四川寶興河民治水電站尾水系統(tǒng)優(yōu)化

尹 葵 霞

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 611130)

四川寶興河民治水電站尾水系統(tǒng)優(yōu)化

尹 葵 霞

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 611130)

民治水電站采用長引水開發(fā)+地下廠房布置型式。為進(jìn)一步降低工程造價，尾水系統(tǒng)進(jìn)行了三方案比較的優(yōu)化設(shè)計，最終推出最優(yōu)方案“尾閘+無壓洞方案”，有效降低了工程投資，提高了經(jīng)濟(jì)效益。目前該電站已投產(chǎn)運(yùn)行，地下廠房及尾水系統(tǒng)運(yùn)行正常。

民治水電站，尾水系統(tǒng)布置，優(yōu)化

1 概述

民治水電站為四川寶興河梯級開發(fā)的第二級，其上游為磽磧水電站，下游接寶興水電站。電站為長引水式，裝機(jī)3臺，總裝機(jī)容量為105 MW。首部樞紐為攔河閘壩，最大高度19 m。引水系統(tǒng)建筑物包括引水隧洞、上游調(diào)壓室與壓力管道，引水隧洞總長約7.9 km，調(diào)壓室采用氣墊式。廠房為地下發(fā)電廠房布置型式。

原引水隧洞調(diào)壓室采用常規(guī)水室式調(diào)壓室方案，該方案技術(shù)成熟，合理可行。工程開工后，為克服調(diào)壓室場內(nèi)施工交通布置和出渣運(yùn)輸相對困難、建設(shè)期對環(huán)境的影響以及工期保證性較差等問題，結(jié)合施工探洞揭示的地質(zhì)條件將引水隧洞水室式調(diào)壓室改為氣墊式調(diào)壓室。

采用氣墊式調(diào)壓室后，原尾水調(diào)壓室斷面需相應(yīng)增加，為進(jìn)一步降低工程投資，根據(jù)新揭示的地質(zhì)條件對尾水系統(tǒng)的布置開展了優(yōu)化設(shè)計，提出了經(jīng)濟(jì)合理的尾水系統(tǒng)布置。

2 原尾水系統(tǒng)設(shè)計方案及優(yōu)化設(shè)計

尾水系統(tǒng)建筑物原設(shè)計方案包括尾水管連接洞、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞、尾水渠。

尾調(diào)室位于主變及GIS室下游側(cè)。根據(jù)尾水調(diào)壓室在3臺機(jī)突然丟棄全負(fù)荷時的最低涌浪水位及最高涌浪水位，尾調(diào)室尺寸為34.0 m×10.0 m×24.57 m(長×寬×高)。尾調(diào)室內(nèi)布置尾水檢修閘門。

尾水隧洞為有壓洞，全斷面鋼筋混凝土襯砌，長145 m，尺寸為4.4 m×5.7 m(寬×高)，城門洞型。出口設(shè)檢修閘門以便于尾水隧洞檢修。

尾水渠根據(jù)交通要求分為暗渠段、明渠段，總長45.0 m。出口段靠河側(cè)設(shè)攔沙坎防止河床泥沙進(jìn)入尾水渠內(nèi)。

廠房上游的氣墊式調(diào)壓室在發(fā)生水位波動時，對尾水影響明顯放大，根據(jù)計算分析，尾調(diào)的穩(wěn)定斷面將要達(dá)到485 m2以上，為降低尾水系統(tǒng)工程投資，開展了優(yōu)化設(shè)計。

3 尾水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

3.1優(yōu)化思路

1)根據(jù)廠區(qū)地質(zhì)條件，主洞室不具備外移條件，因此，基于原方案，通過盡量增加尾水洞斷面以尾閘室來代替尾水調(diào)壓室進(jìn)而降低工程投資。2)可考慮將有壓尾水洞改為無壓尾水洞，尾調(diào)室改為尾閘室的布置型式。3)可考慮將尾閘室與主變室合二為一，從而大幅度降低工程投資。

3.2優(yōu)化方案擬定

根據(jù)現(xiàn)場實際地形，尾水出口位置不變，擬定了以下三個方案進(jìn)行比選：方案一：主機(jī)間、主變室、尾閘+有壓尾水洞的三洞室方案；方案二：主機(jī)間、主變室、尾閘+無壓尾水洞的三洞室方案；方案三：主機(jī)間、主變尾閘結(jié)合+無壓尾水洞的兩洞室方案。

3.3方案比選

3.3.1方案一

根據(jù)計算，為滿足不設(shè)置調(diào)壓室條件，需將有壓尾水洞面積加大至34.8 m2以上，根據(jù)布置尾水洞斷面面積為34.82 m2。

尾水系統(tǒng)布置：主廠房、主變室、尾閘室三大洞室平行布置?？紤]檢修平臺和交通要求，尾閘室開挖跨度為9.0 m，上部長度為34 m，下部長度32 m，總開挖高度24 m；上部采用噴錨支護(hù)；下部采用噴錨支護(hù)+鋼筋混凝土襯砌，考慮部分隨機(jī)錨索。有壓尾水洞長145 m，底坡為平坡，城門洞型，凈尺寸5.4 m×7.7 m，采用噴錨支護(hù)+鋼筋混凝土襯砌。尾水洞出口設(shè)檢修閘門室；閘室后設(shè)尾水暗渠+明渠段。具體布置如圖1所示。

3.3.2方案二

將方案一的有壓尾水洞改為無壓洞方案，尾閘室及尾水洞底板高程抬高，同時尾閘室僅考慮閘門布置，開挖斷面減小。

尾水系統(tǒng)布置：主廠房、主變室、尾閘室三大洞室平行布置?？紤]檢修平臺和交通要求，尾閘室開挖跨度、長度同方案一，總開挖高度18.7 m；采用方案一相同的支護(hù)強(qiáng)度。閘室后尾水洞由反坡漸變?yōu)槠狡拢粺o壓尾水洞全長145 m，城門洞型，凈尺寸5 m×6.75 m，采用噴錨支護(hù)+鋼筋混凝土襯砌。尾水洞出口設(shè)檢修閘門室；閘室后設(shè)尾水暗渠+明渠段。具體布置如圖2所示。

3.3.3方案三

尾水系統(tǒng)布置：將主變室和尾閘室合二為一，洞外交匯；主廠房、主變及尾閘室平行布置。主變及尾閘室洞室寬度為18 m，尾閘室凈寬為2.6 m，總長度為57.3 m，上部采用噴錨支護(hù)，考慮隨機(jī)錨索；下部閘門井采用噴錨支護(hù)+鋼筋混凝土襯砌；三條尾水支洞為有壓洞，過流斷面為馬蹄形斷面，尾水支洞采用噴錨支護(hù)+鋼筋混凝土襯砌，于閘室下游采用洞外交匯方式匯入尾水主洞。無壓尾水洞主洞長146 m，城門洞型，凈尺寸5 m×6.75 m，采用噴錨支護(hù)+鋼筋混凝土襯砌。尾水洞出口設(shè)檢修閘門室；閘室后設(shè)尾水暗渠+明渠段。具體布置如圖3所示。

3.4各方案比較及結(jié)論

1)工程量與工程投資。

三個方案中，主機(jī)間及主變室布置基本相同，僅尾閘及尾水洞布置型式和工程量有差異，對三個方案的尾閘及尾水洞的工程量和工程投資對比如表1所示。

表1 三個方案工程量及工程投資比較表

2)各方案綜合比較見表2。

表2 三個方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

綜上所述，三個方案中，方案二優(yōu)勢明顯，推薦方案二。

4 推薦方案尾水系統(tǒng)設(shè)計

4.1尾水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置

主廠房、主變室、尾閘室三大洞室平行布置。

尾水連接洞采用單機(jī)單洞的布置方式，斷面為馬蹄形。尾閘

室上部開挖跨度為9 m，長度34 m，下部跨度為8.5 m，長度32 m，閘室凈高17.7 m。閘室上游側(cè)設(shè)有尾水管檢修閘門。閘室檢修平臺以上采用噴錨支護(hù)，平臺以下為0.7 m厚襯砌。

尾水洞按單一流態(tài)(無壓流)設(shè)計。尾水洞斷面為城門洞型，其斷面尺寸為5 m×6.75 m(寬×高)。出口底板高程需綜合考慮水能利用、地質(zhì)條件、樞紐布置等方面確定。尾水洞總長145 m，縱坡為i=0，襯砌厚度0.6 m，洞室頂拱范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿。

尾水洞出口設(shè)置檢修閘門室，閘室段順?biāo)飨蜷L3.8 m，底板寬為5 m。閘室后接尾水渠，分為暗渠及明渠段。1∶3反坡段為暗渠，長24.2 m，最大邊墻高度14 m，兼交通功能；尾水明渠長17 m，為防止泥沙進(jìn)入渠內(nèi)，靠近河床側(cè)設(shè)有一1.5 m高擋坎。

4.2尾水建筑物水頭損失計算

尾水洞過流流量54.18 m3/s，斷面5 m×6.75 m，洞內(nèi)最高流速4.1 m3/s。

計算糙率值為：糙率nmax=0.016。

尾水系統(tǒng)水頭損失見表3。

表3 尾水系統(tǒng)水頭損失計算成果表

4.3尾水出口水面線計算

1)水力計算假定：a.尾水洞水流為恒定均勻流；b.不考慮機(jī)組在增減負(fù)荷時尾水洞內(nèi)的水位變化。2)水面線計算。尾水在尾閘室內(nèi)交匯，無壓，下游尾水出口正常運(yùn)行水位1 349.62 m，尾水洞流速按小于6.0 m/s設(shè)計，故在下游天然河道，正常尾水位時為控制工況，確定尾水洞底板高程為1 347.0 m，流速為4.1 m/s。

5 結(jié)語

民治水電站采用長引水開發(fā)，為降低工程建設(shè)對周圍環(huán)境影響，采用了地下廠房布置型式，并設(shè)有尾水調(diào)壓室。因引水隧洞采用氣墊式調(diào)壓室，尾水調(diào)壓室斷面較大，為了進(jìn)一步降低工程投資，設(shè)計人員結(jié)合工程揭示的地質(zhì)條件及廠房三大洞室布置，開展了尾閘+有壓洞方案，尾閘方案+無壓洞方案，兩洞室閘門井方案的優(yōu)化設(shè)計比較，最終通過工程投資、運(yùn)行可靠性、施工條件、水流條件等綜合比較，選擇了最優(yōu)的尾閘+無壓洞方案，有效降低了工程投資，并保證了運(yùn)行的可靠，目前該電站已運(yùn)行投產(chǎn)，各項監(jiān)測成果表明地下廠房及尾水系統(tǒng)運(yùn)行正常。

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[2] NB 35047—2015,水電工程水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3] DL/5195—2004,水工隧洞設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 陳祖煜,汪小剛,楊 健，等.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析——原理方法程序[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

[5] DL/T 5176—2003,水電工程預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計規(guī)范[S].

OptimizationoftailwatersystemofSichuanBaoxingriverMinzhihydropowerstation

YinKuixia

(PowerChinaChengduEngineeringCorporationLimited,Chengdu611130,China)

Minzhi hydropower station adopts long water diversion development + underground plant layout type. Three schemes comparison have been proceeded to reduce the construction costs. As a result, “tail water gate chamber and non-pressure tunnel” has been adopted asthe optimized scheme. At present, the plant has been put into operation, the underground plant and the tail water system operate normally.

Minzhi hydropower station, tail water system layout, optimization

1009-6825(2017)32-0195-02

2017-09-07

尹葵霞(1978- )，女，碩士，高級工程師

TV731

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