資,方便運(yùn)行管理,技術(shù)經(jīng)濟(jì)可靠。

(2)電站采用戶(hù)內(nèi)GIS開(kāi)關(guān)站布置,較適用當(dāng)?shù)貝郝詺夂颦h(huán)境。

(3)主變布置在副廠房上游側(cè),縮短了母線長(zhǎng)度,降低電能損耗。由于地面場(chǎng)地寬敞,主變檢修可就地進(jìn)行,無(wú)需運(yùn)至安裝間。

(4)布侖口水電站打破常規(guī)副廠房屋頂作為出線場(chǎng),將出線場(chǎng)布置在主變平臺(tái)上游側(cè),減小高聳出線塔對(duì)副廠房的影響;副廠房設(shè)計(jì)不受出線荷載制約,有利于高地震區(qū)結(jié)構(gòu)布置。