水電站計劃優(yōu)化研究論文

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簡介：先容招標計劃階段百色水電站計劃優(yōu)化情況，重點先容地下GIS升壓站選擇、地下洞室布置、廠房防滲排水布置及洞室圍巖穩(wěn)固闡發(fā)等方面的研究和優(yōu)化情況，并對采用巖錨梁、取消伸縮節(jié)、應用鋼纖維噴混凝土、霧化防護等題目舉行探究。

要害字：百色水利要害水電站計劃計劃優(yōu)化

1、計劃優(yōu)化外貌百色水電站為地下式水電站，裝機容量4×135MW，電站修建物布置于主壩區(qū)左岸。招標計劃階段，除將主變及升壓站由地面布置改為地下布置外，電站總體布置維持初設階段的布置款式。水電站修建物包括：進水口、引水隧洞、地下主廠房和主變洞及母線廊道、高壓電纜廊道、灌漿排水廊道、交通洞、疏散洞、排風豎井等隸屬洞室、尾水隧洞及尾溝渠等。除進水口、引水隧洞、尾溝渠及交通洞部分洞段等部位的巖層重要為巖性較差的榴江組硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖、泥巖外，另外地下廠房洞室即主廠房和主變洞及其隸屬洞室、尾水隧洞等均布置在巖體抗壓強度較高、滲透滲出系數(shù)較小但裂隙較發(fā)育且出露寬度僅約150m的輝綠巖帶內(nèi)。

招標計劃階段重要舉行了以下幾個方面的計劃優(yōu)化：

（1）主變和升壓站由初設的地面布置改為地下布置。進一步開展了升壓配電配置的選型和布置方案的比力，論證了采用地下GIS升壓站的公正性，選擇了往左岸擋水壩段出線的高壓出線方案。

（2）地下廠房設置獨立的防滲排水體系。舉行了廠區(qū)地下洞室群的滲流場闡發(fā)，設置了獨立的廠房防滲排水體系，增強了廠房滲流控制措施。

（3）尾水隧洞布置的優(yōu)化。舉行了電站調(diào)保及尾水體系水力學盤算，為制止明滿流交替，尾水主洞由等斷面順坡式改為變斷面上翹式。

（4）地下洞室布置的優(yōu)化。采用地下GIS升壓站方案后，洞室布置從初設的“主廠房尾閘室”一大一小兩洞布置改為“主廠房主變洞”兩大洞室布置。

、修建物計劃優(yōu)化研究

2.1地下GIS升壓站方案的研究

雖然SF6全關閉組合電器（GIS）的性能和可靠性優(yōu)于通例配置，但鑒于初設階段時期其配置造價較高，電站升壓站型式推薦采用地面洞開式升壓站方案，升壓配電裝置采用SF6瓷柱式斷路器和洞開的斷絕開關等通例配置。

招標計劃階段，隨著技能的前進，GIS技能應用已趨于普遍和成熟，其配置價錢已經(jīng)低落，采用GIS配置也更能順應今世電站“少人值班”的要求，同時思量到地面升壓站高邊坡題目較突出，工程運行的清靜性和可靠性較差，因此，對地面通例式、地面GIS式和地下GIS式升壓站方案舉行了深入比力。兩個地面方案的升壓站均布置在地下廠房頂部山坡開挖形成的平臺上。地下GIS升壓站方案則是將主變和GIS等配置布置于主廠房鄙俚側(cè)的地下主變洞內(nèi)，山頂無出線場。

技能上，GIS配置的可靠性、維護檢驗等性能指標遠優(yōu)于洞開式通例配置。經(jīng)濟上，雖然GIS配置投資相對較大，但在配置、土建、運行費等的綜合用度上，地下GIS方案均比兩個地面方案省。施工進度上，由于電站發(fā)電工期是受大壩施工進度控制，地下GIS方案增長主變洞后并不會影響發(fā)電工期。清靜性上，地下GIS方案由于無地面升壓站的大面積和高邊坡開挖，因而在制止高邊坡開挖、前進升壓站運行的清靜性、可靠性方面良好于地面方案。因此，招標計劃階段采用了技能經(jīng)濟條件良好的地下GIS升壓站方案。

2.2電站高壓出線方案的選擇

為選擇公正的出線方案，對電站高壓出線舉行了三個方案的比力：方案一為往左岸擋水壩出線；方案二為往主變洞頂部山坡出線；方案三為往尾溝渠上游側(cè)邊坡出線。

方案一思量從主變洞設高壓電纜廊道出至消力池左側(cè)137.0m高程平臺，然后接進大壩138.0m高程橫向廊道，再經(jīng)壩內(nèi)電梯井引至左岸壩段鄙俚壩坡214.0m高程出線平臺之后出線。計劃中曾比力過采用水平廊道加豎井于副廠房右側(cè)位置引至左岸壩段壩址處，然后沿壩坡上至出線平臺的方案，但因該方案與大壩施工滋擾大、施工布置困難、運行維修未便、投資節(jié)省未幾而被放棄。

方案二思量在主變洞右端設電纜豎井直通地面出線場。該方案需在山坡上設有出線場，同時為饜足出線場的施工、對外交通及運行檢驗的需要，需設一條長約240m的出線場對外公路。對外公路布置于尾水平臺公路和上壩公路之間，三條公路相對較會集，邊坡總高度約達140m，山坡地質(zhì)條件較差。該方案高邊坡題目非常突出，邊坡處理工程量大，運行清靜性差。

方案三思量以水平廊道和豎井引線至尾溝渠上游側(cè)開挖邊坡上的出線場。該方案可淘汰肯定的土建工程量，但220kV出線直接跨右江，其平面位置距大壩消力池較近，跨江高壓線高

2.4尾水體系計劃優(yōu)化

初設階段，尾水主洞按順坡布置，從1＃尾水支洞著末的寬8m、高9.41m漸變至2#尾水支洞與主洞軸線交線處的寬13m、高25m，以后主洞斷面穩(wěn)固。

招標計劃階段對初設尾水隧洞布置方案增補舉行了調(diào)保及尾水體系水力學盤算，效果評釋：在常遇洪流位（即50年一遇洪流，大壩控泄流量3000m3/s相應尾水位126.6m）以下額時，尾水主洞為明流狀態(tài)，太甚歷程中除尾水主洞上游端漸變段出現(xiàn)明滿流交替外，另外段未出現(xiàn)明滿流交替；鄙俚水位在131.5m相近時，孕育發(fā)生顯著的明滿流交替；某些工況下，可能孕育發(fā)生較為劇烈的壓力（水面）陡升和陡降。

為制止氣囊氣墊的孕育發(fā)生和明滿流交替，招標計劃階段將尾水主洞洞底由初設的順坡改為平底，洞頂由順坡改為5%縱坡的上翹型，尾水支洞與尾水主洞的毗連由初設的順坡改為反坡。尾水主洞洞高21.5m~26.2m，洞寬在上游端長18.82m段從8m漸變至13m，以后寬度穩(wěn)固。調(diào)保及尾水水力學盤算效果評釋：修改后的尾水體系布置可饜足機組調(diào)治保證要求，尾水隧洞在常遇洪流時能連結明流狀態(tài)，不出現(xiàn)明滿流交替，尾水主洞中為完全明流或完全滿流時，尾水主洞及尾溝渠的壓力和水位顛簸均較小。

初設階段，為饜足尾水隧洞的檢驗需要，尾水主洞出口段預留一道檢驗閘門槽，以后擬采用暫時閘門及暫時啟閉配置舉行擋水檢驗。經(jīng)招標計劃階段進一步的方案比力，尾水隧洞的檢驗思量采用在尾溝渠115m高程平臺堆筑暫時圍堰的要領擋水檢驗，從而取消了初設預留的檢驗閘門槽，尾水平臺寬度相應減小。

2.5重要地下洞室布置

招標計劃階段地下重要洞室布置的變更重要是由初設的“主廠房尾閘室”一大一小洞室布置改為“主廠房主變洞”兩大洞室布置。

主廠房長147m，頂拱跨度20.7m，最大高度49m.主廠房總長度比初設增長了13m，重要是由于采用地下GIS升壓站方案后機電配置布置所需而增長了副廠房的長度。為減小地下廠房跨度和高度，經(jīng)機電配置布置優(yōu)化，廠房頂拱寬度比初設淘汰了0.5m，廠房寬度由初設的20m縮小為19.5m，廠房高度由初設的50m降為49m.廠房吊車梁上游側(cè)采用巖錨梁，鄙俚側(cè)因母線廊道拱頂距吊車梁底較近，故采用平凡帶柱吊車梁型式。

主變洞與主廠房平行布置，兩洞室間的巖柱厚度為20.5m，約為一倍洞跨，主變洞的上覆有用巖體厚度約為18m，屬于淺埋洞室。主變洞長93.8m，寬19.2m，高24.8m.主變洞內(nèi)設主變室和尾閘室，右端設有一內(nèi)徑4m、高27m

的通至地面的排風豎井。憑據(jù)閘門井布置及閘門檢驗方面的優(yōu)化，尾閘室寬度由初設的6m淘汰至5.4m.

主廠房與主變洞之間布置有4條母線廊道，廊道底高程由初設的與母線層高程平齊抬高為與發(fā)電機層高程平齊，廊道寬5.5~6.5m，高5.5~7m.

高壓電纜廊道與壩軸線平行，斷面寬3m，高4~5.5m，長70m（含洞口段）。137m平臺上的電纜廊道寬2.5m，高4.5m，長32m.

交通洞洞口至主變洞段，寬8.0m，高6.5m，與初設類似，主變洞至主廠房段，因運輸、布置主變需要，寬度增大至11m，高度增長至9.25m.透風疏散洞為保證與主變洞間有肯定的巖柱厚度，比初設右移了9.85m.疏散洞洞寬8m，高6.5m，與初設類似，洞底高程團結副廠房樓層布置情況制定為137.6m，比初設的139.2m低。因機電布置需要，疏散洞在主變洞至副廠房段需深挖至發(fā)電機層高程。

防滲排水廊道及尾水隧洞布置如2.3、2.4所述。

2.6圍巖穩(wěn)固闡發(fā)研究

初設階段是在進水塔相近位置舉行地應力測試，效果僅有一組，其效果評釋，廠房區(qū)地應力場是具有垂直偏向的構造應力場。招標計劃階段在地下主廠房位置重新舉行了地應力測試，其效果評釋，廠房區(qū)最大主應力近于水平向，量值5～7MPa，方位角45°～72°，傾角-13°～0°，最小主應氣力值2～3.5MPa，傾角較大，均勻為63°，廠房區(qū)屬于中等地應力區(qū)，且以水平構造應力場為主。兩個階段的地應力測試效果的重要差異在于最大主應力偏向差異，方位角也差異。憑據(jù)地質(zhì)構造形跡及應變計標定試驗效果等綜合闡發(fā)堅定，招標計劃階段地應力測試效果比初設效果公正，更具可信性。

地下廠房洞室圍巖無大的構造斷裂，但裂隙較發(fā)育，除初設探明的四組重要節(jié)理裂隙外，進一步的地質(zhì)事情評釋，廠房洞室地域內(nèi)尚存在S3、S4兩條構造蝕變帶和一條規(guī)模較大的節(jié)理J163，其中S3和J163從主廠房和主變洞之間議決。S3、S4構造蝕變帶寬0.2~0.5m，組成物為構造蝕變輝綠巖，膠結好、強度高，但具有易風化和遇水易軟化特點。J163節(jié)理充填8~15cm厚的方解石、巖屑及泥巖，呈閉合~稍張狀。構造蝕變帶及節(jié)理的發(fā)育對洞室的圍巖穩(wěn)固存在倒霉的影響。

鑒于地下洞室布置方案轉(zhuǎn)變、地應力測試效果差異、地質(zhì)條件的進一步探明，招標計劃階段，對地下廠房洞室圍巖穩(wěn)固重新舉行了有限元闡發(fā)盤算研究。盤算中，模仿了洞室圍巖中的重要裂隙及其組合、滲流場作用、差異的開挖步伐及支護措施，并采用實測地應力場舉行盤算，效果評釋：主廠房、主變洞、尾水主洞的頂拱及主廠房上游邊墻的塑性區(qū)均較小，只有2~4m；地下洞室的位移不大，均屬于正常值領域；因主廠房與主變洞之間的巖柱厚度較小且受S3和J163影響，局部部位塑性區(qū)、拉損區(qū)較大，需增強支護；在采用噴混凝土加體系錨桿、局部采用張拉錨桿或預應力錨索加固的支護措施以及推薦采用的地下洞室開挖支護步伐的情況下，洞室圍巖穩(wěn)固是可以保證的，洞室布置是可行、公正的。

3、重要題目的探究經(jīng)過多方案的研究、多專題的論證和多方面專家的咨詢，招標計劃階段百色水電站修建物采用了上述優(yōu)化后的計劃方案，現(xiàn)提出對其中幾個題目的看法，與同仁們探究，盼望能在工程實驗階段有關方面決策參考。

3.1主廠房鄙俚側(cè)采用巖錨梁的可行性和須要性

初設階段，母線廊道底高程與母線層平齊，母線廊道與尾水管間的最小巖柱厚度約8m.招標計劃階段，思量到洞室圍巖裂隙較發(fā)育，同時團結機電布置需要并方便交通和運行管理，將母線廊道底高程抬高至發(fā)電機層高程，以加大母線廊道與尾水管間的巖柱厚度，但母線廊道抬高后，母線廊道拱頂已靠近于吊車梁底高程，因此，主廠房鄙俚側(cè)采用了平凡的有柱吊車梁型式，柱底座落于水輪機層高程。

采用平凡有柱吊車梁，需等到廠房開挖完成后或柱基礎有持力巖基后才氣開始澆筑柱和吊車梁，而采用巖錨梁可在地下廠房開挖至中部時（凌駕跨過發(fā)電機層高程約5m）即可開始舉行巖錨梁錨桿及混凝土施工，這樣可提前布置吊車、提早投入使用，為洞室下部的開挖、機電布置及混凝土澆筑提供方便，加快施工進度，收縮施工工期（經(jīng)闡發(fā)并參照其它工程的經(jīng)驗，可收縮工期約3～4個月），低落工程造價。因此，研究主廠房鄙俚側(cè)采用巖錨梁方案是很有須要的。

要采用巖錨梁，可思量將母線廊道低落至母線層，保證廊道頂至巖錨梁底有富足厚度的巖體，廊道與尾水管之間的巖柱穩(wěn)固議決選擇公正的施工步伐并增強支護措施予以保證。另外也可思量在現(xiàn)方案情況下，在母線廊道洞口處設支承吊車梁的城門拱結構（洞口處機電布置需相應作調(diào)解），這樣吊車梁可按通例巖錨梁計劃。值得注意的是，在本工程地下廠房圍巖裂隙較發(fā)育的地質(zhì)條件下，需深入研究圍巖開挖變形對巖錨梁錨桿受力的影響，并接納相應措施保證圍巖穩(wěn)固及巖錨梁錨桿受力的可靠度，以保證巖錨梁的使用清靜。

3.2取消蝸殼鋼管伸縮節(jié)的可行性

從消除因溫度荷載、溫度厘革或不均勻沉陷等緣故原由可能引起鋼管的附加應力的角度出發(fā)，招標文件中，廠房蝸殼壓力鋼管設置了伸縮節(jié)。

設置伸縮節(jié)雖然有其利益，但一定增長投資，增長制造、布置和維修的困難。本工程不是高地溫地域，壓力鋼管又是深埋于輝綠巖體內(nèi)的地下埋管，輝綠巖無斷層議決，地下情況中溫度變幅也較小，鋼管外包的混凝土是在圍巖變形穩(wěn)固或基本穩(wěn)固后才舉行澆筑，因此，溫度荷載和溫度厘革引起的應力較小，地基孕育發(fā)生不均勻沉陷的可能性很小，混凝土干縮或膨脹孕育發(fā)生的應力可議決工程措施控制在較小的領域內(nèi)。因此本工程取消伸縮節(jié)是可行的。國內(nèi)近幾年施工的地下廠房工程，大多也不設伸縮節(jié)，這也是可以警惕的。

3.3鋼纖維噴混凝土技能的推廣應用

搪塞本工程是否應用鋼纖維噴混凝土題目，各方面的看法不盡類似。筆者以為，鋼纖維噴混凝土與一樣平常噴混凝土相比，具有良好的韌性、延展性、耐磨性和抗裂性，同時具有簡化施工、加快施工進度的利益，并具有較好的施工清靜性，可以緩解圍巖應力重散布造成的破壞，采用鋼纖維噴混凝土和錨桿、錨索相結相助為永世支護，可獲取良好的支護效果和經(jīng)濟效益，應推廣應用。

本工程地下洞室圍巖支護中可思量采用鋼纖維噴混凝土技能，特別是在大跨度洞室的頂拱和邊墻、不良地質(zhì)部位、圍巖孕育發(fā)生較大塑性區(qū)和拉損區(qū)部位、交織洞口部位及變形較大的部位，采用鋼纖維噴混凝土是適宜的、有用的。應用鋼纖維噴混凝土除需舉行理論研究外，尚應舉行現(xiàn)場試驗，以檢驗施工工藝及噴射效果，測試鋼纖維噴混凝土力學指標，確定最佳配合比，驗證適宜性，從而保證鋼纖維噴混凝土施工的質(zhì)量，發(fā)揮有用的支護效果。

3.4霧化題目研究

本工程大壩為碾壓混凝土高壩，采用表孔寬尾墩、中孔射流、底流消力池的團結消能要領。大壩泄洪引起鄙俚局部地域霧化是不行制止的征象。大壩鄙俚左岸重要修建物是進廠交通蹊徑、尾溝渠高邊坡、交通洞洞口、疏散洞洞口等，這些部位的地質(zhì)條件均較差，參照其它工程的霧化情況，這些修建物應是處于大壩泄洪霧化區(qū)內(nèi)。若在上述地域孕育發(fā)生霧化形成暴雨徑流，可能給工程帶來的倒霉影響是：霧化降雨直接打擊山坡，降雨滲透高邊坡巖土體內(nèi)后，低落抗滑力，可能誘發(fā)滑坡或洞口結構失穩(wěn)，導致廠房進水而影響電站正常運行，同時造成進廠交通和清靜疏散通道停止。本工程不停未對霧化題目舉行深入的理論研究和模子試驗，霧化影響領域和水平無法定量評價，而憑據(jù)國內(nèi)外工程的經(jīng)驗和教導，霧化可能帶來的倒霉影相應引起富足的珍視。

搪塞本工程，除計劃中盡可能避開可能孕育發(fā)生霧化的地域布置修建物、對霧化區(qū)內(nèi)的修建物和邊坡增強防護和排水外，有須要舉行物理模子霧化試驗，并與理論闡發(fā)相團結對霧化的影響領域和水平舉行研究，同時對霧化區(qū)內(nèi)的高邊坡舉行穩(wěn)固闡發(fā)，尋求穩(wěn)妥的霧化防護措施，并增強霧化原型視察，確保工程運行清靜。若鑒于本工程霧化機率小或基于其它方面思量，不再舉行霧化試驗研究而維持招標計劃尾水地域的邊坡、洞口計劃方案，則對邊坡防護和洞口結構計劃增長肯定的清靜裕度是有須要的。