維捷布斯克水電站廠房布置及結構設計

張捷++董丹丹

摘 要：維捷布斯克水電站為河床式電站，廠內安裝4臺單機容量10MW的燈泡貫流式機組，總裝機40MW。發(fā)電廠房位于河床右岸，安裝間布置在主機間的右端，副廠房布置在主廠房下游。本文主要介紹了電站廠房結構的布置以及設計中的技術特點。

關鍵詞：維捷布斯克水電站 廠房 布置 結構

中圖分類號：TV731 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0034-02

1 工程概況

維捷布斯克水電站是白俄羅斯境內西德維納河最上游的一級電站，位于白俄羅斯維捷布斯克州州府維捷布斯克市東北約8km，距離首都明斯克約300km。維捷布斯克水電站是以發(fā)電為主，兼有航運等綜合利用效益的工程，總裝機容量40MW，多年平均發(fā)電量1.38億kW·h，被白俄羅斯政府稱為保障國家能源安全的重要項目之一，是目前白俄羅斯境內最大的水電站項目，有“白俄三峽”之稱。

電站樞紐建筑物從左岸向右岸依次布置左岸土壩、船閘、連接土壩、泄洪閘、發(fā)電廠房和右岸土壩。河床式廠房布置在河床右岸，左側緊鄰泄洪閘壩段，右側設混凝土擋土墻護坡，與右岸土壩相連。進廠公路從右岸進入廠區(qū)，經行政生活樓、升壓站，由右側端墻進入安裝間。進廠公路在廠前區(qū)分岔，上至壩頂公路，車輛可從進水口壩頂，經泄洪閘壩段，連接壩段，船閘壩段至左岸。升壓站位于進廠公路的下游側，為戶外開敞式升壓站，設有2臺主變壓器，升壓后高壓線經出線塔架以兩回出線接入系統(tǒng)。

2 廠房布置

2.1 進水口

廠房壩段壩頂寬度由攔污柵槽、檢修門槽、壩頂交通及門機軌距等布置要求而確定。進水口與泄洪閘壩段共用一臺雙向門機，門機軌距7.5m，容量為2×500kN，同時兼顧起吊檢修門、攔污柵等多種用途。廠房壩段壩頂高程142.00m，壩頂寬度為11.80m。

電站上游側設斜向導漂排，其軸線與壩軸線夾角為14°，分別在上游左邊墩與右岸填土平臺上布置滑軌，導漂排將隨水位升降攔截漂浮物，并將其導至泄洪閘壩段，漂浮物將隨泄洪流向下游。

進水口設一道垂直式攔污柵，采用耙斗清理，攔污柵孔口尺寸為7.6m×18.90m（寬×高），平均過柵流速為0.86m/s。電站進水口為喇叭口型式，每個機組段間設5.4m寬的中墩。在壩0-001.00m處設檢修閘門，閘門孔口尺寸為7.6×9.5m（寬×高），孔底高程為115.721m，孔口流速1.71m/s，門后設通氣孔。

2.2 主廠房

主機間全長78.98m，寬16.8m，高47m，機組間距為13m，安裝間布置在主廠房右端，長度為22m。廠內安裝4臺單機容量10MW的燈泡貫流式機組。主廠房建基面最低高程109.50m，機組安裝高程為119.2m，運行層高程為128.2m，安裝間地面高程為139.65m，橋機軌頂高程為152.00m，鋼屋架底面高程為156.50m。

主機間從下至上分別為流道層、廊道層、運行層及上部結構。

流道層布置有燈泡式水輪發(fā)電機組。燈泡體上設有水輪機進人筒、水輪機檢修進人筒、發(fā)電機檢修進人筒，可從其頂部沿爬梯進入燈泡體，進行維護和檢修設備。

水輪機流道下方設有交通廊道，底部高程112.400m。該廊道通過布置在下游副廠房左右兩側的樓梯間形成貫通整個廠房的垂直交通通道，由此廊道可通往布置于主機間兩端底部的滲漏集水井與檢修集水井。

廊道層高程124.70m，電纜廊道寬1.4m，內設電纜橋架，自發(fā)電機坑和水輪機坑引出至下游副廠房底層。管道廊道寬1.2m，與下游副廠房124.20m相通，發(fā)電機坑和水輪機坑的水、氣管路經此廊道與全廠貫通。

運行層高程為128.20m，布置有調整器油壓裝置、高位油箱等。上游側布置有發(fā)電機檢修進人筒，井內設通至燈泡體內的進人孔。發(fā)電機母線及中性點引出線由布置在發(fā)電機檢修進人筒及水輪機檢修進人筒的電纜廊道引出。下游側墻體設有門洞，可自主機間通往副廠房并連通廠房垂直交通。

2.3 安裝間

安裝間布置在主廠房右端，平面尺寸為16.8m×22m（寬×長），分兩層布置。地面以上部分為安裝場，高程139.65m，是機電大型設備（如發(fā)電機定子、轉子、轉輪、導水機構、大軸等）裝配及檢修的場地。安裝場右端上游側設上橋機鋼梯；下游側布置樓梯，通往安裝間地下一層。進廠大門位于右側端墻，與右岸進廠公路相連。安裝間地下一層布置機電附屬設備用房，布置有透平油罐、油處理室、消防泵房、通風機房等。

2.4 下游副廠房

下游副廠房包括尾水副廠房和安裝間副廠房，其中尾水副廠房布置在主廠房和尾水擋墻之間，與主機間相對應，長59.94m，寬11.40m，分五層布置，地面一層、地下四層；安裝間副廠房位于安裝間的下游側，與安裝間相對應，長22m，寬12.58m，分兩層布置。

尾水副廠房五層為：124.20m為技術供水層，布置有技術供水設備、消防供水設備、排水泵控制盤、技術供水控制盤等，主機間底板高程124.7m的電纜廊道和管道廊道都通至此層；128.20m高程布置有廠用變、勵磁盤、機旁盤、勵磁變壓器；132.50m高程布置有0.4kV廠用電、通風機房、蓄電池室、電源室；136.50m高程為電纜夾層，1#樓梯間側設有通風機房；139.65m高程布置有通信盤柜室、10kV配電裝置室、10kV開關柜、發(fā)電機電壓配電裝置室、繼保室及二次盤柜室。

安裝間副廠房兩層為：135.00m層為電纜夾層，與尾水副廠房的電纜聯(lián)通，并設有通風機房；139.65m層為中控室、計算機室、會議室，在右側端頭設有衛(wèi)生間與休息室。

2.5 尾水平臺

尾水平臺與下游尾水副廠房組成擋水結構，長度沿廠房縱向全程布置，總長度為56.94m。平臺上布置一臺容量為2×400kN的雙向尾水門機，門機軌距4.5m，用于啟閉尾水閘門。endprint

2.6 廠內排水系統(tǒng)

機組檢修和正常運行時的檢修排水和全廠的滲漏水最終匯入檢修集水井和滲漏集水井中。檢修集水井布置在1#、2#機組間，用于保證機組檢修時，可排除蝸殼及尾水管中的水。滲漏集水井布置在3#、4#機組間，全廠滲漏水由集水管路、排水廊道自流到滲漏集水井內，用深井泵排至下游尾水渠。

3 結構設計

3.1 廠房整體穩(wěn)定分析

廠房壩段上游校核洪水位139.86m，校核尾水位137.75m，在校核洪水位下廠房承受的最大水頭達30.36m；而且對于貫流式機組，上游擋水結構和廠房底板聯(lián)成一體，共同擋水，受力情況比較復雜，為充分了解廠房壩段在施工期和正常運行期的穩(wěn)定應力情況，分別通過靜力計算與動力分析驗證結構布置的合理性、安全性和可靠性。計算表明吊車梁牛腿的位移滿足設計和運行要求，壩體與基巖接觸面處的法向應力始終為壓應力，廠房壩段整體抗滑、抗浮均滿足規(guī)范要求。本電站采用燈泡貫流式機組，管型座周圍結構相對復雜，通過三維有限元分析計算和動力分析研究流道管型座支柱的位移與應力分析、管型座的振幅計算、有限元配筋計算、管型座剛度分析等問題，最終確定了合理的流道結構。

3.2 分縫止水設計

根據混凝土澆筑條件、溫度控制要求、地基條件和結構布置等因素，設置有壩段結構縫、混凝土澆筑施工縫。廠房壩段與右側安裝間壩段、左側泄洪閘壩段及4臺機組的中間均布置有2cm的永久結構縫。

考慮燈泡式貫流機組流量較大，道內孔口尺寸大。進水口、管型座周圍、尾水管等部位應力較大。為改善以上部位的應力狀態(tài)，減少配筋，機組段間的永久結構縫處，上游止水布置在上游擋水胸墻靠近下游側，下游止水布置在下游擋水胸墻靠近上游側，水平止水在進水口和出水口布置在流道頂板下部，機組中心線附近布置在底板上部，成“U”型布置。

3.3 基礎處理設計

3.3.1 主廠房地基灌漿處理

本電站廠房基礎巖石為白云巖，呈塊狀或碎塊狀，巖體完整性差，強度較低。為了提高廠房基礎巖石的強度和完整性，保證廠房壩段的整體問題，廠房底部采用了固結灌漿，間排距2m×2m，巖下孔深至少8m，并保證延伸至34號巖層下1m深。

為有效降低水庫蓄水后的揚壓力，在廠房基礎的上游側和左、右兩側設置“U”形防滲帷幕，帷幕間排距2m×2m，巖下孔深至少15m，其中上游側防滲帷幕左側與泄洪閘基礎的防滲墻相接，右側與安裝間上游門庫段的防滲墻相接，形成整體。

3.3.2 水泥碎石樁的應用

安裝間及其副廠房下部基礎為回填的原狀土，屬于非巖基，經穩(wěn)定計算，回填土承載力不滿足地基承載力需求，故進行了基礎處理，安裝間壩段下部布置間排距3m、樁直徑0.6m的水泥碎石樁。

水泥碎石樁是CFG樁的一種，不添加粉煤灰，增大地基承載力同時提高地基的密實度。水泥碎石樁復合地基是由樁間土和樁體共同承擔荷載[2]，綜合樁長、樁徑、樁間距、樁身強度和天然地基承載力5個因素進行優(yōu)化，在理論計算基礎上結合實際工程施工經驗，得出最佳的設計。水泥碎石樁具有施工速度快、工期短、質量容易控制、工程造價低廉等特點，在我國應用比較廣泛，但在白俄卻是首次應用，通過多次溝通，最終白俄設計院認可該方案。在廠房設計中，水泥碎石樁被應用在安裝間壩段、右岸上、下游部分擋土墻段基礎處理中。單樁承載力1515kN，與結構面之間設10cm厚C15素混凝土墊層，和20cm厚碎石褥墊層，樁頂進入碎石褥墊層20cm，樁端作用于巖基表面。

3.3.3 承壓水的處理

由于廠房基坑在開挖過程中，揭開了承壓水頂板蓋層，同時圍堰的防滲未按照要求施工、未達到預期效果，使得較大地下水涌入廠房基坑，在基坑滲水較長時間的涌入及強排過程中，產生了基坑周圍土質邊坡滲透破壞，尤其以廠房上游側和泄洪閘側比較嚴重，造成邊坡的局部坍塌。最終處理原則：（1）基坑周圈設置排水溝，將基坑內積水排出，保證基巖面無積水澆注。（2）建筑物巖基基礎下部及周邊5m范圍內的空洞采用C15素混凝土回填密實。（3）其他部位的空洞，采用原土回填密實，并進行碾壓夯實。

4 結語

維捷布斯克水電站是河床式電站，樞紐工程布置緊湊，從基本設計到施工詳圖設計，與白俄設計審查人員共同探討，廠內布置逐步完善合理。通過本項目的歷練，我們認識到在國際工程中，設計人員需要因地制宜，了解當?shù)夭捎玫囊?guī)范法則，了解業(yè)主需求，充分溝通，積極推廣應用我國的成熟工程經驗，才能更好地進行設計。

參考文獻

[1] 李守義，安學民，楊勝，等.燈泡貫流式水電站廠房水平止水布置研究[J].水資源與水工程學報，2009，20（1）：68-71.

[2] 方潤林，朱壽增.水泥碎石樁在地基處理中的應用[J].山西建筑，2009，35（8）：99-100.endprint