南歐江五級(jí)水電站引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

魯　宏，李雙寶

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051)

?

南歐江五級(jí)水電站引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

魯宏，李雙寶

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051)

南歐江五級(jí)水電站引水發(fā)電系統(tǒng)由電站進(jìn)水口、壩后背管、壩后發(fā)電廠房組成，對(duì)電站進(jìn)水口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、壓力背管形式、鋼管過縫措施、蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹及分析研究，提出了技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、便于運(yùn)行管理的工程優(yōu)化方案。

引水發(fā)電建筑物；總體布置；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；南歐江五級(jí)水電站

南歐江五級(jí)水電站位于老撾豐沙里省境內(nèi)，是南歐江河流規(guī)劃中第5個(gè)梯級(jí)，該梯級(jí)壩址距下游四級(jí)壩址約50 km，距老撾萬象市公路里程731 km，距中國(guó)昆明市公路里程943 km。電站屬二等大(2)型工程，樞紐建筑物由碾壓混凝土重力壩、溢流表孔、沖沙底孔、壩式進(jìn)水口及壩后廠房等組成。最大壩高74 m，水庫正常蓄水位441.000 m(具有季調(diào)節(jié)性能)，裝機(jī)容量240 MW(3×80 MW)，年發(fā)電量為977 GW·h，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)4 071 h。

1　引水發(fā)電建筑物總體布置

南歐江五級(jí)水電站引水發(fā)電建筑物布置于河床和岸坡，由壩式進(jìn)水口、壩后背管、壩后主廠房及安裝間、上游電氣副廠房、尾水閘室及尾水渠等主要建筑物組成。

1.1壩式進(jìn)水口

壩式進(jìn)水口采用單管單機(jī)引水，布置于河床部位的5、6、7號(hào)壩段，壩段寬均為22 m，進(jìn)水口高程410 m，三孔進(jìn)水口各設(shè)6 m×8 m檢修門和6 m×7 m事故門。進(jìn)口上唇為R=2.4 m的圓弧，壓坡段長(zhǎng)3.5 m，坡比1∶3.5。下唇為R=2 m的1/4圓弧，閘室段為水平。檢修門前胸墻厚2.625 m，門槽寬為2.35 m，采用后止水平板門。事故門門槽胸墻厚3.465 m，門槽寬度為1.68 m，采用前止水平板門。3臺(tái)機(jī)共用一扇檢修門，檢修儲(chǔ)門槽布置在4號(hào)壩段之間。

攔污柵平臺(tái)高程408 m，懸出壩面7 m，共布置9孔4 m×35 m攔污柵。柵墩厚2.5 m，長(zhǎng)4.5 m，高37 m，設(shè)工作攔污柵槽，不設(shè)檢修攔污柵槽。柵墩在喇叭口上方每5.5 m設(shè)一層連系梁，柵墩間形成框架并與壩體相連。

1.2壓力鋼管

壓力鋼管結(jié)構(gòu)型式為壩內(nèi)埋管。采用局部半埋置和混凝土外包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管直徑為6.3 m，管壁厚度18～22 mm，設(shè)間距2.5 m、環(huán)高0.2 m、厚20 mm的加勁環(huán)。壓力鋼管設(shè)計(jì)工況最大凈水頭59.5 m，校核工況最大凈水頭60.42 m，最大(水擊作用下)HD=475.792 m2。

1.3主廠房和安裝間

主廠房布置為壩后式廠房，屬2級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，相應(yīng)下游尾水位396.413 m，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，相應(yīng)下游尾水位398.933 m，一臺(tái)機(jī)正常發(fā)電尾水位383.697 m。設(shè)計(jì)引用流量為3×190 m3/s。

主廠房長(zhǎng)114.52 m，寬21.1 m，高52.6 m，安裝3臺(tái)80 MW水輪發(fā)電機(jī)組，安裝高程381.5 m。其中，機(jī)組間距22 m，廠房?jī)魧?7.5 m，安裝間長(zhǎng)42 m，機(jī)組中心線上游凈寬7.25 m、下游凈寬10.25 m。主廠房高程399.7 m以上為框架結(jié)構(gòu)；以下為鋼筋混凝土墻式結(jié)構(gòu)，上游墻厚1.8 m，下游墻兼作下游擋水胸墻，墻厚3～2.5 m。安裝間下部布置油罐室、通風(fēng)設(shè)備層，廠區(qū)滲漏集水井和檢修集水井等。

1.4副廠房及GIS廳

電氣副廠房布置在壩與廠房之間、壓力鋼管上方混凝土回填形成的385.5 m平臺(tái)上，為4層框架結(jié)構(gòu)，分別為技術(shù)供水層、發(fā)電電壓設(shè)備層、主變層和GIS層，最底層樓面高程386.5 m，386.5 m高程以下廠壩分縫采用接縫灌漿處理，386.5 m高程以上副廠房與主廠房間設(shè)永久結(jié)構(gòu)縫，縫寬100 mm。

主變壓器和柴油發(fā)電機(jī)房布置在主變層內(nèi)，高程399.9 m，層高11 m。

GIS廳布置在1、2號(hào)主變室頂，樓面高程410.9 m，層高13.6 m，GIS廳長(zhǎng)39.7 m，寬12.5 m，室內(nèi)凈寬10.5 m。GIS屋頂布置230 kV出線場(chǎng)，出線自出線場(chǎng)向上游跳至進(jìn)水口壩段壩后出線掛點(diǎn)，再向下游側(cè)右岸出線。

壩與副廠房間混凝土回填至399.7 m高程，形成寬8.9 m的主變搬運(yùn)通道。

中控樓布置在副廠房左端、安裝間上游側(cè)，共2層。

1.5尾水閘室及尾水渠

尾水檢修閘門為一機(jī)二門布置方式，閘門尺寸5.826 m×4.35 m。2扇檢修閘門共用1輛臺(tái)車啟閉。閘底板高程367.5 m，建基高程與主廠房相同，均為365.6 m，尾水閘墩高21.5 m，尾水門檢修平臺(tái)高程389 m，尾水平臺(tái)高程399.5 m。

尾水渠長(zhǎng)31.74 m，底寬65.6 m，縱向坡度為1∶2。尾水渠左岸為1∶0.2的混凝土貼坡，右岸與沖沙底孔邊墻結(jié)合。

1.6進(jìn)廠交通

進(jìn)廠運(yùn)輸采用左岸下游進(jìn)廠交通公路直接進(jìn)廠的方式。進(jìn)廠道路與主變搬運(yùn)通道、尾水平臺(tái)共用一條進(jìn)場(chǎng)公路，進(jìn)廠道路通過場(chǎng)內(nèi)回車場(chǎng)平臺(tái)與主變搬運(yùn)通道、尾水平臺(tái)相連。進(jìn)廠大門布置在安裝間下游側(cè)，與回車場(chǎng)平順銜接。

2　工程主要技術(shù)節(jié)點(diǎn)

2.1電站進(jìn)水口結(jié)構(gòu)

南歐江五級(jí)電站進(jìn)水口攔污柵柵墩布置在懸出上游壩面7 m的平臺(tái)上，平臺(tái)高程408 m，懸臂平臺(tái)底面的傾斜角為45°。為與大壩間設(shè)置橫縫相適應(yīng)，攔污柵柵墩及其平臺(tái)亦設(shè)有永久縫。將每個(gè)進(jìn)水口攔污柵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為3跨5層的框架，相鄰進(jìn)水口攔污柵結(jié)構(gòu)之間由寬7 m、厚2.5 m的隔墻分開。攔污柵凈寬4 m，立柱為2.5 m×4.5 m的方圓形截面。

2.2壓力背管形式

壓力鋼管上彎段、斜直段、下彎段直徑為D=6.3 m，按照與外圍混凝土聯(lián)合受力設(shè)計(jì)。壓力鋼管下游側(cè)的下平段直徑D=6.3～5.317 m，為設(shè)有彈性墊層的壩內(nèi)埋管，其外圍混凝土承擔(dān)壩體應(yīng)力并分擔(dān)少量的內(nèi)水壓力，鋼管下平段按照單獨(dú)承擔(dān)內(nèi)水壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)。

首先定義安全性預(yù)測(cè)的兩類錯(cuò)誤(1)誤報(bào)，即系統(tǒng)是安全的,監(jiān)控器判定系統(tǒng)不安全，(2)漏報(bào)，即系統(tǒng)進(jìn)入了不安全狀態(tài)，監(jiān)控器判定系統(tǒng)是安全的.引起上述兩類錯(cuò)誤不僅和本文方法預(yù)測(cè)精度有關(guān)也和系統(tǒng)安全性概率閾值的選擇相關(guān).例如，在給定閾值下，如果系統(tǒng)是安全的，但系統(tǒng)安全性概率低于閾值，引起監(jiān)控器誤報(bào).相反，如果系統(tǒng)是不安全的，但系統(tǒng)安全性概率高于閾值，會(huì)引起監(jiān)控器漏報(bào).反例預(yù)測(cè)錯(cuò)誤是指系統(tǒng)違背安全屬性時(shí)，產(chǎn)生的最大可能執(zhí)行路徑不是反例.在此定義下，反例預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤和閾值無關(guān)，能真實(shí)反映本文方法反例預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤率.

計(jì)算分析表明，管壩接縫面應(yīng)力、管道軸向應(yīng)力均可以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，管道環(huán)向拉應(yīng)力可通過配筋來解決。

2.3鋼管過縫措施研究

以往在主、副廠房之間通常設(shè)永久縱向縫并設(shè)置伸縮節(jié)，以適應(yīng)壩基不均勻沉陷和溫度變化，但近年來很多工程經(jīng)研究取消伸縮節(jié)，以墊層管作為過縫措施，可節(jié)省投資、簡(jiǎn)化鋼管施工，已取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益與工程經(jīng)驗(yàn)。

南歐江水電站廠壩間壓力鋼管過縫不設(shè)伸縮節(jié)，過縫段采用外包360°彈性墊層，墊層采用膨脹聚苯乙烯材料，厚30 mm，設(shè)彈性墊層的管段按明管設(shè)計(jì)。廠壩間分縫灌漿至385.5 m高程。在壓力管與外包鋼筋混凝土聯(lián)合受力時(shí)，管下方90°范圍進(jìn)行接觸灌漿，灌漿壓力為0.2 MPa，管道上方不再進(jìn)行灌漿處理。在廠壩分縫處的壓力管環(huán)焊縫預(yù)留在大壩蓄水后焊接。

2.4蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)

2.5廠房結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

電站廠房抗震設(shè)防烈度為7度，抗震概率水準(zhǔn)采用基準(zhǔn)期50年超越概率5%，基巖水平峰值加速度0.12g。廠房主體結(jié)構(gòu)按DL 5073—2000《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

上游副廠房及GIS樓為框架和框架剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM系列中的SATWE進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)分析，并按規(guī)范要求采用抗震構(gòu)造措施。廠房?jī)?nèi)、外部磚墻按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中7度地震區(qū)磚墻抗震構(gòu)造要求進(jìn)行抗震構(gòu)造措施設(shè)計(jì)。

2.6主廠房下部結(jié)構(gòu)

廠房下部結(jié)構(gòu)主要包括廠房底板、尾水管、蝸殼、擋水墻、尾水閘墩。采用平面簡(jiǎn)化計(jì)算和三維有限元方法對(duì)廠房下部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形進(jìn)行分析，根據(jù)DL/T 5057—2009《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行配筋計(jì)算。

尾水管的型式為彎肘形，出口擴(kuò)散段為平坡，出口處斷面尺寸為13.76 m×5.5 m(寬×高)，內(nèi)設(shè)2.5 m厚中墩將擴(kuò)散段分隔為2孔，單孔寬度5.63 m。擴(kuò)散段長(zhǎng)14.52 m，進(jìn)口處高3.07 m，出口處高5.5 m。因單孔尾水管寬度不大，僅為5.63 m，尾水管頂板混凝土采用現(xiàn)澆。

電站廠房不設(shè)下游副廠房，布置十分緊湊，為滿足廠房檢修尾水閘門的布置和尾水管長(zhǎng)度的要求，尾水閘門布置在尾水管中部。

2.7主廠房上部結(jié)構(gòu)

主廠房上部結(jié)構(gòu)主要包括主廠房上下游排架結(jié)構(gòu)、屋蓋結(jié)構(gòu)等。廠內(nèi)布置2臺(tái)175 t/10 t橋機(jī)，橋機(jī)單個(gè)最大輪壓450 kN。上下游承重結(jié)構(gòu)采用排架柱結(jié)構(gòu)，柱牛腿支承橋機(jī)軌道梁。排架柱間設(shè)連系梁，兼做柱間支承，同時(shí)加強(qiáng)排架柱的整體剛度。排架柱間墻采用磚墻。為滿足現(xiàn)場(chǎng)施工工期和施工條件的要求，安裝間吊車梁采用單跨預(yù)制鋼筋混凝土梁，1#～3#機(jī)上游側(cè)吊車梁采用單跨預(yù)制鋼筋混凝土梁，1～3 號(hào)機(jī)下游側(cè)吊車梁采用鋼筋混凝土連續(xù)梁。廠房屋頂跨度21.1 m，在比較了現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋面結(jié)構(gòu)型式后，選擇自重輕、抗震性能好的正放四角錐空間螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2.8副廠房結(jié)構(gòu)

副廠房及GIS樓399.70 m高程以下為半地下結(jié)構(gòu)，399.70 m高程以上為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。主變層根據(jù)功能需要采用1.5 m的厚板結(jié)構(gòu)，其余各層采用梁板式結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM系列中的SATWE進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)分析。副廠房(含中控樓)總長(zhǎng)140.57 m，按規(guī)范要求，縱向分為三個(gè)結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)單元設(shè)一道100 mm的結(jié)構(gòu)縫，上游副廠房與主廠房之間設(shè)一道100 mm的結(jié)構(gòu)縫。

3　結(jié)　語

南歐江五級(jí)水電站引水發(fā)電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、荷載分布不規(guī)則、局部荷載較集中等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中充分考慮上述特點(diǎn)，在可研設(shè)計(jì)成果的基礎(chǔ)上，對(duì)引水發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次優(yōu)化設(shè)計(jì)。電站進(jìn)水口、壓力鋼管、廠房蝸殼、廠房上下部結(jié)構(gòu)等重要部位分別進(jìn)行詳細(xì)研究，均滿足了設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)要求。

[1]SL 266—2001水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2]蔡雄， 楊建強(qiáng)， 魯宏， 等. 阿海水電站引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 水力發(fā)電， 2012， 38(11)： 45- 47．

[3]DL 5073—2000水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[4]DL/T 5057—2009水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[5]DL 5077—1997水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[6]GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

(責(zé)任編輯高瑜)

Design of Diversion-Generating System of Nam Ou 5 Hydropower Station

LU Hong, LI Shuangbao

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

The diversion-generating system of Nam Ou 5 Hydropower Station is composed of intakes, penstocks on downstream face of dam and powerhouse at dam-toe. Some key technical issues, including the design of intake structure, the form of penstock, the treatments of penstock passing through the joint between dam and powerhouse, the design of external concrete structures of scroll case, are specially studied, and the design optimizations which are feasible in technology, reasonable in economy, convenient in construction and easy in operation and management are also put forward．

diversion-generating system; general layout; structural design; Nam Ou 5 Hydropower Station

2016- 03- 08

魯宏(1979—)，男，云南安寧人，高級(jí)工程師，主要從事水電站的設(shè)計(jì)工作．

TV731.5(334)

A

0559- 9342(2016)05- 0050- 03