譚 可 奇，　蒲 曉 峰

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610072)

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長河壩水電站引水發(fā)電建筑物的布置與設(shè)計(jì)

譚 可 奇，蒲 曉 峰

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：長河壩水電站左岸引水發(fā)電系統(tǒng)具有地下洞室群復(fù)雜、規(guī)模大且?guī)r體結(jié)構(gòu)面發(fā)育、地應(yīng)力高、地下水豐富、通風(fēng)散煙難等特點(diǎn)和難點(diǎn)。系統(tǒng)概述了該引水發(fā)電系統(tǒng)各建筑物的布置與設(shè)計(jì)，旨在為類似工程設(shè)計(jì)提供有益的啟示。

關(guān)鍵詞：長河壩水電站;引水發(fā)電系統(tǒng);布置與設(shè)計(jì)

1工程概述

長河壩水電站系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”開發(fā)中的第10級電站，工程的主要任務(wù)為發(fā)電，電站總裝機(jī)容量為2 600 MW，水庫總庫容10.75億m3，調(diào)節(jié)庫容4.15億m3，具有季調(diào)節(jié)性能。工程樞紐建筑物主要由礫石土直心墻堆石壩、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)、右岸2條開敞式進(jìn)口溢洪洞、1條深孔泄洪洞及1條放空洞組成。引水發(fā)電建筑物布置于河道左岸山體，采用首部式地下廠房布置方案，主要由電站進(jìn)水口、壓力管道、主副廠房、主變室、開關(guān)站、尾水調(diào)壓室、尾水洞等建筑物組成。引水及發(fā)電等永久性主要建筑物為1級建筑物，電站廠房防洪標(biāo)準(zhǔn)按200 a一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000 a一遇洪水校核，地下廠房內(nèi)布置4臺單機(jī)容量為65萬kW混流式機(jī)組，電站設(shè)計(jì)引用流量為1 458 m3/s， 場址地震基本烈度為Ⅷ度。

2引水發(fā)電系統(tǒng)區(qū)的工程地質(zhì)情況

引水發(fā)電系統(tǒng)布置在左岸，樞紐區(qū)山體雄厚，巖性為花崗巖，完整性較好，無區(qū)域性斷裂通過，次級小斷層發(fā)育稀疏，具備布置大型地下洞室群的工程地質(zhì)條件。

進(jìn)水口邊坡由較堅(jiān)硬的花崗巖構(gòu)成，坡體無貫穿性軟弱結(jié)構(gòu)面，天然坡整體基本穩(wěn)定。進(jìn)水口自然邊坡地形較陡，巖體卸荷松弛強(qiáng)烈，松動(dòng)巖帶、危巖體、坡崩積塊碎石等均較發(fā)育。

壓力管道圍巖總體較完整，以鑲嵌～次塊狀結(jié)構(gòu)的Ⅲ類圍巖為主，部分為Ⅱ、Ⅳ類，成洞條件較好。

地下廠房等三大洞室水平及垂直埋深均大于200 m，巖體新鮮，致密堅(jiān)硬。三大洞室均處于地下水位線以下，洞室上部地下水不發(fā)育，以滲水～線狀流水為主，在中、下部開挖時(shí)地下水將逐漸增多。廠區(qū)圍巖多呈次塊～塊狀結(jié)構(gòu)，局部鑲嵌結(jié)構(gòu)，以Ⅲ、Ⅱ類圍巖為主，局部小斷層交匯區(qū)域?yàn)棰纛悋鷰r，成洞條件較好。廠區(qū)最大主應(yīng)力σ1量級為25.68～31.96 MPa，屬高地應(yīng)力區(qū)。

尾水隧洞巖體較完整，以鑲嵌～次塊狀結(jié)構(gòu)為主，Ⅲ～Ⅱ類圍巖，成洞條件較好。

開關(guān)站開挖邊坡的變形破壞主要受斷層及同組長大結(jié)構(gòu)面的控制，邊坡巖體破碎，局部穩(wěn)定性較差。

3引水發(fā)電建筑物的布置與設(shè)計(jì)

3.1總體布置

進(jìn)水口位于倒石溝下游側(cè)，采用岸塔式進(jìn)口，4臺機(jī)組進(jìn)水口呈“一”字型并排布置，進(jìn)水口塔體尺寸為137.2 m×30 m×74 m(長×寬×高)。壓力管道內(nèi)徑為9.5 m，采用單機(jī)單管供水，設(shè)計(jì)引用流量為364.5 m3/s，洞內(nèi)流速為5.178 m/s。

發(fā)電廠房位于左壩肩壩軸線下游約18 m處，最小垂直埋深230 m，最小水平埋深約200 m，廠房縱軸線方位N82°W。主廠房尺寸為228.8 m×30.8 m×73.35 m(長×寬×高)，主變室尺寸為150 m×19.3 m×26.15 m(長×寬×高)，尾調(diào)室尺寸為144 m×22 m×79 m(長×寬×高)；三大洞室平行布置，尾水調(diào)壓室中心線和廠房頂拱中心線間距為135.2 m，主變室和廠房、尾水調(diào)壓室間的巖柱厚度分別為45 m和44.5 m。

尾水系統(tǒng)采用“二機(jī)一室一洞”布置方案，共設(shè)置了兩個(gè)長條形圓拱直墻阻抗式調(diào)壓室，總長度為144 m，中間用15 m厚的巖柱隔開。1#、2#尾水洞長度分別為1 306.57 m、1 134.51 m，斷面尺寸為12 m×16 m (寬×高)。

地面開關(guān)站位于左岸壩下游約120 m處，地坪高程1 685 m，與地下洞室采用兩條豎井和一條平洞連接，開關(guān)站尺寸為145 m×30 m(長×寬)。

3.2引水建筑物布置

引水建筑物由進(jìn)水口和壓力管道組成，采用“單機(jī)單管引水”的布置格局。

電站進(jìn)水口布置于左壩肩上游側(cè)倒石溝堆積體下游溝壁約300 m范圍的邊坡段，受地形、地質(zhì)條件的限制，進(jìn)水口位置相對固定，可調(diào)整的范圍不大。采用岸塔式進(jìn)水口，塔高74 m，塔體總長137.2 m，順?biāo)鞣较蜷L30 m。塔體基礎(chǔ)高程為1 624 m，塔頂高程1 698 m，進(jìn)口底高程1 628 m。塔內(nèi)設(shè)有清污機(jī)槽、攔污柵槽、檢修閘門槽、工作閘門槽及通氣孔，塔頂布置有啟閉設(shè)備及控制系統(tǒng)。

壓力管道采用單機(jī)單管供水，4條管道平行布置，管軸線間距為33.8 m。壓力管道由上平段、上彎段、斜井段、下彎段、下平段及連接管段組成，上、下平段采用60°斜井連接，上彎段為空間轉(zhuǎn)彎，下彎段為立面轉(zhuǎn)彎。1#～4#壓力管道長645.447～532.538 m(至廠房上游邊墻)。主管管徑9.5 m，連接管管徑7.657 m，單管設(shè)計(jì)引用流量為364.5 m3/s，主管流速為5.14 m/s，連接管流速為7.92 m/s。壓力管道進(jìn)口底板高程為1 628 m，上平段底坡為1%，斜井傾角為60°，下平段中心高程為1 463.45 m?？紤]到斜井段下部內(nèi)水壓力較大，對下彎段上部20 m以下管段采用鋼板襯砌，管外回填1 m 厚C20微膨脹混凝土；對下彎段上部20 m以上管段(包括上平段、上彎段、斜井段)采用襯砌厚度為1 m的 C25鋼筋混凝土襯砌。

3.3發(fā)電廠房及開關(guān)站布置

3.3.1廠房軸線的選擇

圍巖類別以Ⅲ～Ⅱ類為主，局部小斷層交匯區(qū)為Ⅳ類，整體成洞條件和圍巖自穩(wěn)能力較好。廠區(qū)次級小斷層和擠壓破碎帶寬度較小，發(fā)育較稀疏，且以NE向?yàn)橹鳎呦蚪橛贜15° ～50°E，次為NW向，少量近EW向；優(yōu)勢裂隙J1、J2間距較大，同一部位一般僅出現(xiàn)1～2組，走向介于N10°～40° E；廠區(qū)初始地應(yīng)力最大主應(yīng)力σ1量級為16～32 MPa，方向大致為N60°～80°W。

在綜合考慮優(yōu)勢裂隙、地應(yīng)力方向、樞紐布置、施工方便等因素后，選取廠房縱軸線走向?yàn)镹82°W，與壩軸線近似平行。

3.3.2主副廠房、出線系統(tǒng)及開關(guān)站設(shè)計(jì)

經(jīng)對圍巖穩(wěn)定、廠內(nèi)外交通、機(jī)電設(shè)備布置、運(yùn)行管理、工程投資等多方面進(jìn)行綜合比較后最終確定的三大洞室布置格局采用平行布置，主變室布置于廠房和尾水調(diào)壓室之間，主變室與廠房和尾水調(diào)壓室中心線間距分別為70.05 m和65.15 m。

地下廠房由山里至山外依次布置安裝間、主機(jī)間、副廠房；主機(jī)間長147 m，安裝間長60.9 m，副廠房長20.9 m，主副廠房總長度為228.8 m；主廠房吊車梁以上開挖跨度為30.8 m，以下為27.3 m；主廠房凈跨度為25.5 m，其中機(jī)組中心線上游側(cè)寬10.25 m，下游側(cè)寬15.25 m；廠房頂拱高程為1 510.8 m，基礎(chǔ)高程為1 437.45 m，主廠房高度為73.35 m。

主機(jī)間內(nèi)安裝4臺單機(jī)容量為650 MW的水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬機(jī)電設(shè)備，機(jī)組安裝高程為1 463.45 m，機(jī)組間距為33.8 m。為便于結(jié)構(gòu)布置并使設(shè)備布置更加緊湊以減少廠房跨度，在參考國內(nèi)外已建類似工程經(jīng)驗(yàn)，最終決定采用方圓形的機(jī)墩和風(fēng)罩結(jié)構(gòu)，緊貼上游側(cè)巖壁布置，下游側(cè)布置廠內(nèi)各層的縱向通道。廠內(nèi)安裝2臺400 t+400 t/50 t雙小車橋式起重機(jī)，吊車梁型式為巖壁式。廠內(nèi)布置從上至下依次為：廠房頂拱風(fēng)道層、發(fā)電機(jī)層、電氣夾層、水輪機(jī)層、蝸殼層及尾水操作廊道層。

主變室長150 m，寬19.3 m，高26.15 m，斷面為圓拱直墻型。主變室按功能分為上、下二層。上層為500 kV電纜層，高程為1 494.7 m，下層為主變層，高程為1 480.7 m，通過交通聯(lián)系洞與進(jìn)廠交通洞相連。

2條電纜出線豎井布置在主變室下游側(cè)，豎井中心線距主變室下游墻14.3 m，兩豎井之間水平中心距離為67.6 m；出線豎井通過兩條交通洞聯(lián)系洞、兩條電纜出線下平洞與主變室相連，其豎井內(nèi)徑均為8 m，高度均為205.3 m；在1 686.5 m高程通過電纜出線支洞和1條出線上平洞與地面開關(guān)站GIS樓500 kV電纜層連接，地面高程為1 685 m。

地面開關(guān)站由地面副廠房、GIS樓、出線場、回車場及進(jìn)站公路組成。地面副廠房與GIS樓按一字型布置，其間設(shè)0.1 m的伸縮縫，總面積為150 m×30 m(長×寬)，地面高程為1 685 m，室內(nèi)比室外高0.3 m。

3.3.3廠區(qū)防滲帷幕的布置

廠區(qū)防滲帷幕與大壩左岸防滲帷幕相接，防滲帷幕沿廠房縱軸線方向延伸至安裝間外50 m后再順河向延伸至主變室下游邊墻外15 m，形成廠區(qū)防滲帷幕的灌漿廊道。灌漿廊道距主廠房上游邊墻約50 m，平行于主廠房布置，廊道內(nèi)設(shè)灌漿孔和排水孔。與壩肩灌漿廊道對應(yīng)，從1 697 m高程至1 473 m高程共設(shè)置了5層灌漿廊道，平面上5層灌漿廊道的平均長度約為384.7 m。灌漿廊道斷面尺寸為3 m×4 m，城門洞型。各層灌漿廊道均設(shè)兩排灌漿孔。灌漿孔與鉛直面呈5°夾角，布孔間距為2 m，排距1.5 m，梅花形布置。上、下兩層帷幕采用淺孔灌漿進(jìn)行搭接。

3.3.4廠區(qū)排水系統(tǒng)的布置

廠區(qū)排水自成系統(tǒng)，在廠房及主變室附近設(shè)置了3層平面上呈半封閉型式布置的排水廊道，廊道內(nèi)設(shè)排水孔，將廠房和主變室籠罩在排水孔幕內(nèi)以有效排除地下水，提高地下廠房洞室群的圍巖穩(wěn)定性，確保廠房系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

深圳市佳士科技股份有限公司高級副總裁羅衛(wèi)紅先生、杭州華光焊接新材料股份有限公司董事長金李梅、南京大地水刀股份有限公司技術(shù)總監(jiān)蔣鎮(zhèn)漢、伏能士智能設(shè)備（上海）有限公司中國技術(shù)支持總監(jiān)Gerd Holzschuh分別做了題目為“持續(xù)追求技術(shù)發(fā)展 全面打造佳士質(zhì)量”、“面向綠色智能制造的釬焊技術(shù)展望”、“超高壓水射流技術(shù)的應(yīng)用”、“TPS/i-基于焊接工藝和用戶設(shè)計(jì)的智能平臺”的精彩報(bào)告。

3.3.5地下廠房通、排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1)送風(fēng)系統(tǒng)的布置。

送風(fēng)系統(tǒng)由進(jìn)風(fēng)平洞、進(jìn)風(fēng)機(jī)室(組合空調(diào)機(jī)房)、主副廠房頂拱送風(fēng)道組成，采用集中空調(diào)處理加進(jìn)廠交通洞輔助(自然)進(jìn)風(fēng)方案。

送風(fēng)系統(tǒng)洞室群空氣流程如下：

① 室外新風(fēng)→進(jìn)風(fēng)平洞→進(jìn)風(fēng)機(jī)室→進(jìn)風(fēng)兼排風(fēng)平洞→廠房拱頂送風(fēng)道→主廠房各層和副廠房。

② 室外新風(fēng)→進(jìn)風(fēng)樓→進(jìn)廠交通洞→主變室和GIS層→出線豎井。

(2)排風(fēng)系統(tǒng)的布置。

排風(fēng)系統(tǒng)主要由主副廠房頂拱排風(fēng)道、進(jìn)風(fēng)兼主廠房排風(fēng)平洞和主廠房排風(fēng)平洞、主變室頂拱排風(fēng)道、排風(fēng)機(jī)室、排風(fēng)豎井、排風(fēng)上平洞組成；另外2條500 kV出線豎井、出線上平洞兼排風(fēng)，以確保將全廠的余熱、余濕及廢氣排至室外。

排風(fēng)系統(tǒng)洞室群空氣流程如下：

① 主副廠房→主副廠房頂拱排風(fēng)道→進(jìn)風(fēng)兼排風(fēng)平洞→主副廠房排風(fēng)平洞→排風(fēng)機(jī)室→排風(fēng)豎井→排風(fēng)上平洞→室外。

② 母線洞→主變室→主變室頂拱排風(fēng)道→排風(fēng)機(jī)室→排風(fēng)豎井→排風(fēng)上平洞→室外。

③ 電纜層→出線豎井排風(fēng)道→出線豎井排風(fēng)機(jī)室→出線上平洞排風(fēng)道→室外。

3.4尾水系統(tǒng)的布置

尾水系統(tǒng)由尾水調(diào)壓室、尾水支洞、尾水洞、尾水閘門室及尾水洞出口等建筑物組成。

尾水調(diào)壓室1 498 m高程以上兩室連通。經(jīng)引水發(fā)電系統(tǒng)水力過渡過程數(shù)值計(jì)算分析，確定尾水調(diào)壓室的型式為長條形阻抗式，尾水系統(tǒng)采用“兩機(jī)一室一洞”的布置方式，總長度為144 m，其間設(shè)置一道15 m厚的巖柱隔墻，在隔墻頂高程1 498 m以下，調(diào)壓室分為兩室， 即：1#調(diào)壓室連接1#、2#機(jī)組及1#尾水洞，室長67 m；2#調(diào)壓室連接3#、4#機(jī)組及2#尾水洞，室長62 m。調(diào)壓室上、下寬度分別為22 m和21 m，頂拱高程1 517 m，阻抗隔板頂高程為1 456 m，底板高程為1 440 m，調(diào)壓室高79 m。在調(diào)壓室上游側(cè)設(shè)置尾水檢修閘門，閘門槽兼作阻抗口，孔口尺寸為10.8 m×3.4 m。檢修平臺高程稍高于常年洪水位且高于下游正常尾水位。

尾水系統(tǒng)采用“兩機(jī)一室一洞”的布置格局。尾水支洞垂直于調(diào)壓室下游邊墻，相互平行布置，中心間距33.8 m。1#尾調(diào)室的1-1、1-2尾水支洞在尾調(diào)室外以卜形岔形式合流交匯于1#尾水洞，交匯角度為140.46°； 2#尾調(diào)室的2-1、2-2尾水支洞在尾調(diào)室外以卜形岔形式合流交匯于2#尾水洞，交匯角度為140.46°；尾水支洞及其交匯段均采用平坡。卜形岔后兩條尾水洞平行布置，洞軸線間距為65.7 m，巖柱厚度為50.7 m，巖柱厚度與開挖跨度之比為3.38。1#、2#尾水洞進(jìn)口底板高程為1 440 m，出口底板高程為1 456.5 m；長度分別為1 306.57 m、1 134.51 m，縱坡i=-1.442%與i=-1.661%。尾水支洞及尾水洞均為城門洞型，斷面凈尺寸分別為9 m×14 m (寬×高)、12 m×16 m (寬×高)，采用鋼筋混凝土襯砌，標(biāo)準(zhǔn)段襯砌厚度為1.2～1.5 m。

尾水閘門室位于叮鐺溝上游側(cè)的山體內(nèi)，閘室軸線走向?yàn)镹6°48′14″'E，閘室高55.3 m，垂直埋深70～108 m，最小水平埋深約30 m。尾水閘門室長度為132 m，寬度為10 m，城門洞型。

尾水洞出口布置在大壩下游約500 m處，出口縱軸線與河道中泓線的交角約為40°。

4結(jié)語

長河壩水電站工程引水發(fā)電系統(tǒng)地下洞室群復(fù)雜、規(guī)模大，各建筑物布置緊湊，很好地解決了地應(yīng)力高、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地下水豐富、通風(fēng)、排煙難等一系列問題，可為今后類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

譚可奇(1980-)，男，陜西石泉人，副處長兼設(shè)計(jì)副總工程師，高級工程師，碩士，從事水電水利工程勘測設(shè)計(jì)、項(xiàng)目管理及科研工作；

蒲曉峰(1963-)，男，四川南部人，專業(yè)副總工程師，設(shè)計(jì)副總工程師，教授級高級工程師，學(xué)士，從事水電水利工程勘測設(shè)計(jì)、項(xiàng)目管理及科研工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

Layout Design of Outlet Works at Changheba Hydropower Station

MENG Fuqiang

(PowerChina Chengdu Engineering Limited , Chengdu , 610072 , China)

Abstract:Based on topographical and geological conditions in damsite area at Changheba hydropower station , scheme comparisons are made for outlet works layouts and spillway tunnel schemes are selected. With further investigation and design , the scheme is optimized to reduce construction difficulties and risks. After determination of layout of outlet works , based on results from recheck hydraulic model tests, outlet works configurations and structures are properly designed to meet specifications and to provide reliable basis for construction . This will provide experiences and references to the similar outlet works.

Key words:Changheba hydropower station ; outlet works ; layout ; spillway tunnel ; test

作者簡介:

收稿日期:2015-11-04

文章編號:1001-2184(2016)01-0015-03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV222;TV641