水电站调压井设计优化与主要施工技术研究.pdf

水电站调压井设计优化与主要施工技术研究 本文主要从水电站调压井发展趋势、调压室的作用、设计优化原则等进行 了详细的阐述。 标签： 水电站;调压井;优化 一、前言 水电站调压井对工程整体的影响非常大，水电站规模的更大也对调压井的施 工技术增加了难度和挑战。 二、水电站调压井工程发展趋势 随着我国水利事业的蓬勃发展，水电建设工程逐渐西移，越来越多的大型甚 至超大型水利工程项目正处于规划、设计和建设之中。这些工程的特点是：工程 规模巨大、枢纽建筑物多、坝址多位于高山峡谷之中，由于受地形及水力条件约 束，在建和即将开发的很多大型水电工程开发方式为引水式，因此，今后将有不 少大型调压井工程要建设，其工程规模越来越大，而且工程所处地质条件也相当 复杂。因此，开展并总结调压井工程设计与关键施工技术研究是十分必要的。研 究成果不仅对同类工程有重要的参考价值，也必将有力地推动我国调压井工程设 计与施工技术进步。调压井的设计建造有下列特点： 1.水电站建设规模增大、引水隧洞增长，调压室的流量也相应增大; 2.伴随流量大、引水系统增长，调压室的内径也愈来愈大; 3.我国近年来大兴水利，水电建设迅猛发展，水利施工中常会碰到不良地质 条件，调压室所处的地形地质条件日益复杂化; 4.随着结构设计技术的不断发展，在充分利用地质、地形条件与已开挖洞室 的同时，调压室的布置与结构型式更为多样。国内外建成和在建的调压室结构样 式呈现多样化发展，意大利的贝而德思（BardS）水电站带下室调压井，其下室 呈螺旋形，头部与尾部都同竖井连接，前后高差有4.5米，下室采用.螺旋形，从 而使得上下部之间形成了一个较大的坡度，非常有利于空气和水流的进出。 三、调压室的作用 水电站在运行过程中常常会遇到负荷突然变化的情况，例如因事故突然丢弃 负荷，或在较短时间内启动机组，这时，由于导水叶的快速开启和关闭，将不可 避免的在水电站有压引水管道中出现“水锤”现象。它是由水流的动能引起的，当 管道末端流量急剧变化时，压力也随之变化。导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中 将引起压力上升，尾水管中则压力下降，导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗 壳中引起压力下降，而在尾水管中引起压力上升。 为了改善水锤现象，减小水锤压力在引水道中的传播，常在有压引水隧洞或 有压引水管与压力管道衔接处建造调压室。在较长管道中设置调压室，缩短了管 道长度，减小相长，可以缓和水击，减低水击压强。由于调压室利用扩大的断面 和自由水面反射水锤波，将有压引水系统分成两段：上游段为有压引水隧洞，调 压室使隧洞基本上避免了水锤压力的影响;下游段为压力管道，由于长度缩短了， 从而降低了压力管道中的水锤值，改善了机组的运行条件。 四、设计优化原则 1.原有调压井的面积主要由两扇事故闸门的布置所控制，优化设计应在满足 闸门布置和大波动稳定要求的前提下，用调整和改变调压井断面来减少调压井的 面积，以达到节省工程投资和加快工程进度的目的。 2.改变调压井断面型式后必须满足水力学条件，并在最高、最低涌浪时不影 响原布置的限定条件，能满足调节保证要求。 3.调压井断面型式改变后，须使调压井结构的应力、应变限制在设计允许范 围内，并能满足施工、运行的要求。 4.根据地形地质和电站的总体布置要求，调压井顶部不允许溢流，避免影响 电站厂房的安全。 5.要求结构简单，施工方便，不影响工程的工期。 6.如果适当处理调压井底部结构，使井筒底部结构的整体刚度加大，接近固 端边界条件，则优化后井筒的结构应力将减少很多。 7.施工期应力分析。调压井围岩构造应力已基本释放，所以地应力很小，施 工开挖所引起的调压井壁和隧洞洞壁的附加应力 （二次应力）也很小。施工期井 壁的最大主应力在竖直方向，为拉应力，最大值为0.18MPa，最小主应力在水平 方向，为压应力，沿井壁的拉应力随高度而减少，故施工期井筒开挖是安全的， 其径向应力均为压应力，开挖中关键位置在底洞扩大断面。 五、调压井的开挖施工技术 某水电站为引水式日调节水电站，其主要任务为发电，电站总装机容量 56MW，主厂房共设置三台混流式水轮发电机组，其中两台容量为23MW，一台 为10MW;电站保证出力10.2MW，装机年利用3805小时。该水电站有效改善了 当地的电网结构，缓解用电紧张的局面，一般情况下电站承担系统基荷，如果不 在汛期也承担系统峰荷，水库按照日调节的