关键词：
电站枢纽（精选六篇）
电站枢纽 篇1
凯乐塔水电站位于几内亚共和国境内孔库雷河中游, 是以发电为主的三等中型水电工程, 水库校核洪水位113.30m, 正常蓄水位110.00m, 相应库容2300万m3, 电站装机容量234.6MW, 多年平均发电量9.65亿k W·h。目前几内亚共和国内的发电总装机为253MW, 其中水电129MW, 最大的电站是格拉菲里电站, 装机75MW。凯乐塔水电站建成后将主要承担其工业用电, 成为几内亚国内的骨干电源, 极大的促进几内亚的经济发展。
1 自然条件
几内亚只有雨季和旱季, 5月至10月为雨季, 降雨量约占全年的90%, 11月至次年4月为旱季, 干旱少雨。孔库雷河流域平均降雨量为2000mm, 坝址多年平均径流量为109.6亿m3, 本工程防洪标准为百年一遇设计, 千年一遇校核, 百年一遇设计洪水为3670m3/s, 千年一遇校核洪水为4430m3/s。流域植被好, 泥沙含量小, 河流含沙量为10g/m3, 坝址以上多年平均悬移质输沙量为13.9万t。
孔库雷河从坝前近东西向折而向北西流过坝区, 坝址区河谷蜿蜒曲折, 河谷呈“U”形, 河床宽度由约200m至坝址处扩展至约750m, 河道内有数个“河心岛”将孔库雷河分割, 主流分散形成5处河湾 (叉河) , 各河湾自坝轴线向下约350m形成庞大瀑布群, 从左往右分别为SALE, SANFOKUI, FRANBANGA, SONGO, LEKTE, 其中SONGO和LEKTE两处河湾水量较大, 瀑布落差约25~40m。坝址区两岸山体雄厚, 谷坡宽缓, 基岩裸露, 自然坡度一般7°~10°, 相对高差一般低于200m, 坝区基岩主要为泥盆纪的辉绿岩和奥陶系石英砂岩, 两岸山坡分布有较多的第四系红土, 河道中分布有少量第四系坡崩积-冲积的碎块石。除少量风化卸荷外未见大的崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象。坝址区未见断层出露, 节理裂隙主要发育有3组, 节理一般延伸长, 切层深, 连通性好。坝址区地震基本烈度为Ⅶ度。
2 枢纽布置
枢纽工程的主要建筑物包括挡水坝、溢流坝、引水建筑物、泄流底孔及厂房建筑物等。枢纽布置充分利用孔库雷河在凯乐塔瀑布处河道突然变宽, 主流分股分散的特点, 合理安排泄洪、发电等建筑物的位置, 避免相互干扰, 优先考虑泄洪建筑物的布置, 使其下泄水流不致冲刷坝基和其他建筑物的基础, 并综合考虑施工导流工程布置的方便性和实用性, 坝轴线呈S曲线布置, 总长1145.5m。
2.1 挡水坝和溢流坝
拦河坝为碾压混凝土重力坝, 挡水坝段总长706m, 坝顶高程114m, 最大坝高22m, 上游面竖直, 下游面在107.33m高程以上竖直, 在107.33m高程以下坡度为1:0.75, 坝顶宽5m。溢流坝段布置在右岸, 位于孔库雷河主河床的位置, 整个溢流坝段呈弧形布置, 其圆弧半径830m, 溢流坝段长360m, 溢流堰采用无闸门控制的开敞式自由溢流, 堰顶高程110m, 堰型为克里格尔经典剖面, 下游坡度为1:0.85, 采用台阶消能的布置形式, 末端采用底流消能。
2.2 引水系统布置
引水坝段保证电站的取水, 布置在坝轴线的凹位, 位于SANFOKHI瀑布的位置, 引水坝段总长66m, 引水系统由坝式进水口和压力钢管组成, 共3台机组, 一机一管, 单机设计引用流量180m3/s, 压力钢管内径6.3m。本工程采用坝后背管的布置方式, 钢管自上弯段穿出坝体以后, 敷设在开挖的基岩面上, 钢衬和外包的钢筋混凝土联合受力, 可有效降低钢衬厚度, 有利于钢材钢质和焊接质量。但是由于背管受力和施工较复杂, 钢衬和钢筋混凝土联合受力条件难以完全符合理想情况, 特别是在钢筋混凝土施工存在缺陷的情况下, 因此背管按明管设计, 外包钢筋混凝土能提高压力管道的超载能力。
经过专家学者论证和大量的压力管道模型试验证实, 在设计荷载作用下, 背管混凝土一般都要开裂, 且裂缝必然是贯通缝, 但外包混凝土开裂后压力管道仍能正常工作, 因此设计时不必为使钢管外包混凝土不开裂而过多增加外包混凝土厚度。运行时出现裂缝, 采取措施防止裂缝处钢筋锈蚀。
2.3 泄流底孔的布置
泄流底孔坝段布置在FRAN BANGA瀑布的上游, 与进水口所在的SANFOKHI瀑布相邻, 两个底孔为有压泄水孔, 出口用弧形闸门控制, 其后接大约300m长的泄水明渠, 将水流导至FRAN BANGA瀑布。根据水力模型试验的结果来看, 泄流底孔前可以拉砂形成冲砂漏斗, 但由于底孔距离进水口较远, 冲砂漏斗边界并没有延伸到电站进口的泥沙淤积区域。因此, 底孔并不能起到冲砂的作用, 但可以放空水库, 同时也是二期的导流通道;孔库雷河流域植被好, 泥沙含量小, 该河流含沙量10g/m3;进水口设置拦沙坎, 流道底板 (EL90.85m) 比引渠底 (EL87.00m) 高3.85m;基于这些方面的考虑, 泥沙问题显得不是特别突出。由于底孔可以迅速放空水库, 泥沙淤积也可以得到很好的清理。
2.4 厂房及尾水渠
电站厂房布置在引水坝段下游约80m的河道上, 最大开挖深度57m, 电站尾水通过350m的尾水渠排入主河道。电站为坝后式地面厂房, 主厂房总长106.1m, 宽度47.8m, 总高53.8m, 水轮机安装高程52.5m, 机组间距22m, 一机一缝。主厂房由主机间和安装间组成, 安装间布置在主机间左侧, 进厂路在安装间下游, 副厂房布置在主厂房下游侧, 主变压器、GIS楼布置在主厂房上游侧。尾水平台高程为72m, 宽9.8m, 尾水底坎高程41.5m, 渠底以1:2.3的反坡与原河道相接, 尾水边坡用钢筋混凝土喷锚支护。下游河道距离尾水约800m处由于河床陡然升高, 容易在尾水形成壅水区域, 因此还需要对下游凸出河道断面进行修整疏浚。
3 针对引水系统的技术改进措施
3.1 压力钢管过缝措施
一般坝后式水电站厂坝间多设温度缝或沉降缝, 以使厂房和坝体结构相对独立, 受力明确, 并在压力钢管过缝处设伸缩节, 以适应缝两侧厂坝结构的相对变位, 改善厂坝混凝土结构及压力钢管的受力状态。但是, 这样不仅使工程投资和运行费用增加, 并且伸缩节的制造加工、施工安装以及运行期的止水等技术问题也十分关键。本工程采用的措施是在厂坝分缝处设一段垫层管过缝取代伸缩节, 以适应分缝两侧相对变位。具体做法是在厂坝分缝处的管节外壁包裹360°膨胀聚苯乙烯弹性垫层, 厚度为30mm, 并在厂坝分缝处预留管节环缝, 待水库蓄水后, 厂坝间不均匀沉降基本形成, 再焊接此缝, 以减小不均匀沉降对钢管产生的不利影响。
3.2 进水口消涡梁
按《水利水电工程进水口设计规范》 (SL 285-2003) 计算, 为防止产生贯通式漏斗漩涡的最小淹没深度为8.5m。进水口引水道顶高程98.00m, 最低运行水位109.00m, 最小淹没深度11.0m, 大于理论计算值8.5m。理论上不会产生漩涡。但是根据模型试验的结论来看, 电站进口右侧漩涡频繁, 漩涡最大直径约有1.8m。与理论计算有所不符。
经过分析, 由于枢纽布置的特殊性及实际地形的约束, 在电站进水口前, 形成一个环状区域, 当上游来流受边界条件的影响, 发生了纵向或横向的变化, 水流的流向和能量都发生变化。下部主流水流行进至电站进水口时, 由于断面收缩, 流速增大, 动能增加, 而上部来流, 由于受胸墙的影响, 行近流速趋于零, 动能减小, 势能增加, 形成一壅水区, 壅水区的水体受到正向、反向、横向流速的作用发生旋转, 并且在重力的作用下形成漏斗形漩涡。设置消涡梁后, 在各种运行水位下, 电站进水口基本不发生漩涡, 消涡效果很好。
4 结语
凯乐塔水电站枢纽布置充分利用孔库雷河在凯乐塔瀑布处河道突然变宽, 主流分股分散的特点, 合理安排泄洪、发电等建筑物的位置, 避免相互干扰, 并综合考虑施工导流工程布置的方便性和实用性, 坝轴线呈S曲线布置。引水压力管道采用坝后背管的布置形式, 由于枢纽布置的特殊性及实际地形的约束而在进水口前沿容易形成的漩涡也采用了消涡梁的方式避免了其不利影响。目前工程已经接近尾声, 从即将竣工的大坝风貌上来看, 电站的枢纽布置是科学合理的, 为今后兴建类似的工程提供经验并开阔和丰富设计人员的思路。
参考文献
[1]蒋锁红, 夏忠, 谢小平.水电站坝后背管工程技术[M].北京:科学出版社, 2007.
[2]张剑.红河南沙水电站引水发电压力钢管 (坝后背管) 设计[J].人民珠江, 2010, 增刊1.
[3]傅金筑, 张淑婵.李家峡水电站钢管取消伸缩节论证[J].水力发电学报, 1997, 1.
喀麦隆曼维莱水电站枢纽布置设计 篇2
本项目实际洪水标准的确定原则上不低于前期可行性研究阶段确定及合同规定的标准,因此,综合考虑曼维莱水电站泄水建筑物实际规模以及在喀麦隆国民经济发展中的重要作用,洪水标准最终确定为:首部枢纽及电站厂区设计及校核洪水标准分别为10 000年一遇洪水及10 000年一遇洪水加大30%校核,坝址处相应的设计及校核洪峰流量为3 450 m3/s和4 485 m3/s;电站厂房尾水处相应的设计及校核洪峰流量为3 611 m3/s和4 694.3 m3/s。
2012年12月28日,业主正式下达曼维莱水电站主体工程施工开工令,目前工程建设进展顺利。
1 首部枢纽布置概况
1.1 坝线选择
在本项目前期研究阶段,从位于坝址处的尼亚贝桑村附近的恩特姆河渡口至下游曼维莱瀑布范围内大约2 km的恩特姆河河段上共选择了5条坝线进行了比较,5条坝线选择综合比较见表1。
从地形条件来看,坝线1～3处河床宽度适中,右坝肩地形条件较好,但河床左岸地形地势均较低且平坦,坝肩布置难度较大,左岸坝轴线均需要向下游延伸至左岸小山包处,坝顶长度较长,工程量较大;从地质条件来看,坝线1～3处河床地质条件较好,但两岸地表覆盖层较厚,基岩顶高程较低,坝轴线穿越地面沉陷带的范围均较大,基础处理难度及投资较大。
坝线4两岸地形条件均较好,河床地形简单,坝顶长度相对较短,河道主流分左右2条支流,为泄水建筑物的布置及施工导流布置提供了便利条件。坝线4处河床冲积层及两岸坝肩覆盖层均相对较薄,坝线不穿越断层,穿越凹陷带的范围相对较小,地质条件总体相对较好。
坝线5拦蓄恩特姆河及其右岸2条主要支流的来水,坝顶长度较长,增加了水库的调蓄功能,但对拦河坝下游曼维莱瀑布的生态及景观用水影响较大;另外,该坝线不可避免地要穿越附近次级断层,受区域性断裂的影响较大。
综合工程规模、地形与地质条件、施工条件及建坝后对曼维莱瀑布、当地交通条件的影响,最终选择坝线4作为实施的推荐坝线,该坝轴线处地形起伏不大,适合水工建筑物布置和上、下游水流衔接,充分利用天然地形条件后形成了高度较小、工程量相对节省的拦河坝,坝址上游水面开阔,易形成较大的库容。主溢洪道和辅助溢洪道则分别布置于沿坝轴线恩特姆河左、右岸主河槽上,使得泄水建筑物水流和下游河道衔接比较平顺。
1.2 首部枢纽布置
首部枢纽拦河坝及泄水建筑物沿坝轴线从左至右依次为:左岸连接坝段、主溢洪道、河心岛坝段、辅助溢洪道和右岸滩地及岸坡坝段。拦河坝及泄水建筑物枢纽坝顶高程为395.0 m,坝顶总长约1 800 m。
左岸连接坝段位于渠道进水口和泄洪冲沙闸之间,为混凝土重力坝,坝顶长度为20 m,平面上与泄洪冲沙闸呈115°夹角。
泄洪冲沙闸及主溢洪道紧接左岸连接坝和河心岛心墙坝段布置,位于恩特姆河左岸主河槽上,分别为1孔带弧门控制的平底宽顶堰和5孔带弧门控制的实用溢流堰,堰顶高程分别为379.0 m和382.0 m,闸室单孔净宽均为11 m。
河心岛坝段坝顶长度约1 260 m,为心墙坝,位于主溢洪道和辅助溢洪道之间的恩特姆河河心岛上,平面上呈曲线型布置。
辅助溢洪道位于恩特姆河右岸主河槽上,两侧分别接河心岛土坝段和右岸土坝段,为8孔无闸控溢流堰结构,堰顶高程与水库正常蓄水位齐平,为392.0 m。其功用,第1是在一般洪水条件下,当水库来流量超过电站发电引用流量时,多余的来水量通过辅助溢洪道自然下泄,保证有一个相对稳定的库水位,以尽量避免因频繁开启泄洪冲沙闸或者主溢洪道的闸门而带来的运行操作上的不便或者因闸门操作失误带来的危险;第2是在水库遇到超标洪水的极端情况下,可以作为洪水的下泄通道,从而成为确保拦河坝安全的又一道安全防线和储备;第3是通过参与水库多余弃水下泄或者泄洪,可以避免坝址下游现状河道右岸主河槽出现彻底断流现象;第4是在电站4台机全部甩负荷条件下,在主溢洪道及泄洪冲沙闸闸门均无法正常开启的条件下,在水库水位最高允许壅高至393.8 m时,辅助溢洪道可以确保下泄450 m3/s。
右岸滩地及岸坡连接坝段平面上也呈曲线型布置,坝顶长度约332 m,右岸坝头及进厂公路平顺连接。
2 引水发电系统布置方案
2.1 方案拟定
曼维莱水电站引水发电系统主要建筑物由渠道进水口、输水明渠、压力前池、二道坝、电站进水口、压力管道、电站厂房以及尾水建筑物等建筑物组成。在本项目的前期研究过程中共提出了不同渠道进水口、不同电站厂房厂址位置以及不同输水明渠线路组成的3个引水发电系统方案,并进行了综合专题研究。
2.1.1 半地下厂房方案引水发电系统
该方案是2009年9月份与业主签署的商务合同《建设方案技术建议书》中所确定的引水发电系统方案,也就是明渠引水以及半地下式厂房加长尾水隧洞方案,主要由渠道进水口、输水明渠、压力前池、前池二道坝、电站进水口、压力管道(埋管)、半地下式厂房以及尾水隧洞等建筑物组成。
2.1.2 地面厂房方案1引水发电系统
该方案取消了在拦河坝左坝肩上游山体开挖的渠道进水口,利用枢纽区的地形特点,将库区内一段长约1 000 m的天然冲沟进行简单疏浚整治后形成天然“水库渠道”,再人工开挖一段长约600 m的输水明渠,将水引至合同方案中的天然压力前池内,再从该前池的南端开挖约710 m长的输水明渠至电站进水口,电站进水后后接2条内径为10 m、单洞水平投影长约600 m的压力管道,每条压力管道末端再分别接岔管与地面厂房内的蝶阀相连,发电尾水通过开挖尾水明渠流入原河道。
该方案中电站厂房位于半地下厂房方案的尾水隧洞出口下游约200 m的恩特姆河左岸。
2.1.3 地面厂房方案2引水发电系统
地面厂房方案2引水发电系统布置方案与地面厂房方案1引水发电系统布置方案总体布局相近,其中电站厂房位置与地面厂房方案1中所确定的地面厂房位置相同。基于改善电站取水条件和尽可能缩短压力管道长度为目的,充分利用工程区有利的地形条件,对地面厂房方案1输水系统线路进行了调整后提出的建设方案,主要调整内容如下:
(1)渠道进水口位置及渠首建筑物。渠道进水口的位置选择在左坝肩靠近主溢洪道并紧邻泄洪冲沙闸布置,这样的布置方案可以通过紧邻的泄洪冲沙闸定期放水冲沙保证取水口“门前清”,可以避免河流中推移质泥沙进入输水明渠,不会因为电站取水口前泥沙淤积而造成电站取水困难。
(2)压力前池位置及输水明渠线路。通过现场补充测量发现在半地下厂房方案的尾水隧洞出口下游附近有一天然洼地,只需要在洼地下游天然垭口处修建二道坝后,即可形成新的电站天然压力前池。地形条件满足前池形成392.0 m的最高运行水位要求。在二道坝左坝肩处存在布置电站进水口和岸边地面厂房合适地形条件。该方案中压力管道及电站厂区建筑物全部布设在二道坝左坝肩一侧的缓坡地带上,由于电站进水口布设位置相对灵活,具备布置长度相对较短的压力管道的地形条件,通过适当将地面厂房机组中心线向远离河道岸边布设后,使得压力管道的总长度只有140 m,机组稳定运行条件有保障且不需要设置上游调压井。
该方案输水明渠线路首段与半地下式厂房方案基本一致,其后逐步沿现状低洼地形逐步向东南方向偏转,除了末段约800 m长的渠段需要全断面开挖形成外,其余输水明渠均为半挖半填渠段,输水明渠末端在适当整治处理后便和天然前池平顺连接。
2.2 方案选择
上述3种引水发电系统布置方案,其主要布置特点和区别如下表2。
综合地下工程及地面工程的施工难易程度、工期的可控程度以及土石方平衡等综合考虑,最终确定地面厂房方案2为曼维莱水电站引水发电系统最终实施方案。
3 厂区布置
3.1 厂房位置的确定
厂房位置是考虑地质地形条件以及电站进水口、压力管道、尾水渠布置以及基坑围堰等因素综合比较论证而确定的。
从地质条件来看,坝址下游沿恩特姆河峡谷发育有1条区域性断裂,该断裂控制了水系的走向,使恩特姆河由北西转向南西,在断裂带附近形成瀑布,并使恩特姆河峡谷直线状延伸约40km,受该区域断裂影响,沿恩特姆河峡谷岸边也发育有部分次级断层,越靠近恩特姆河峡谷岸边岩石相对比较破碎,因此,地面厂房位置则应尽可能远离岸边布置,避免因穿越岩石结构面对厂房基坑开挖及边坡支护和稳定造成不利影响。
结合本工程区地质地形条件,将厂房布置在恩特姆河峡谷左岸的缓坡地带上,充分利用恩特姆组花岗片麻岩作为建筑物地基。厂房布置同时考虑了尽量减小压力管道长度,以不设上游调压室为宜。综合考虑各种条件,最终将厂房布置在二道坝左坝肩下游约130 m、距离恩特姆河峡谷岸边约150 m的左岸缓坡地带上。
3.2 厂区总体布置
电站厂房及尾水渠位于恩特姆峡谷左岸,由原来的河谷岸坡开挖而成,沿线现状地面高程335～392 m,厂房最低建基面313.5 m,厂房基坑最大挖深接近80 m,除表层2～10 m为土质边坡,其下均为岩石边坡。
电站厂区枢纽主要建筑物有:主厂房、地下和地面副厂房、尾水渠、开关站、进厂公路以及机修间、绝缘油处理室和柴油发电机房等附属建筑物。4枢纽布置总结
电站枢纽 篇3
凉风壳水电站位于白龙江干流舟曲县逢迭乡上游约6.0km处, 为白龙江尼什峡至沙川坝河段梯级水电规划调整的第十二级电站 (自上而下) , 上游为喜儿沟水电站, 下游为沙川坝水电站, 坝址距舟曲县城约21km, 兰州市约392km。工程主要任务是发电, 采用引水式开发。本电站工程由引水枢纽、引水发电系统及发电厂区三部分建筑物组成。引水枢纽正常蓄水位1469.00 m, 电站总装机容量52.5MW, 单机容量17.5MW, 年发电量2.41亿kW·h, 属三等 (中型) 工程。主要建筑物为3级, 次要建筑物及临时建筑物为4级。
2 引水枢纽坝址水文条件
白龙江是嘉陵江的一级支流, 发源于秦岭西延部分的岷山郎木寺以西的郭尔莽梁北麓, 源地海拔高程4072m, 西北东南流向, 流经甘、川两省于四川昭化注入嘉陵江。
凉风壳水电站枢纽以上流域面积8586km2, 电站上游23.0km处设有立节水文站, 集水面积8434km2。通过对白龙江立节站实测径流系列1954~2004 (调节年度5月~翌年4月) 共51年年径流进行频率分析计算, 用矩法初估参数, 采用P—Ⅲ型曲线经适线后, 求得立节站多年平均流量为Qo=75.4m3/s, Cv=0.22、Cs/Cv=2.0。凉风壳水电站工程坝址和立节站控制流域面积相差4.4%, 因此, 凉风壳水电站工程坝址径流成果可用面积比将立节站频率计算成果推算至设计断面, 多年平均流量为78.9m3/s。
以立节站1954~2004年51年实测年最大洪峰流量系列, 加入1904年历史洪水, 用矩法初估统计参数, 采用P-Ⅲ型曲线, 用适线法, 求得立节站的洪峰流量均值为Qm=450m3/s, Cv=0.66, Cs=4.0Cv。
凉风壳水电站工程坝址和立节站控制流域面积相差不大, 本次凉风壳水电站工程坝址设计洪水成果可采用立节水文站洪水成果按面积比的一次方计算得到。凉风壳水电站设计洪水成果见表1。
根据立节水文站1964~2004年泥沙资料统计, 多年平均输沙量147万t, 多年平均输沙模数179t/km2。由此计算出凉风壳水电站多年平均入库沙量154万t, 多年平均流量为78.9m3/s, 计算得多年平均含沙量为0.619kg/m3, 推移质按悬沙的25%考虑, 推移质输沙量为38.5万t。
3 引水枢纽坝址工程地质条件
枢纽区白龙江河谷呈基本对称的“U”型, 河谷宽约150m, 现代河床由Ⅰ-Ⅱ级阶地及基岩组成, Ⅰ-Ⅱ级阶地上覆低液限粉土下为大厚度的卵石混合土, 现代河床宽约100m;河床河谷两侧为基岩山体, 边坡陡峻, 较适宜布置坝肩和隧洞进水口。坝址处河流方向为SE125°, 河床宽约100m, 水面宽约45m, 河面水位高程1463.97m。河床上部松散堆积物由第四系全新统冲洪积物和河漫滩段组成, 河漫滩主要分布于河流右侧, 宽约130m, 该河段左岸发育有Ⅰ、Ⅱ级阶地, 阶面高出河水面约3~9m, 地形平坦。从左往右各段工程地质条件分述如下:
左坝肩, 长115.656m, 基岩山坡, 坡度约35°, 岩性为中上志留系板岩 (局部覆盖有0.5~2m厚的坡积碎石土) , 新鲜面呈银灰色、灰色, 风化面呈灰白色、灰褐色, 鳞片变晶结构, 板状构造。白龙江Ⅰ级阶地, 长35.712m, 地面高程在1465~1485m之间, 顶部为0.5~3m厚的坡积碎石土, 下部为厚3~25m的卵石混合土 (SICb) , 岩性主要为砂岩及硅质岩等, 青灰色, 磨园度较好, 分选性一般, 浑圆-次圆状, 中密。白龙江河床, 地面高程在1463~1464m之间, 长45.342m, 上部为级配不良砾 (GP) , 厚约2~8m, 卵砾石成份主要为青灰色硅质岩及砂岩等, 一般粒径约为2~9cm, 磨圆度较好, 呈浑圆-次圆状, 稍密, 渗透系数约k=6.4×10-2cm/s。下部为卵石混合土 (SICb) , 厚约20~40m, 建议级配不良砾允许承载力430kPa, 卵石混合土允许承载力为450kPa, 砼/石摩擦系数为0.51。白龙江Ⅰ级阶地, 地面高程在1464~1495m之间, 长132.980m, 上部为厚5~45m的卵石混合土 (SICb) 下部为中上志留系板岩, 属弱透水岩层。右坝肩, 长22.880m, 基岩山坡, 坡度约30°, 上部覆盖有0.5~3m厚的坡积碎石土, 下部为中上志留系板岩, 强风化层厚约3~5m, 下为弱风化岩体, 属弱透水岩层。除左、右坝肩置于基岩中外, 坝、闸基础大部分将置于砂砾卵石上, 其为强透水性, 渗透系数约k=6.1×10-2cm/s, 坝、闸基主要存在渗漏、渗透变形及闸基基坑涌水问题。
4 引水枢纽建筑物布置
凉风壳电站为引水式电站, 由枢纽、引水系统和厂区三大部分组成。本电站可行性研究报告由甘肃省甘兰水利水电建筑设计院完成, 并委托中国水电顾问集团西北勘测设计研究院、贵阳勘测设计研究院的相关专家进行咨询把关, 并经甘肃省政府投资项目评审中心评审通过, 最终确定了枢纽建筑物布置。
引水枢纽为一综合建筑物, 担负着引水、泄洪和冲沙等任务, 坝轴线位于逢迭乡上游约7km处。此处河床宽约100m, 布置采取凹岸侧向引水, 正向泄洪冲沙的型式。枢纽由进水口、泄冲闸和溢流坝组成。进水口紧靠泄冲闸右侧布置于河流右岸, 泄冲闸布置于主河槽, 溢流坝靠泄冲闸左侧布置于主河床左侧, 进水口中心线与泄冲闸中心线夹角为67.78°。进水口由拦污栅段、前池、闸室段组成, 总长度42.8m。拦污栅为4孔10m, 底板高程1464.80m, 进水闸为单孔7.8m, 底板高程为1460.70m。泄洪冲沙闸总宽度70m, 5孔单宽10m, 闸底板高程为1463.00 m。溢流坝长度10m, 坝顶高程1469.0m, 坝高10.0m。泄冲闸和溢流坝均采用底流式消能。枢纽正常蓄水位1469.00m, 设计洪水位1469.50m, 校核洪水位为1471.783 m, 闸墩顶高程1473.00m。
5 泄洪冲沙闸的设计
泄洪冲沙闸共5孔, 其中1孔为冲沙闸, 其余4孔为泄洪闸。冲沙闸布置于泄洪闸的右侧, 紧靠电站进水口采用正向排沙方式, 汛期兼顾泄洪。泄洪冲沙闸由铺盖、闸室段、消力池段组成, 顺水流方向长度72m。
5.1 水力计算
5.1.1 洪水标准
设计洪水重现期为50年, 相应洪峰流量1420m3/s;
校核洪水重现期为300年, 相应洪峰流量2100m3/s;
消能防冲洪水重现期为30年, 相应洪峰流量1230m3/s。
5.1.2 水力计算
1) 特征水位确定
电站发电引水流量为140m3/s, 枢纽正常蓄水位1469.00m, 坝顶高程1469.0m。
泄冲闸、溢流坝泄流时均为堰流, 因此按堰流流量公式计算:
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式中:Q——过闸 (坝) 流量 (m3/s) ;
m——堰流流量系数, 泄冲闸取0.385, 溢流坝取0.49;
δ——堰流淹没系数, 泄流时按敞泄考虑, 无淹没, 闸坝均取1;
ε——堰流侧收缩系数, 按照闸墩布置型式, 经计算, 泄冲闸取0.901, 溢流坝取1;
b——闸 (坝) 孔总净宽度 (m) , 泄冲闸50m, 溢流坝10m。
经计算, 枢纽校核洪水位:1471.783m, 其中:闸泄1999m3/s, 坝泄101m3/s, 相应下游水位:1467.75m;设计洪水位:1469.50m, 其中:闸泄1273m3/s, 坝泄7m3/s, 相应下游水位:1466.90m;消能防冲水位:1468.86m, 闸泄1090m3/s。
2) 泄洪冲沙闸消力池池深、池长的确定
根据《水闸设计规范》 (SL265-2001) , 消力池池深、池长按照以下公式计算:
d=σ0h″0-h′s-ΔZ (2)
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Lj=0.8×6.9 (h″c-hc) (6)
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经试算, 池深d=1.25m, hc=2.18m, hc″=5.73m, Lj=19.6m。根据以往工程经验, 最终确定消力池池深1.5m, 池长24.0m。取k1=0.2, 计算出消力池底板厚度t=1.101m, 确定取值1.2m。
3) 海漫长度的确定
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根据地质条件Ks取11, 计算出Lp=56.76m。
5.2 泄冲闸结构设计
根据坝址地形、河床地质条件及水力计算的结果, 枢纽泄冲闸布置为5孔10m, 总宽度70m, 由铺盖、闸室段、消力池段组成。
泄冲闸顺水流方向112m, 闸室长度23m。闸墩顶高程1473.00m, 闸底板高程1463.00m, 厚度2.0m, 闸底板前齿墙基础面高程1459.00m, 最大闸高14.0m。泄冲闸单孔净宽10.0m, 采用平底泄洪, 末端6.0m采用1∶4的坡度与消力池相接, 闸室砼采用C30。边墩宽度2.0m, 中墩4.0m, 闸墩上下游采用圆形墩头, 中墩设纵缝, 使每个闸室自成一体。泄冲闸设有检修门槽, 5孔共用一扇平板检修门, 孔口尺寸10.0×6.0m (宽×高) , 采用DMS2×250kN-12m门机起吊。工作闸门5扇, 采用弧型钢闸门, 孔口尺寸为10.0×6.0m (宽×高) , 采用2×500kN液压启闭机启闭, 启闭机的动力站及电控箱置于闸墩顶面的液压启闭机油泵室。闸室上游设长25.0m、厚0.6m的钢筋砼铺盖。铺盖前缘设深4.0m齿墙, 以达到截流防渗的目的。闸后设长24.0m的消力池, 厚度1.2m, 为减小扬压力, 消力池底板下设0.5m厚的砂砾石反滤层, 并埋设DN75PVC排水孔, 排水孔呈梅花型布置, 间距2.0m。由水力计算结果可知, 海漫计算长度较长, 结合以往工程经验, 最终确定海漫长度40m, C20砼20m, 钢筋笼块石20m, 后接自然河床。具体尺寸如图1所示。
5.3 稳定计算
水闸承受的主要荷载有:自重、水重、水平水压力、扬压力、浪压力、泥沙压力、土压力及地震力等。本工程泄冲闸为单孔布置, 取1孔闸作为计算单元。
5.3.1 抗滑稳定计算
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根据地质资料, f =0.5。由计算结果可知, 正常挡水位时, Kc=1.57, 大于规范允许值1.25;校核洪水位时, Kc=5.665, 远大于规范允许值1.1。
5.3.2 闸室基底应力计算
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由计算结果可知, 正常挡水位时, Pmax/Pmin=1.11, 小于规范允许值1.5, 地基承载力为302kPa, 小于地基允许承载力430kPa;校核洪水位时, Pmax/Pmin=1.23, 小于规范允许值2.0, 地基承载力为247kPa, 小于地基允许承载力430kPa。
5.3.3 渗透压力及渗透稳定计算
电站枢纽 篇4
1) 部分分盘采用电磁式保护, 结构复杂, 可靠性低。2) 仅具备“两遥”功能, 部分一次系统运行参数不能及时上传。3) 缺乏自动控制和远动功能, 造成事故恢复时间长, 影响矿井供电安全。4) 大量复杂的二次线缆易造成保护误动或拒动。5) 没有事故记忆功能, 为事故分析造成困难。变电站综合自动化系统以计算机为主, 将变电站的一、二次设备通过功能组合, 实现对全变电站的主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制和保护, 以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化得特点。通过利用先进的综合自动化技术, 提高变电站的安全可靠性和系统的运行管理水平, 减少维护工作量和值班员的劳动强度。
1 应实现的目标
1) 远动功能 (四遥功能) ;2) 控制功能 (就地控制和遥控功能) ;3) 自动控制功能 (如有载调压变压器分接头和并联补偿电容器的综合控制 (VQC) 等) ;4) 测量表计功能 (如三相智能式电子电费计量表) ;5) 继电保护功能;6) 与继电保护有关的功能 (如故障录波、故障测距、小电流接地选线等) ;7) 接口功能 (如与微机五防、继电保护、电能计量、全球定位系统等的IED接口等) ;8) 系统功能 (与主站通信、当地SCADA等) 。
2 基本原则和要求
变电站综合自动化系统设计必须满足以下原则和要求:
1) 系统运行的安全性。在系统运行中, 继电保护的动作行为仅与保护装置有关, 不依赖监控系统的其它环节。保证系统中其它环节的故障只影响局部功能的实现, 不影响保护子系统的的正常工作。但微机保护系统要与监控系统保持紧密通信联系。2) 信息共享。充分利用数字通信的优势, 实现数据共享。只有实现数据共享, 才能简化系统结构, 降低造价。3) 体现综合性。系统应集变电站的继电保护、测量、监视、运行控制和通信一体, 代替常规继电保护、仪表、中央信号、控制屏和运行控制装置。故障录波和测距由保护系统完成, 并将信息传递给监控系统。4) 技术先进性。从电网的安全、稳定运行出发, 系统的软、硬件设置应具备RTU的全部功能, 并具备与上级调度通信的能力。5) 结构的灵活性。系统应提供适应变电站运行的各种监控操作手段, 便于升级改造。6) 通信的可靠性。系统各个功能模块间采用环形结构的光缆网络通信, 支持标准的通信协议。
3 方案设计
3.1 工程概况
1) 35k V大封变电站主接线:a.35k V线路部分:分为35k VI段和35k VII段, 采用单母线分段接线方式, 含35k V进线4回 (分别为35k V肥大线、35k V大白线、35k V大封I线及35k V大封II线) 、35k V PT2回、35k V变压器进线2回、35k V母联1回;b.35k V主变保护部分:由两台主变压器构成, 实现由35k V/6k V的降压, 包含2套相应的主变压器成套保护装置 (主变差动, 主变高、低后备及测控等) 。2) 微机保护装置的安装方式:35k V、6k V部分 (15条出线) 采用集中组屏的安装方式。3) 设2套后台监控系统, 完成变电站数据的实时监控及数据的输出功能。
3.2 一次系统方案设计
一次系统电气主接线方案保持不变, 需要注意的是:由于主回路开关状态需要进入综合自动化系统, 需在开关增设一对常开和常闭节点, 用于传送遥信和闭锁信号。
3.3 二次系统方案设计
根据现场实际, 总体的改造思路是:取消中央信号屏、35k V线路控制屏和SF6信号屏、主变保护控制屏。所有35k V和6k V设备均采用综合自动化装置集中组屏, 用综合自动化装置取代原来的保护、测量和控制。按照分层、分布式设计原则, 变电站层 (站控层) 选用DF3000变电站监控管理系统;间隔层选用DF3300E系列保护测控装置以及故障录波和小电流接地选线装置;通信网络选用DF361X系列通信管理装置, 站控层和间隔层均采用以太网通信网络。
变电站改造与新站建设最大的区别在于新、老系统的衔接, 应充分考虑各种因素, 保证系统功能的实现。本文从以下三个方面进行分析:
1) 测量回路。老系统的电压、电流遥测信号均进入RTU屏, 此次改造, 要将各35KV和6KV设备的电压、电流信号接入测控装置。需要注意的是, 保护测控柜的电工测量仪表的种类、量程要与PT、CT完全对应。由于设备本盘CT采用不完全星性接线, 可以将LHa或LHc中的一个电流信号接入测控装置, 用于指示A (或C) 相电流。LHn的电流接入本盘电流表, 用于指示B相电流。2) 保护回路。各分盘的CT保护电流分别接入对应保护测控装置的保护电流输入端子, PT电压输出接入对应的电压并列装置。主变的瓦斯、温度信号信号接入主变本体保护及操作装置。3) 控制回路。老系统的6k V设备为就地控制方式, 在保护测控装置集中组屏后, 需敷设控制电缆, 将保护测控装置的分合闸输出节点与本盘的分合闸线圈连接, 用于控制分合闸。同时分合闸回路中分别串联开关的常开或常闭节点, 实现闭锁。35k V设备除将保护测控装置的分合闸输出节点与设备的分合闸线圈连接外, 还要在弹簧操作机构中增设一个行程开关, 其常开和常闭节点分别串联在合闸回路和储能回路, 实现闭锁和控制功能。4) 信号回路。35k V和6k V设备的开关、刀闸均应有一对常开辅助节点接入保护测控装置的开关量输入端子, 为系统提供遥信信号, 并实现闭锁功能。将6k V的电压互感器盘信号继电器节点, 接入公用柜的DF3670EA综合测控装置, 用于6k VⅠ、Ⅱ段系统接地音响报警。
4 总结与建议
1) 大封变电站在改造前运行时间久、设备老化、自动化水平低。改造完成后, 成为综合自动化变电站, 其优越性主要体现在:实现“四遥”功能, 功能综合化、结构微机化、通信网络化、测量数字化、监视屏幕化、运行智能化。各保护测控装置即相对独立, 又通过计算机网络连接在一起, 实现数据共享。减轻了运行值班人员的工作量, 杜绝误操作现象发生。提高了变电站整体运行的安全可靠性, 保证了电网的安全稳定运行, 创造了极大的经济效益和社会效益。2) 老站升级改造不同于新站建设, 其工作量非常大, 特别是涉及到老系统拆除和新老系统对接, 对供电安全隐患极大。改造方案尽量利用原有线缆, 减小电缆敷设量。对改造方案中各功能回路进行充分分析, 避免电压回路短路, 电流回路开路, 不同电源碰头。
摘要：针对肥矿区35kV大封枢纽变电站现状, 介绍变电站综合自动化改造的基本原则和要求, 并对改造后变电站运行情况进行总结, 提出相关建议。
电站枢纽 篇5
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上, 是雅砻江干流上的重要梯级电站。电站总装机容量4 800MW, 单机容量600MW。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成, 为一低闸、长隧洞、大容量引水式电站。
厂区枢纽工程主要由上游调压室、高压管道、地下厂房系统、尾水隧洞、尾闸室以及尾水出口等建筑物组成。其中地下厂房系统主要由主副厂房洞、主变洞、出线场、母线洞、进厂交通洞、通风兼安全洞、厂顶排风排烟洞、GIL出线洞、主变进风洞、主变排风洞以及排水廊道等建筑物组成。
2 厂2#施工支洞简介
厂区枢纽工程右侧进场交通洞接入布置有厂2#施工支洞, 接至高压管道下平段, 是高压管道下平段与竖井段唯一的施工通道, 长540m, 为下坡隧洞。由于高压管道下平段位于主副厂房上游, 处于厂房下部, 为整个枢纽工程最低处, 时有穿越中等~强富水层 (T5- (1) 灰黑色大理岩) , 构造裂隙、溶隙含水, 深部岩溶虽不发育, 但地下水较丰富, 以岩溶裂隙水为主, 洞室开挖时将会遇到不同程度的涌水。
由于厂2#施工支洞所穿越岩石层理发育、岩石较为破碎, 掘进时采用“一掘一支”或“两掘一支”, 进度一直较慢, 直接影响了高压管道的工期。
3 涌水情况介绍
厂2#施工支洞在掘进至K0+118 m时, 于掌子面部位揭露一条岩性界限, 掌子面右侧及后方岩性为灰白~白色粗晶大理岩, 掌子面左侧岩性为灰黑色中细粒结晶大理岩。近掌子面洞段未见大的断层或溶蚀管道, 节理较发育~发育, 主要发育NNE向层面、NW向缓倾角节理及NE向缓倾角节理, 沿面轻微溶蚀, 围岩较破碎。该部位处于工程区第Ⅲ水文地质单元的第一出水段。
K0+107~118 m段右侧边墙及掌子面多处沿一组缓倾角节理面及钻孔内涌水、渗流水, 该出水段总流量估测为约50L/s。其中掌子面沿三个炮眼出水, 最大单点 (K0+118 m掌子面下游侧底脚部位炮孔内涌水) 最大涌水量约20~25L/s, 水清, 最大喷距约5 m。右侧壁桩号K0+111~118洞段离底板高度1.3~4 m沿N20°~30°E SE∠10°~15°缓倾角结构面及炮孔出水, 共5处, 最大出水量约10 L/s。
2007年10月10日揭露, 至2007年11月1日该洞段流量无明显衰减, 采用5台7.5KW/h及两台2台22KW/h的水泵抽水, 但每当循环爆破出渣时停止抽排水, 造成掌子面积水上涨, 限于抽水能力有限, 出渣完成后抽排需要20h~26h方可排尽, 严重制约掘进施工。为保证施工进度, 经监理、设计批准后, 拟采取封堵方式止水。
4 厂2#支洞掌子面出水灌浆封堵总体规划
(1) 先对掌子面表面进行封堵, 采用快速堵漏材料对表面进行临时封堵。
(2) 表面封堵完成后, 现场已具备进行深层封堵灌浆的施工条件, 同时根据钻孔、地质雷达及地质分析等手段已基本探明结构面的情况, 实施灌浆封堵。在掌子面进行试灌工作, 通过试灌以选择合适的灌浆封堵材料及浆材的配比等。
(3) 钻孔按有利于对已基本探明的主含水构造带实施直接封堵灌浆的原则布置。
5 封堵施工方案
5.1 表面封堵
采用模袋灌浆技术进行处理, 根据掌子面出水情况, 在出水的裂隙内下入相适应的模袋, 下设时, 用钢管连接模袋下入表面的出水口内, 要求下入深度能够达到50cm~100cm为宜, 模袋下好后, 将外接的钢管固定在洞壁上, 防止在灌浆时, 随着模袋的膨胀被冲出孔外, 准备工作完成后, 用胶管将模袋上的钢管和灌浆泵连接, 向模袋内灌入速凝浆液。灌浆时, 要密切注意出水口的出水变化情况, 并调整灌浆的速率。模袋灌浆结束后, 用快速封堵材料进行表面喷涂, 以期尽量减少出水量甚至封住表面出水。
表面封堵的主要目的并不是要把掌子面的出水全部堵住, 而是通过采取表面封堵的措施, 使得掌子面的出水量有所减小, 钻孔和灌浆的设备能够达到掌子面进行钻灌作业, 同时, 出水口的裂隙变小后, 对后面的灌浆处理会大大降低难度。
5.2 钻孔布置
布置钻孔时, 先对出水裂隙的地质产状测量, 根据出水裂隙的产状, 在出水口周围布置一定数量的钻孔, 并根据计算, 确定钻孔的角度和位置, 使钻孔能够在不同的深度穿透出水裂隙。具体的孔位布置和业主、设计、监理在现场商定。掌子面灌浆完成后建议对出水洞段的洞壁进行固结灌浆处理, 以保证洞壁的安全稳定。
5.3 钻孔
机具:钻孔采用2台100B快速机, 1台XY-2PC地质钻机钻进, 1台阿特拉斯空压机供风。100B钻机钻进15 m以内的浅孔, XY-2PC钻机备用准备较深的钻孔钻进。
平台:钻孔前, 根据钻孔位置用脚手架钢管搭设钻灌作业平台, 平台用锚杆固定在洞壁上, 以保证平台的稳定性, 防止平台在钻孔过程中产生晃动, 影响钻进质量和速度, 甚至造成安全隐患。钻机摆放位置用木板铺设, 钻机就位后, 将钻机固定在平台上, 并在钻机后座垫板位置增加固定钢管数量, 尤其孔深较大时, 必须确保钻机及平台的稳定性。
开孔:钻孔开孔直径90 mm, 镶铸孔口管后, 变径76 mm孔径继续钻进。
孔口管:钻孔钻进50 cm后, 起出钻具, 下入同样口径的钢管, 钢管下到位后, 在钢管内卡塞灌注0.6∶1的浓水泥浆液镶铸, 孔口管要求露出孔口20~30 cm, 管口留有连接丝扣或焊接法兰, 以便安装引水管和混浆器。孔口管镶铸完毕后, 待凝8小时变径76 mm继续钻进至预定孔深。
5.4 灌浆
5.4.1 灌浆材料
水泥:灌浆采用普通硅酸盐水泥, 强度等级不低于52.5, 细度要求为通过80μm方孔筛的筛余量不宜大于5%。
水:灌浆用水要符合拌制水工混凝土要求, 水温不超过30℃, 灌浆用水直接利用洞内出水用潜水泵抽取。
粉煤灰:可选用I、II级, 其品质应符合SL62-94。
膨润土:为二级钙质膨润土, 其品质应符合SY/T5060-93标准。
水玻璃:浓度25~35波美度。
防水剂:可采用BR-CF型增强防水剂与水泥配制的BR-CF型浆液。
外加剂:专用的速凝剂、憎水剂等, 使用的种类及其掺加量通过室内浆材试验确定。
砂:质地坚硬的天然砂或人工砂, 细度模数不大于2.0, 最大粒径不大于2.5 mm, S03含量小于1%, 含泥量小于3%, 有机物含量小于3%。在需要灌注水泥砂浆时使用, 灌注水泥砂浆需要使用专门的砂浆泵。
5.4.2 浆液
本次灌浆拟选用以下四种浆材经试验后择优选用。
纯水泥浆液:采用强度等级42.5水泥, 浆液水灰比采用0.6∶1。对于钻孔揭露的情况, 在一般情况下, 直接采用0.6∶1的水泥浆液灌注, 如果孔内没有水流出现, 则采用2∶1的水灰比开灌, 按变浆标准变浆灌注至结束标准。
水泥-水玻璃浆液:通过改变浆液的配比及外加剂的掺量, 控制浆液的凝结时间, 水泥-水玻璃浆液的凝结时间可以几秒到几分钟的范围内的调节。它克服了单组分水泥浆液的凝结时间长且难以控制、结石率低等不足, 可用于大涌水部位的堵漏灌浆。施工采用双液方式灌注。
特种水泥液浆:堵水的灌浆材料主要以水泥-水玻璃浆液为主, 结合灌浆过程出现的情况, 也可以采用部分特种水泥液浆进行灌浆。灌浆前, 对水泥-水玻璃浆液进行掺量控制试验, 通过改变浆液的配比及外加剂的掺量, 来控制浆液的凝结时间, 根据出水的流速选择几秒到几分钟的凝结时间调节水泥-水玻璃浆液的配比, 施工时采用双液灌注。
防冲膏状浆液:在采用水泥-水玻璃浆液灌注无法有效降低吸浆量时, 可以使用改种浆液灌注。其主要成分为水泥、膨润土、粉煤灰、速凝剂、抗分散剂。该浆液具有抗冲刷、凝结时间易于控制、强度高等特点, 室内试验表明该种浆液可在1m/s流速的水中凝固, 是堵漏的首选浆材, 可用于大涌水部位的堵漏灌浆。施工采用单液方式灌注。
化学灌浆材料:采用聚氨酯类浆材, 由多异氰酸酯和多羟基聚醚在一定条件下反应而成的高分子材料, 浆液中的NCO基团和水接触后, 发生扩链、支化、交联和固化反应, 同时产生很大的膨胀压力, 促使浆液二次扩散, 推动浆液向裂缝、孔隙深入渗透, 故有更大的扩散和固结范围。该材料防渗堵漏能力较强, 不遇水时是稳定的, 遇水才能进行化学反应, 最终生成不溶于水的凝胶体。施工采用单液方式灌注。
5.4.3 浆液制备:
所有制浆材料必须称量, 水泥等固相材料应采用称重法称量, 加水采用自动计量器, 称量误差不得大于5%。
水泥浆液采用高速搅拌机搅拌, 纯水泥浆液的搅拌时间应不少于30s, 浆液在使用前应过筛, 自制备至用完时间宜小于4h。
拌制水泥粉煤灰浆、水泥粉煤灰浆掺加外加剂浆方法通过室内试验确定。
防冲膏状浆液需采用强力搅拌机拌制。
5.4.4 灌浆设备
灌浆机具全部选择技术先进, 性能适于本工程快速堵水灌浆的设备。中低压灌浆采用SNS-140/15型灌浆泵或MORATH型双液灌浆泵。高压灌浆采用YZB-200/13型双液灌浆泵或C-250型双液灌浆泵, 该泵最大工作压力25 MPa。其它机具主要有高速搅拌制浆机、立式双桶储浆搅拌机、灌浆自动记录系统、灌浆塞和双液混合器等。
5.4.5 灌浆方式
灌浆方式可根据具体情况选择单液灌注和双液灌注。灌注水泥-水玻璃浆液时采用孔口混合的方法, 即在孔口管上安装混合器, 水泥浆液和水玻璃液体分别泵送, 经混合器混合后直接进入孔内, 混合后浆液在预定的时间内凝固, 此时浆液进入孔内一定深度。
不同浆液的使用, 根据钻孔中的出水情况确定, 原则上对于孔内出水量小于1升时或没有出水, 直接灌注纯水泥浆液, 水灰比根据透水率确定。出水量大于1升时考虑灌注水泥-水玻璃浆液, 如果水泥-水玻璃浆液灌注效果较差, 灌注长时间没有变化时, 结合灌注膏状浆液, 特种水泥和化学材料根据需要确定。
5.4.6 灌浆压力
灌浆压力应大于涌水压力1~1.5MPa, 涌水压力由实测量得。灌浆压力应在灌浆过程中逐步提升, 避免突然提升灌浆压力。
5.4.7 灌浆结束标准
吸浆率在1 L/min以下, 达到设计终灌压力后, 继续注浆10 min可以结束灌浆。
5.4.8 浆液变浆标准
灌浆浆液浓度遵循由稀到浓的原则逐级改变, 对于不出水的钻孔采用2∶1, 1∶1, 0.8∶1, 0.6∶1四个水灰比比级, 施工过程中将按以下要求控制。
灌浆时, 当灌浆压力保持不变, 吸浆量均匀减少, 或者吸浆量变化不大而灌浆压力均匀升高时, 不得改变水灰比;
当某一比级浆液注入量已达300L以上, 或灌注时间己达1h, 而灌浆压力和注入率均无显著改变时, 应换浓一级水灰比浆液灌注;
当注入率大于30L/min时, 根据施工具体情况, 可越级变浓;
当采用最浓级浆液灌浆, 而吸浆量仍很大、不见减小时, 可采用限流、低压、限量、间歇、待凝等方法处理;
由于浆液变浓造成灌浆压力突增或吸浆量突减, 应立即查明原因、采取相应措施处理;
如发生回浆变浓现象, 换用相同水灰比的新鲜浆液进行灌注, 若效果不明显, 延续灌注30 min, 即可停止灌注;
灌浆过程中, 除记录仪自动检测浆液密度外, 另有人工定时测记浆液密度和温度, 其密度数据可与记录仪互为校核。
涌水严重地段直接灌注防冲膏状浆液。
一般地段灌注水泥稳定性浆液。水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.5∶1三个比级, 开灌水灰比1∶1。
灌浆段注入量大而难以结束时, 可依次选用下列措施处理:低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆;在浆液中加入速凝剂;灌注防冲膏状浆液;进行双液灌浆。
5.5 灌浆效果检查
(1) 灌浆结束后, 在有较大漏水的孔外侧钻检查孔, 观查大的漏水通道是否已被封堵。
(2) 在洞壁四周沿洞轮廓线布置检查孔, 并进行压水试验, 压水压力应为最大灌浆压力的80%, 检查其他部位的灌浆效果。
6 施工机械设备配置
投入机械设备, 见表1。
7 实施效果及经验总结
7.1 实施效果
由于此次涌水流速相对较小, 仅采取水泥-水玻璃浆液即对涌水及出水点封堵成功。保证了施工进度。封堵施工利用于已开挖洞段侧墙处封堵效果明显, 对掌子面上涌水封堵意义不大。
7.2 经验总结
此次掌子面涌水虽然由于及时通过堵水处理以及地下水位下降等原因, 对施工造成的影响控制在较小的水平, 但也反映出前期排水规划考虑不足, 排水管线布设设计时, 管线选择过小, 当遇到突然涌水和大规模渗水时, 措手不及, 虽然可以及时增加水泵但受限于排水管径, 无法增加排水速度, 造成施工停滞长达一个月之久。
这提醒我们, 由于地下洞室开挖一般掌子面单一, 在排水设施规划时, 要尽可能预见可能遇到的涌水和大规模渗水情况, 在选择排水能力时, 要考虑充分不利情况, 留有余地, 以避免因排水问题制约施工进度。同时由于地下水互相关联, 有时相关部位封堵完成后, 将地下渗水向其他部位挤压, 别的部位出现涌水或渗水情况加剧, 为此, 洞室施工中对涌水、渗水处理必须采用堵、排结合的方式:“以排为主, 以堵为辅”。
摘要：介绍了雅砻江锦屏二级水电站厂区枢纽工程厂2#施工支洞掘进过程遇到的涌水情况, 针对现场实际情况, 采取有效的堵水措施, 保证了洞室开挖正常掘进。
电站枢纽 篇6
厄瓜多尔Coca Codo Sinclair水电站位于南美洲厄瓜多尔国北部Napo省与Sucumbios省交界处, 工程由首部枢纽、调蓄水库、电站厂房等组成。首部枢纽由面板堆石坝、溢流坝、取水口及沉沙池组成, 枢纽坝址位于Quijos和Salado两河交汇处下游约1km处, 距首都基多约130km。电站总装机容量1 500MW, 装机8台。
首部枢纽由面板堆石坝最大坝高39.50m, 溢流坝坝段设有8个开敞式表孔, 堰顶高程1 275.5m, 单孔净宽20.00 m。溢流坝右侧布置3孔冲沙闸, 孔口尺寸从左至右依次为1-8.00m×8.00m (孔数-宽×高, 弧形闸门) 、2-4.50m×4.50m (孔数-宽×高, 平板闸门) 。冲沙闸下游为底流消能, 消力池池深4.50m, 池长65.00m。冲沙闸进口与溢流坝之间设置一导墙, 导墙长度为60m, 弧形门冲沙闸进口与平板门冲沙闸之间导墙长度为20m。首部枢纽取水口紧邻冲沙闸布置。枢纽正常蓄水位为1 275.50m。两种冲沙闸剖面如图1~2。
为了使电站首部枢纽整体设计得到优化, 采用物理模型进行试验。通过模型试验, 验证冲沙闸过流能力, 验证冲沙闸体型以及闸下游消能防冲设计的合理性。模型采用正态[1], 几何比尺Lr=100。冲沙闸水力学试验是在1∶100溢流坝整体模型中进行的, 模型布置如图3。
2 原设计方案试验成果[2]
2.1 过流能力
试验量测了正常蓄水位1 275.5m时, 平板门冲沙闸闸孔出流流量为416m3/s, 较设计值396m3/s大5%。弧形门冲沙闸闸孔出流流量为593m3/s, 略大于设计值592m3/s。闸孔泄流满足设计要求。
2.2 压力分布
试验量测了四级特征库水位下弧形工作门冲沙闸底板上沿程压力, 如图4。冲沙闸底板进口段和消力池底板沿程各测点压力随着库水位的升高而增大, 在底板两段曲线段测点压力随着库水位的升高而降低, 但均为正压。从冲沙闸底板压力分布看, 满足设计规范要求。
2.3 冲沙闸上游流态与流速分布
在正常蓄水位1 275.5m时, 当8m×8m冲沙闸过流时, 闸前流态受左右导墙影响, 产生绕流, 并在闸前产生跌水, 闸前流态紊乱。2孔4.5m×4.5m冲沙闸过流时, 闸前流态较平顺, 由于受冲沙闸之间导墙影响, 在左孔胸墙前产生一直径约为3m的间歇性串通漩涡, 建议在不影响建筑物稳定情况下, 取消弧形门与平板门冲沙闸之间的导墙, 以消除不利流态。
试验量测了正常蓄水位1 275.5 m, 3孔闸正常运用拉沙时闸前流速分布, 如图5。由于弧形门冲沙闸过流流量大于平板门闸, 两闸之间导墙的存在, 使得闸孔前流速分布不均, 弧形门闸闸前各断面流速均较大, 是平板门闸闸前断面流速的2~3倍。
2.4 冲沙闸下游流态与流速分布
原设计冲沙闸下游消力池之间无隔墩, 结果表明, 无论是哪孔冲沙闸开启, 只要是单孔泄流, 消力池内流态非常乱, 水流在池内左右摆动, 冲击两侧边墙, 水流出消力池时直冲尾部闸墩, 见图6, 消力池设置隔墩后, 无论是单孔泄流还是双孔泄流, 消力池内流态均较稳定, 见图7, 建议冲沙闸下游消力池设置隔墩。
在正常蓄水位1 275.5m时, 8m×8m弧形门冲沙闸闸下水流在消力池内可以形成完整水跃, 但由于单宽流量达到74m3/s.m, 闸下泄水流虽然经过消力池消能, 但出池仍有较大的能量, 出池护坦上水流底部流速达到11m/s, 对下游均会产生严重的冲刷。当库水位高于1 280.88 m时, 闸孔下泄水流直接冲出消力池。对于4.5 m×4.5 m冲沙闸, 在正常蓄水位1 275.5m时, 消力池内形成完整水跃, 但水流出消力池后流速仍然较大, 最大底部流速达到8.9 m/s。当库水位高于1 282.07m时, 闸孔下泄水流直接冲出消力池, 在消力池下游形成波状水跃或挑流流态。试验表明冲沙闸下游消力池和防护设计均需要进一步优化。
3 修改方案试验成果
3.1 冲沙闸修改布置
根据原设计方案试验成果, 对冲沙闸局部体型及下游消能防护体型等做了调整, 将冲沙闸与溢流坝之间上游导墙长度增加20m, 导墙顶部高程由1 275.5m加高至1 289.5m, 去掉弧形门与平板门之间导墙, 冲沙闸消力池池底高程降低2 m, 池深增加1.5m。消力池尾坎下游海漫采用浆砌石进行防护, 防护长度为120 m, 海漫末端设有防冲槽, 防冲槽内为1~2 m块石。
3.2 冲沙闸上下游流态与流速分布
库水位1 275.5m, 冲沙闸闸孔进流平顺, 闸前各断面流速分布与原设计相比均匀, 如图8。
正常蓄水位1 275.5m时, 冲沙闸下游消力池内均能形成完整水跃, 但由于该库水位时仅有冲沙闸泄水, 下游河道水位较低, 消力池水面与下游河道水面有一定落差, 在消力池尾坎处出现跌流, 在海漫段产生二次水跃, 如图9, 海漫段流速约为7~8 m/s。防冲槽下游形成一冲刷坑, 冲刷最低点高程为1 252.6m, 高于防冲槽底部高程1 252.2 m, 防冲槽内的块石有部分滚落于坑内, 但防冲槽整体基本保持稳定。由于消力池尾坎下游海漫采用浆砌块石防护, 浆砌块石抗冲流速为3~6m/s, 模型实测海漫段流速大于其抗冲流速, 为了保证消能防护工程的安全, 建议在冲沙闸段消力池下游建造二级消力池, 或者采用抗冲能力强的材料进行防护。
4 结语
本文从水力学角度对该水电站首部枢纽冲沙闸设计的冲沙流量、结构体型、水流流态以及下游消能防护设施等进行讨论, 并结合模型试验对冲沙闸设计体型进行了局部优化调整, 研究表明, 优化后的冲沙闸设计体型满足冲沙闸安全过流的设计要求, 研究成果可供同类工程参考。
摘要：通过模型试验对电站首部枢纽冲沙闸的水力特性:如过流能力、压力、上下游流态、流速分布及消能防冲效果进行了量测分析, 研究表明, 冲沙闸的泄流能力满足设计要求。原设计方案闸前进口流态受闸前导墙影响, 产生绕流, 并在闸前产生跌水, 闸前流态紊乱, 闸前各断面流速分布不均。闸下泄水经过消力池消能后仍有较大的余能, 出池护坦水流流速达到11m/s, 对下游均会产生严重的冲刷。结合模型试验对冲沙闸局部体型以及消力池体型及下游防护形式进行了修改, 上下游流态及下游消能得到改善, 海漫下游防冲槽整体基本保持稳定。
关键词：厄瓜多尔,冲沙闸,水力特性,消能冲刷
参考文献
[1]《水工 (常规) 模型试验规程》[S].
