摘 要:沙灣水電站為引水式開發(fā),本文介紹了電站的首部樞紐布置、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐布置及設(shè)計(jì)特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:沙灣水電站;設(shè)計(jì);首部樞紐;引水系統(tǒng);廠區(qū)樞紐
中圖分類號(hào):TV73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004-7344(2018)20-0107-02
1 工程概況
木里沙灣電站位于四川省木里縣境內(nèi)的木里河上,電站采用引水式開發(fā),除發(fā)電外尚需兼顧生態(tài)環(huán)境用水要求。電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量60MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量240MW,年發(fā)電量12.511億kW·h。閘址位于瓦郎溝溝口下游1.5km處,廠址位于沙灣大橋下游1.5km。閘、廠相距約20km。工程區(qū)有216省道與外界相通,距西昌市約400km,交通較為不便。
木里河系雅礱江右岸的一級(jí)支流,發(fā)源于甘孜藏蔟自治州理塘縣以北的沙魯里山脈。根據(jù)木里縣氣象站(高程:2666.6m)1961~1990年資料統(tǒng)計(jì),多年平均氣溫為11.5℃,極端最高氣溫34.1℃(1983年7月3日),極端最低氣溫為-10.6℃(1982年12月31日)。多年平均年降水量為839.9mm,多年平均年降雨天數(shù)為133.4d,最大一日降雨量59.9mm(1981年7月25日),多年平均年蒸發(fā)量1955.7mm(20cm蒸發(fā)皿觀測(cè)值),多年平均相對(duì)濕度57%,最小相對(duì)濕度接近于0,多發(fā)生在春季。多年平均風(fēng)速1.8m/s,最大積雪深度13.0cm。
2 樞紐建筑物設(shè)計(jì)
沙灣水電站樞紐工程由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐等建筑物組成,為低閘引水式電站。
2.1 首部樞紐布置
閘址區(qū)覆蓋層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,據(jù)鉆孔揭示,河床覆蓋層厚度為22~33m,按其物質(zhì)組成,結(jié)構(gòu)特征和成因類型,由老至新可分四層:
第Ⅰ層冰水堆積:依其物質(zhì)組成可分為2個(gè)亞層,即①-1漂卵(碎)石層,①-2礫石砂土層,主要?dú)埩粲诤哟驳撞?,埋?9~23m,厚3~12m,滲透性相對(duì)較弱。
第Ⅱ?qū)記_積堆積:含漂(塊)砂卵(碎)礫石層,埋深9.5~13m,厚7~12m,結(jié)構(gòu)較密實(shí),滲透性強(qiáng)。
第Ⅲ層沖積堆積:含礫石砂層在閘址區(qū)河床中連續(xù)分布,頂板埋深一般5~8m,厚度一般3~6m,局部厚達(dá)10m,以中細(xì)砂為主,含植物碎屑,結(jié)構(gòu)松散。
第Ⅳ層沖積堆積:卵礫石砂層分布于現(xiàn)代河床表層,厚5~8m,局部?jī)H厚1.3m,結(jié)構(gòu)松散,滲透性強(qiáng)。
兩岸基巖裸露,岸坡高陡,物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為卸荷與崩塌,據(jù)兩岸勘探揭示,閘址區(qū)高程(2575m以下)右岸強(qiáng)卸荷帶水平深7~12m,弱卸荷帶水平深15~20m;左岸受小斷層f2、f3的影響,巖體風(fēng)化、卸荷較強(qiáng),強(qiáng)卸荷帶水平深達(dá)20~40m,弱卸帶水平深達(dá)40~60m。
首部樞紐建筑物從右到左由取水口、右岸連接壩段、1孔沖砂閘、3孔泄洪閘及左岸擋水壩組成。建筑物均建于覆蓋層上,閘壩頂部高程為2574.00m,底板頂部高程2553.00m,建基面高程2549.50m,最大閘高24.50m,閘壩軸線長(zhǎng)76.20m。正常蓄水位2572.00m,死水位2565.00m。河床覆蓋層最大厚度約為33.00m,采用高壓旋噴樁加固地基,基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻結(jié)合帷幕灌漿防滲方案,防滲帷幕范圍線深入基巖下1m?;A(chǔ)加固范圍包括:右岸海曼邊墻及右岸護(hù)坦邊墻、閘室段、進(jìn)水口段。
混凝土防滲墻設(shè)計(jì)厚度為0.8m,因覆蓋層厚度不大并且滲透性較強(qiáng),采取封閉式防滲墻,防滲墻伸入基巖1.0m,防滲墻最大深度33m,底部最低高程約為2519.50m,頂部最高高程為2547.00~2553.00m。
帷幕灌漿沿防滲墻中心線布置一排帷幕灌漿孔,防滲墻中心線上游1m布置第二排灌漿孔,間距2.0m,排距1m,孔深根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況確定。
左、右岸連接壩段均為混凝土重力壩,左岸連接壩段長(zhǎng)為18.30m;右岸連接壩段長(zhǎng)為19.90m。
取水口采用胸墻式,胸墻底緣高程為2567.00m,置于河床右岸,為“側(cè)向取水,正向泄洪排沙”布置型式。順?biāo)鞣较?,取水口可分為攔污柵段,漸變收縮段和閘室段三段。攔污柵段的底坎高程為2556.00m,單孔孔口尺寸為8.00m×11.00m(寬×高)。進(jìn)水閘底板高程為2551.50m,孔口尺寸為7.0m×7.0m(寬×高),閘室長(zhǎng)度為7.00m,內(nèi)設(shè)一扇平板工作閘門。進(jìn)水閘后接有壓引水隧洞,設(shè)計(jì)引用流量為124.08m3/s。
進(jìn)水口左側(cè)設(shè)1孔沖沙閘,采用胸墻式,胸墻底緣高程位2563.00m,孔口尺寸為4.00m×10.00m(寬×高);主河槽設(shè)3孔泄洪閘,位于沖沙閘左側(cè),采用胸墻式,孔口尺寸6.00m×7.00m(寬×高),胸墻底緣高2560.00m。
閘前布置10.00m長(zhǎng)的混凝土鋪蓋,閘后接混凝土護(hù)坦,護(hù)坦全長(zhǎng)為60.00m,護(hù)坦底板厚度為2.50m。兩岸重力式邊墻頂高程為2562.00m。護(hù)坦后設(shè)置柔性混凝土海漫,長(zhǎng)25.00m,寬約44.00m。
2.2 引水系統(tǒng)布置
引水建筑物由進(jìn)水口、有壓引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道組成。
引水隧洞布置在木里河右岸,隧洞穿越區(qū)山體渾厚,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,發(fā)育4條斷層-圓寶山、尼都、機(jī)落、茶布朗斷層,破碎帶一般寬約20~40m,機(jī)落斷層寬達(dá)100~200m,斷層內(nèi)為裂隙密集帶、碎裂巖、糜棱角礫巖、石英、少量斷層泥,可見層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶及板巖、千枚巖地層中揉皺發(fā)育。隧洞沿線地層為板巖夾變質(zhì)石英砂巖、千枚巖或變質(zhì)石英砂巖夾板巖、千枚巖及板巖夾千枚巖、砂巖,成洞條件較差。根據(jù)圍巖條件,隧洞開挖支護(hù)階段,采用錨噴、型鋼拱架、大小管棚、超前錨桿等多種支護(hù)型式。
隧洞全長(zhǎng)18775.723m采用高壓引水,縱坡i=5.1883‰,開挖尺寸為7.2~8.2m,襯砌后為圓形斷面,其襯砌后半徑為3.6m,Ⅲ類圍巖混凝土襯砌厚度30cm;Ⅳ類圍巖隧洞低壓段襯砌厚度40cm;Ⅳ類圍巖隧洞高壓段襯砌厚度50cm;Ⅴ類圍巖襯砌厚度80cm。根據(jù)施工布置,洞線平面上共設(shè)7個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn),轉(zhuǎn)彎半徑均為30m,引水隧洞共設(shè)置8條施工支洞,為便于隧洞檢修及清理,在1#、3#、5#、7#施工支洞設(shè)置永久檢修門,對(duì)0#、2#、4#、6#施工支洞進(jìn)行永久封堵。
調(diào)壓井為開敞式,鋼筋混凝土圓形斷面。井身開挖直徑16.50m,混凝土襯砌厚1.20m,井高140.00m;連接管開挖直徑5.20m,混凝土襯砌厚0.60m,井高50.50m。調(diào)壓井最高涌浪水位2313.10m,最高靜水位2572.00m,最低涌浪水位2507.42m。
根據(jù)調(diào)壓井和地面廠房的布置,壓力管道為雙管埋藏式,在調(diào)壓井后分為二條主管,在每條壓力主管道末端分別設(shè)置一個(gè)對(duì)稱“Y”形月牙肋岔管分為兩條支管向二臺(tái)機(jī)組供水。壓力管道由上平段、斜井段、下平段、蝶閥室及其交通洞組成。壓力管道上平段長(zhǎng)83.43m,中心高程2477.6m,縱坡ⅰ=0;斜段長(zhǎng)約192.00m(含上、下彎管段),考慮施工方便,斜井傾角為60°;下平段兩條主管分別為208.56m和218.86m,中心高程2309m,縱坡ⅰ=0;壓力管道主管轉(zhuǎn)彎半徑均為15.0m,主管內(nèi)徑4.20m,開挖直徑5.40m,兩條主管長(zhǎng)度分別為500.77m和511.07m。管道全線采用WDB620高強(qiáng)鋼板襯砌,襯砌外回填混凝土。在上平段設(shè)置事故檢修蝶閥室。支管直徑2.80m,最長(zhǎng)支管長(zhǎng)約28.79m,為適應(yīng)地基不均勻沉陷,在主管分岔管前及支管進(jìn)廠前分別設(shè)有波紋管,波紋管外部設(shè)發(fā)泡材料。
2.3 廠區(qū)樞紐布置
廠址位于沙灣大橋下游1.5km的Ⅰ級(jí)階地上,階地后緣為50~70°的陡坡。覆蓋層厚度為37~43m,按其物質(zhì)組成,結(jié)構(gòu)特征和成因類型,至下而上可分四層:第Ⅰ層為沖積堆積含漂卵(碎)礫石層,第Ⅱ?qū)訛檠呷逊e粉(砂)土層,第Ⅲ層沖積堆積含砂卵(碎)礫石層,第Ⅳ層(碎)礫石土層。
廠房樞紐建筑物由主廠房、副廠房、GIS樓、尾水渠等組成。主機(jī)間與安裝間平行于河流呈“一”字型布置。安裝間布置于主機(jī)間下游側(cè),GIS樓布置于主機(jī)間后側(cè),副廠房布置于安裝間后側(cè),尾水布置在主機(jī)間正前方與木里河斜接。如圖1廠房樞紐平面布置圖。
主機(jī)間長(zhǎng)63.5m,寬21.0m,高22.50m,共安裝四臺(tái)60MW立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組,機(jī)組間距14m,兩機(jī)一縫。機(jī)組安裝高程2309.0m,主機(jī)間建基面高程2298.11m,主機(jī)間從上至下共分四層布置:發(fā)電機(jī)高程2320.45m,布置有機(jī)旁盤、勵(lì)磁柜和吊物孔等。電氣夾層高程2315.7m,發(fā)電機(jī)從上游側(cè)出線,引至高壓開關(guān)柜,該層主要布置調(diào)速器及吊物孔。水輪機(jī)層高程2311.7m,布置有油壓裝置、調(diào)速器及吊物孔等。蝶閥層高程2305.5m,布置有蝶閥及檢修排水泵。廠內(nèi)安裝一臺(tái)200t/50t跨度17m的橋式起重機(jī),軌道高程2331.13m。
安裝間長(zhǎng)22.02m,寬21.0m,高22.50m,共分上下兩層布置,上層為安裝場(chǎng),供機(jī)組安裝和檢修。上層樓板高程和發(fā)電機(jī)層同高,為2320.45,進(jìn)廠大門設(shè)在安裝間中部。下層為空壓機(jī)層,空壓機(jī)層地面高程和電氣夾層同高。布置有空壓機(jī)室、透平油庫(kù)室、轉(zhuǎn)子支墩、油處理室和烘箱室等。
GIS樓在主機(jī)間后側(cè),長(zhǎng)69.5m,寬11m,由電纜夾層、主變層、GIS層、通風(fēng)等組成。建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),框架抗震等級(jí)二級(jí),抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度,使用年限為50年,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30?!?.00以上建筑總高度23.8m,建筑總面積2580m2,每層面積860m2。其中主變層與主機(jī)間地面同高,GIS層高程為2332.00m,屋面為220kV出線場(chǎng),高程為2343.00m,各層間通過設(shè)于GIS樓一端的樓梯和副廠房一端的樓梯上下聯(lián)系。
副廠房布置于安裝間后側(cè)與GIS樓呈“一”字型,四層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),每層面積216.6m2,總建筑面積891.1m2,地面高度17.2m,使用年限為50年。地面絕對(duì)標(biāo)高為2320.5m,基礎(chǔ)為笩板基礎(chǔ)。建基面高程2312.50m,地下層為電纜夾層及工具間高程為2315.0m,第一層為低壓配電屏室,高程為2320.45m和安裝間同高。第二層為通訊層(包括辦公室、會(huì)議室、值班室、通訊電源室、電氣試驗(yàn)室和通訊室),高程為2324.80m,第三層為電纜夾層和蓄電池室,高程為2328.8m,第四層為中控室,高程為2332.00m,與GIS樓GIS層同高。
廠房后坡處理:坡面多處可見危巖分布,可能影響下部廠房的正常運(yùn)行,首先對(duì)后坡危石進(jìn)行清撬,并在陡巖上部設(shè)置一道SNS柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng),對(duì)山頂上部可能下滾的危石進(jìn)行攔截,對(duì)廠區(qū)巖石邊坡采用?準(zhǔn)28,L=6m的錨桿,¢8@20×20鋼筋網(wǎng)片,噴C20,δ=12cm,間排距2m×2m的系統(tǒng)錨桿進(jìn)行淺層支護(hù)。對(duì)于覆蓋層邊坡采用L=60m,1200kN預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行深部支護(hù),為增強(qiáng)邊坡整體穩(wěn)定性,錨索間設(shè)置框格梁??蚋窳汗?jié)點(diǎn)均設(shè)R51N,@300×300cm,L=5m自鉆式中空注漿錨桿。另外在廠房開挖邊坡開挖線以外范圍設(shè)置一道截水溝,防止暴雨沖刷邊坡,同時(shí)減少雨水進(jìn)入廠區(qū),在沿廠房地坪高程上設(shè)置排水溝,將廠區(qū)散水引入下游排至河中。
廠區(qū)基礎(chǔ)處理:為解決廠房地基承載力不足問題,在主機(jī)間基礎(chǔ),尾水擋墻基礎(chǔ)采用高壓旋噴樁加固地基,旋噴樁直徑1.20m,間距2.5m,梅花形布置。
3 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)
(1)木里河為典型高山峽谷地貌,山區(qū)多泥沙河流,為解決好引水、防沙問題,該工程設(shè)計(jì)借鑒了國(guó)內(nèi)已建類似工程經(jīng)驗(yàn),采用“側(cè)向取水,正向泄洪排沙”,組成“導(dǎo)、截、排”多道防線的結(jié)構(gòu)布置。
(2)首部樞紐利用水庫(kù)沉沙解決工程泥沙問題,設(shè)置了沖沙閘、攔沙坎等必要的引水防沙設(shè)施。
(3)由于受地形地質(zhì)條件的限制,為提高地基承載能力和滿足變形要求,首部樞紐、廠房樞紐基礎(chǔ)采用了高壓旋噴樁加固地基,局部基礎(chǔ)采用了置換方式。
(4)首部樞紐基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻結(jié)合帷幕灌漿防滲施工方案。
(5)因工程區(qū)地質(zhì)條件原因,巖石屬軟巖,隧洞開挖支護(hù)階段采取了型鋼、鋼釬維、超前錨桿、膨脹式錨桿、大小管棚、塌方體空腔回填混凝土等多種支護(hù)型式。
(6)廠房后緣邊坡采用了SNS柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和錨桿、錨索、自鉆式中空錨桿、框格梁等加固處理。
(7)為適應(yīng)地基不均勻沉陷,在主管分岔管前及支管進(jìn)廠前分別設(shè)有波紋管,波紋管外部設(shè)發(fā)泡材料。
主要文獻(xiàn)
[1]《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-99).
[2]《水工建筑物》(中國(guó)水利水電出版社).2004.
收稿日期:2018-6-12
作者簡(jiǎn)介:湛建華(1972-),男,四川廣漢人,工程師,大學(xué)本科,從事水利水電施工管理工作。