水电站计划优化研究论文
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简介：先容招标计划阶段百色水电站计划优化情况，重点先容地下GIS升压站选择、地下洞室布置、厂房防渗排水布置及洞室围岩稳固阐发等方面的研究和优化情况，并对采用岩锚梁、取消伸缩节、应用钢纤维喷混凝土、雾化防护等题目举行探究。
要害字：百色水利要害水电站计划计划优化
1、计划优化外貌百色水电站为地下式水电站，装机容量4×135MW，电站修建物布置于主坝区左岸。招标计划阶段，除将主变及升压站由地面布置改为地下布置外，电站总体布置维持初设阶段的布置款式。水电站修建物包括：进水口、引水隧洞、地下主厂房和主变洞及母线廊道、高压电缆廊道、灌浆排水廊道、交通洞、疏散洞、排风竖井等隶属洞室、尾水隧洞及尾沟渠等。除进水口、引水隧洞、尾沟渠及交通洞部分洞段等部位的岩层重要为岩性较差的榴江组硅质岩、硅质泥岩、泥岩外，另外地下厂房洞室即主厂房和主变洞及其隶属洞室、尾水隧洞等均布置在岩体抗压强度较高、渗透渗出系数较小但裂隙较发育且出露宽度仅约150m的辉绿岩带内。
招标计划阶段重要举行了以下几个方面的计划优化：
（1）主变和升压站由初设的地面布置改为地下布置。进一步开展了升压配电配置的选型和布置方案的比力，论证了采用地下GIS升压站的公正性，选择了往左岸挡水坝段出线的高压出线方案。
（2）地下厂房设置独立的防渗排水体系。举行了厂区地下洞室群的渗流场阐发，设置了独立的厂房防渗排水体系，增强了厂房渗流控制措施。
（3）尾水隧洞布置的优化。举行了电站调保及尾水体系水力学盘算，为制止明满流交替，尾水主洞由等断面顺坡式改为变断面上翘式。
（4）地下洞室布置的优化。采用地下GIS升压站方案后，洞室布置从初设的“主厂房尾闸室”一大一小两洞布置改为“主厂房主变洞”两大洞室布置。
、修建物计划优化研究
2.1地下GIS升压站方案的研究
虽然SF6全关闭组合电器（GIS）的性能和可靠性优于通例配置，但鉴于初设阶段时期其配置造价较高，电站升压站型式推荐采用地面洞开式升压站方案，升压配电装置采用SF6瓷柱式断路器和洞开的断绝开关等通例配置。
招标计划阶段，随着技能的前进，GIS技能应用已趋于普遍和成熟，其配置价钱已经低落，采用GIS配置也更能顺应今世电站“少人值班”的要求，同时思量到地面升压站高边坡题目较突出，工程运行的清静性和可靠性较差，因此，对地面通例式、地面GIS式和地下GIS式升压站方案举行了深入比力。两个地面方案的升压站均布置在地下厂房顶部山坡开挖形成的平台上。地下GIS升压站方案则是将主变和GIS等配置布置于主厂房鄙俚侧的地下主变洞内，山顶无出线场。
技能上，GIS配置的可靠性、维护检验等性能指标远优于洞开式通例配置。经济上，虽然GIS配置投资相对较大，但在配置、土建、运行费等的综合用度上，地下GIS方案均比两个地面方案省。施工进度上，由于电站发电工期是受大坝施工进度控制，地下GIS方案增长主变洞后并不会影响发电工期。清静性上，地下GIS方案由于无地面升压站的大面积和高边坡开挖，因而在制止高边坡开挖、前进升压站运行的清静性、可靠性方面良好于地面方案。因此，招标计划阶段采用了技能经济条件良好的地下GIS升压站方案。
2.2电站高压出线方案的选择
为选择公正的出线方案，对电站高压出线举行了三个方案的比力：方案一为往左岸挡水坝出线；方案二为往主变洞顶部山坡出线；方案三为往尾沟渠上游侧边坡出线。
方案一思量从主变洞设高压电缆廊道出至消力池左侧137.0m高程平台，然后接进大坝138.0m高程横向廊道，再经坝内电梯井引至左岸坝段鄙俚坝坡214.0m高程出线平台之后出线。计划中曾比力过采用水平廊道加竖井于副厂房右侧位置引至左岸坝段坝址处，然后沿坝坡上至出线平台的方案，但因该方案与大坝施工滋扰大、施工布置困难、运行维修未便、投资节省未几而被放弃。
方案二思量在主变洞右端设电缆竖井直通地面出线场。该方案需在山坡上设有出线场，同时为餍足出线场的施工、对外交通及运行检验的需要，需设一条长约240m的出线场对外公路。对外公路布置于尾水平台公路和上坝公路之间，三条公路相对较会集，边坡总高度约达140m，山坡地质条件较差。该方案高边坡题目非常突出，边坡处理工程量大，运行清静性差。
方案三思量以水平廊道和竖井引线至尾沟渠上游侧开挖边坡上的出线场。该方案可淘汰肯定的土建工程量，但220kV出线直接跨右江，其平面位置距大坝消力池较近，跨江高压线高
2.4尾水体系计划优化
初设阶段，尾水主洞按顺坡布置，从1＃尾水支洞着末的宽8m、高9.41m渐变至2#尾水支洞与主洞轴线交线处的宽13m、高25m，以后主洞断面稳固。
招标计划阶段对初设尾水隧洞布置方案增补举行了调保及尾水体系水力学盘算，效果评释：在常遇洪流位（即50年一遇洪流，大坝控泄流量3000m3/s相应尾水位126.6m）以下额时，尾水主洞为明流状态，太甚历程中除尾水主洞上游端渐变段出现明满流交替外，另外段未出现明满流交替；鄙俚水位在131.5m相近时，孕育发生显着的明满流交替；某些工况下，可能孕育发生较为剧烈的压力（水面）陡升和陡降。
为制止气囊气垫的孕育发生和明满流交替，招标计划阶段将尾水主洞洞底由初设的顺坡改为平底，洞顶由顺坡改为5%纵坡的上翘型，尾水支洞与尾水主洞的毗连由初设的顺坡改为反坡。尾水主洞洞高21.5m~26.2m，洞宽在上游端长18.82m段从8m渐变至13m，以后宽度稳固。调保及尾水水力学盘算效果评释：修改后的尾水体系布置可餍足机组调治保证要求，尾水隧洞在常遇洪流时能连结明流状态，不出现明满流交替，尾水主洞中为完全明流或完全满流时，尾水主洞及尾沟渠的压力和水位颠簸均较小。
初设阶段，为餍足尾水隧洞的检验需要，尾水主洞出口段预留一道检验闸门槽，以后拟采用暂时闸门及暂时启闭配置举行挡水检验。经招标计划阶段进一步的方案比力，尾水隧洞的检验思量采用在尾沟渠115m高程平台堆筑暂时围堰的要领挡水检验，从而取消了初设预留的检验闸门槽，尾水平台宽度相应减小。
2.5重要地下洞室布置
招标计划阶段地下重要洞室布置的变更重要是由初设的“主厂房尾闸室”一大一小洞室布置改为“主厂房主变洞”两大洞室布置。
主厂房长147m，顶拱跨度20.7m，最大高度49m.主厂房总长度比初设增长了13m，重要是由于采用地下GIS升压站方案后机电配置布置所需而增长了副厂房的长度。为减小地下厂房跨度和高度，经机电配置布置优化，厂房顶拱宽度比初设淘汰了0.5m，厂房宽度由初设的20m缩小为19.5m，厂房高度由初设的50m降为49m.厂房吊车梁上游侧采用岩锚梁，鄙俚侧因母线廊道拱顶距吊车梁底较近，故采用平凡带柱吊车梁型式。
主变洞与主厂房平行布置，两洞室间的岩柱厚度为20.5m，约为一倍洞跨，主变洞的上覆有用岩体厚度约为18m，属于浅埋洞室。主变洞长93.8m，宽19.2m，高24.8m.主变洞内设主变室和尾闸室，右端设有一内径4m、高27m
的通至地面的排风竖井。凭据闸门井布置及闸门检验方面的优化，尾闸室宽度由初设的6m淘汰至5.4m.
主厂房与主变洞之间布置有4条母线廊道，廊道底高程由初设的与母线层高程平齐抬高为与发电机层高程平齐，廊道宽5.5~6.5m，高5.5~7m.
高压电缆廊道与坝轴线平行，断面宽3m，高4~5.5m，长70m（含洞口段）。137m平台上的电缆廊道宽2.5m，高4.5m，长32m.
交通洞洞口至主变洞段，宽8.0m，高6.5m，与初设类似，主变洞至主厂房段，因运输、布置主变需要，宽度增大至11m，高度增长至9.25m.透风疏散洞为保证与主变洞间有肯定的岩柱厚度，比初设右移了9.85m.疏散洞洞宽8m，高6.5m，与初设类似，洞底高程团结副厂房楼层布置情况制定为137.6m，比初设的139.2m低。因机电布置需要，疏散洞在主变洞至副厂房段需深挖至发电机层高程。
防渗排水廊道及尾水隧洞布置如2.3、2.4所述。
2.6围岩稳固阐发研究
初设阶段是在进水塔相近位置举行地应力测试，效果仅有一组，其效果评释，厂房区地应力场是具有垂直偏向的构造应力场。招标计划阶段在地下主厂房位置重新举行了地应力测试，其效果评释，厂房区最大主应力近于水平向，量值5～7MPa，方位角45°～72°，倾角-13°～0°，最小主应气力值2～3.5MPa，倾角较大，均匀为63°，厂房区属于中等地应力区，且以水平构造应力场为主。两个阶段的地应力测试效果的重要差异在于最大主应力偏向差异，方位角也差异。凭据地质构造形迹及应变计标定试验效果等综合阐发坚定，招标计划阶段地应力测试效果比初设效果公正，更具可信性。
地下厂房洞室围岩无大的构造断裂，但裂隙较发育，除初设探明的四组重要节理裂隙外，进一步的地质事情评释，厂房洞室地域内尚存在S3、S4两条构造蚀变带和一条规模较大的节理J163，其中S3和J163从主厂房和主变洞之间议决。S3、S4构造蚀变带宽0.2~0.5m，组成物为构造蚀变辉绿岩，胶结好、强度高，但具有易风化和遇水易软化特点。J163节理充填8~15cm厚的方解石、岩屑及泥岩，呈闭合~稍张状。构造蚀变带及节理的发育对洞室的围岩稳固存在倒霉的影响。
鉴于地下洞室布置方案转变、地应力测试效果差异、地质条件的进一步探明，招标计划阶段，对地下厂房洞室围岩稳固重新举行了有限元阐发盘算研究。盘算中，模仿了洞室围岩中的重要裂隙及其组合、渗流场作用、差异的开挖步伐及支护措施，并采用实测地应力场举行盘算，效果评释：主厂房、主变洞、尾水主洞的顶拱及主厂房上游边墙的塑性区均较小，只有2~4m；地下洞室的位移不大，均属于正常值领域；因主厂房与主变洞之间的岩柱厚度较小且受S3和J163影响，局部部位塑性区、拉损区较大，需增强支护；在采用喷混凝土加体系锚杆、局部采用张拉锚杆或预应力锚索加固的支护措施以及推荐采用的地下洞室开挖支护步伐的情况下，洞室围岩稳固是可以保证的，洞室布置是可行、公正的。
3、重要题目的探究经过多方案的研究、多专题的论证和多方面专家的咨询，招标计划阶段百色水电站修建物采用了上述优化后的计划方案，现提出对其中几个题目的看法，与同仁们探究，盼望能在工程实验阶段有关方面决策参考。
3.1主厂房鄙俚侧采用岩锚梁的可行性和须要性
初设阶段，母线廊道底高程与母线层平齐，母线廊道与尾水管间的最小岩柱厚度约8m.招标计划阶段，思量到洞室围岩裂隙较发育，同时团结机电布置需要并方便交通和运行管理，将母线廊道底高程抬高至发电机层高程，以加大母线廊道与尾水管间的岩柱厚度，但母线廊道抬高后，母线廊道拱顶已靠近于吊车梁底高程，因此，主厂房鄙俚侧采用了平凡的有柱吊车梁型式，柱底座落于水轮机层高程。
采用平凡有柱吊车梁，需等到厂房开挖完成后或柱基础有持力岩基后才气开始浇筑柱和吊车梁，而采用岩锚梁可在地下厂房开挖至中部时（凌驾跨过发电机层高程约5m）即可开始举行岩锚梁锚杆及混凝土施工，这样可提前布置吊车、提早投入使用，为洞室下部的开挖、机电布置及混凝土浇筑提供方便，加快施工进度，收缩施工工期（经阐发并参照其它工程的经验，可收缩工期约3～4个月），低落工程造价。因此，研究主厂房鄙俚侧采用岩锚梁方案是很有须要的。
要采用岩锚梁，可思量将母线廊道低落至母线层，保证廊道顶至岩锚梁底有富足厚度的岩体，廊道与尾水管之间的岩柱稳固议决选择公正的施工步伐并增强支护措施予以保证。另外也可思量在现方案情况下，在母线廊道洞口处设支承吊车梁的城门拱结构（洞口处机电布置需相应作调解），这样吊车梁可按通例岩锚梁计划。值得注意的是，在本工程地下厂房围岩裂隙较发育的地质条件下，需深入研究围岩开挖变形对岩锚梁锚杆受力的影响，并接纳相应措施保证围岩稳固及岩锚梁锚杆受力的可靠度，以保证岩锚梁的使用清静。
3.2取消蜗壳钢管伸缩节的可行性
从消除因温度荷载、温度厘革或不均匀沉陷等缘故原由可能引起钢管的附加应力的角度出发，招标文件中，厂房蜗壳压力钢管设置了伸缩节。
设置伸缩节虽然有其利益，但一定增长投资，增长制造、布置和维修的困难。本工程不是高地温地域，压力钢管又是深埋于辉绿岩体内的地下埋管，辉绿岩无断层议决，地下情况中温度变幅也较小，钢管外包的混凝土是在围岩变形稳固或基本稳固后才举行浇筑，因此，温度荷载和温度厘革引起的应力较小，地基孕育发生不均匀沉陷的可能性很小，混凝土干缩或膨胀孕育发生的应力可议决工程措施控制在较小的领域内。因此本工程取消伸缩节是可行的。国内近几年施工的地下厂房工程，大多也不设伸缩节，这也是可以警惕的。
3.3钢纤维喷混凝土技能的推广应用
搪塞本工程是否应用钢纤维喷混凝土题目，各方面的看法不尽类似。笔者以为，钢纤维喷混凝土与一样平常喷混凝土相比，具有良好的韧性、延展性、耐磨性和抗裂性，同时具有简化施工、加快施工进度的利益，并具有较好的施工清静性，可以缓解围岩应力重散布造成的破坏，采用钢纤维喷混凝土和锚杆、锚索相结相助为永世支护，可获取良好的支护效果和经济效益，应推广应用。
本工程地下洞室围岩支护中可思量采用钢纤维喷混凝土技能，特别是在大跨度洞室的顶拱和边墙、不良地质部位、围岩孕育发生较大塑性区和拉损区部位、交织洞口部位及变形较大的部位，采用钢纤维喷混凝土是适宜的、有用的。应用钢纤维喷混凝土除需举行理论研究外，尚应举行现场试验，以检验施工工艺及喷射效果，测试钢纤维喷混凝土力学指标，确定最佳配合比，验证适宜性，从而保证钢纤维喷混凝土施工的质量，发挥有用的支护效果。
3.4雾化题目研究
本工程大坝为碾压混凝土高坝，采用表孔宽尾墩、中孔射流、底流消力池的团结消能要领。大坝泄洪引起鄙俚局部地域雾化是不行制止的征象。大坝鄙俚左岸重要修建物是进厂交通蹊径、尾沟渠高边坡、交通洞洞口、疏散洞洞口等，这些部位的地质条件均较差，参照其它工程的雾化情况，这些修建物应是处于大坝泄洪雾化区内。若在上述地域孕育发生雾化形成暴雨径流，可能给工程带来的倒霉影响是：雾化降雨直接打击山坡，降雨渗透高边坡岩土体内后，低落抗滑力，可能诱发滑坡或洞口结构失稳，导致厂房进水而影响电站正常运行，同时造成进厂交通和清静疏散通道停止。本工程不停未对雾化题目举行深入的理论研究和模子试验，雾化影响领域和水平无法定量评价，而凭据国内外工程的经验和教导，雾化可能带来的倒霉影相应引起富足的珍视。
搪塞本工程，除计划中尽可能避开可能孕育发生雾化的地域布置修建物、对雾化区内的修建物和边坡增强防护和排水外，有须要举行物理模子雾化试验，并与理论阐发相团结对雾化的影响领域和水平举行研究，同时对雾化区内的高边坡举行稳固阐发，寻求稳妥的雾化防护措施，并增强雾化原型视察，确保工程运行清静。若鉴于本工程雾化机率小或基于其它方面思量，不再举行雾化试验研究而维持招标计划尾水地域的边坡、洞口计划方案，则对边坡防护和洞口结构计划增长肯定的清静裕度是有须要的。
