引水式水电站布置调压室结构设计说明书.docx

引水式水电站布置调压室结构设计说明书.docx

《引水式水电站布置调压室结构设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《引水式水电站布置调压室结构设计说明书.docx（65页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

引水式水电站布置调压室结构设计说明书

摘要

乌溪江水电站座落于浙江省乌溪江，湖南镇，属于梯级开发电站，根据地形要求，其开发方式为有压引水式。

坝区地质条件较好，主要建筑物（砼非溢流坝），泄水建筑物（砼溢流坝），引水建筑物（有压引水遂洞，调压室），地面厂房。

239.0m（千年一遇），相应的下泄流量4800.0m3/s；校核洪水位240.8m（万年一遇），相应的下泄流量8510.0m3/s；正常挡水位230.00m.

本设计确定坝址位于山前峦附近，非溢流坝坝顶高程242.2m。

坝底高程115m。

最大坝高127.2m。

上游坝坡为折坡，折坡度1：

0.1，下游坝坡坡度1：

0.763，溢流坝堰顶高程228.66m。

引水遂洞进口位于坝址上游凹口处，遂洞全长L=1140.0m。

洞径D=10.0m，调压室位于厂房上游228右处，高程251m的山峦上，型式为差动式调压室。

厂房位于下游荻青位置。

设计水头m，装机容量3×6.0万kw=18.0万kw，主厂房净宽m，总长m。

水轮机安装高程124.35m，发电机层与装配场层同高，其高程为m（比下游校核洪水位高m）。

厂房附近布置开关站，主变等。

受地形限制，尾水平台兼作公路用，坝址与厂区通过盘山公路连接，形成枢纽体系。

另外，本设计还专门对调压室进行水利计算和结构计算。

由此可见，本设计是合理可行的

Abstract

TheWuxijianghydropowerstationislocatedinHuNanTowninZheJiangprovince,whichbelongstoachainofexploitation.

Accordingtothedemandoftopographicform,Ichoosediversionhydropowerstation.Thegeologyconditionisgood.Themainconstructionconcludethewaterretainingstructure（theconcretenon–over-falldam）,thereleaseworks（theconcreteover–falldam）,thediversionstructure（pressureseepagetunnel,thesurge-chamber）,andthesurfacepowerstation.

Thedesignwaterlevelis237.5m,itscorrespondingflowamountis5400m3/s.Thechecklevelis239.0m,itscorrespondingflowis9700m3/s.Theregularwaterretaininglevelis231.0m.

Thedamsiteisneartheformersaddle.Thecrestelevationofthenon-over-falldamis239.5m,andthebaseelevationis115.0m,Themaxheightofthedamis124.5m,Theupstreamdamslopeis1:

0.1,thedownstreamdamslopis1:

0.8,thespillwaycrestelevationis221.81m.

Theinduceroftheseepagetunnelislocatedattherecessplace,Thelengthoftunnelis1138.8m,thediametricofwhichis8m.Thesurge-chamberislocatedatthemountain,whichisabout221.81mfromtheworkshopbuildingandistypeisdifferentialmotion.

Theworkshopbuildingislocatedatdownstream,thedesignleveloftheturbineis94.6m,theequippedcapacitoris17×104kW,thecleanwidthis18.98m,itswholelengthis68.6m.Thefixleveloftheturbineis115.8m,andtheheightofdynamois126.455m.Neartheworkshopbuilding,thereareswitchstationandthemaintransformerandsoon.

addition,thedesignofthesurgetankdevotedtothecalculationofwaterandstructuralcalculations.

Itcanbeseenthatthedesignisreasonableandfeasible

第一章设计基本资料

1.1地理位置

乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长170公里，流域面积2623平方公里。

流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为1/1000，水能蕴藏量丰富。

1.2水文气象

1.2.1水文条件

湖南镇坝址断面处多年平均径流量为83.0m3/s。

表1-1坝址断面处山前峦水位～流量关系曲线

水位（m）

122.71

123.15

123.5

124.04

125.4

126.6

128.5

流量（m3/s）

10

50

100

200

500

1000

2000

水位（m）

130.1

132.6

135.3

137.6

139.8

141.8

流量（m3/s）

3000

5000

7500

10000

12500

15000

表1-2电站厂房处获青水位～流量关系曲线

水位（m）

115

115.17

115.39

115.57

115.72

115.87

116

流量（m3/s）

10

20

40

60

80

100

120

水位（m）

116.13

116.25

116.37

116.47

117.05

117.9

118.5

流量（m3/s）

140

160

180

200

400

700

1000

水位（m）

119.45

120.3

121.97

123.2

125.65

127.8

129.8

流量（m3/s）

1500

2000

3000

4000

6000

8000

10000

1.2.2气象条件

乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温10.4℃，月平均最低气温4.9℃，最高气温28℃；7、8、9月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响。

1.3工程地质

本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比较，选用了山前峦坝址。

山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽110m左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在0.5m以下，或大片基岩出露，河床部分厚约2～4m。

岩石风化普遍不深，大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅1m左右，半风化带厚约2～12m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米。

坝址主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙、发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形地线一致，影响边坡岩体的稳定性。

坝址地下水埋置不深，左岸为11～26m，右岸15～34m。

岩石透水性小，相对抗水层（条件吸水量0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，故坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌奖深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。

坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸10～12m，右岸6～9m，河中6～8m，坝体与坝基岩石的摩擦系数采用0.68。

引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。

岩石新鲜完整，地质条件良好。

有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。

厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一。

有两小断层，宽0.5～0.8m，两岸岩石完好。

本区地震烈度小于6度。

1.4交通状况

坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。

1.5控制数据

a.校核洪水位：

240.8m，校核最大洪水下泄流量8510.0m3/s.

b.设计洪水位：

239.0m，设计洪水最大下泄流量4800.0m3/s

c.设计蓄水位：

232.5m

d.设计低水位：

192.0m

e.装机容量：

3×6.0万kw

第二章枢纽布置、挡水及泄水建筑物

2.1枢纽布置

2.1.1枢纽布置形式

因坝址附近河道蜿蜒曲折，多年平均径流量83.0m3/s，较小；河床坡度比降1/1000，故根地形条件选用有压引水式地面厂房方案。

上游山前峦断面布置挡水建筑物及泄水建筑物，大坝右岸上游约150m处有天然凹口，在此布置引水隧洞进水口。

下游获青处布置地面厂房，开关站等建筑物，具体位置见枢纽布置图。

2.1.2坝轴线选择

根据已知资料，山前峦坝址地形图，选择两条坝轴线。

a线沿东西向与河道垂直，纵坐标76341，b线也沿东西向，纵坐标76370。

a线总长462m，穿过左岸部分裂隙；b线总长470m，避开左岸裂隙。

由于坝轴线较短，穿过裂隙不多可作地基处理故选择a线方案。

2.2挡泄水建筑物

2.2.1坝顶高程确定

根据水电站装机20.8万kw，水库总库容2043.54×108m3，取工程规模为大

（1）型，主要建筑物级别：

1级，次要建筑物：

2级，临时建筑物：

4级。

坝顶超出静水位高度△h

△h=2hl+ho+hc（2-1）

2hl～累计频率为1%的波浪涌高（m）

ho～波浪中线高出静水位高度（m）

hc～取决于坝的级别和计算情况的安全超高（m）

根据查资料，采用计算风速V0=14.0m/s.在枢纽布置图上量得吹程D=575m

采用官厅水库公式：

=

（2-2）

故Lm=4.75m，Lm为平均波高

由

（2-3）

得Tm=1.74s

又由

（2-4）

得hm=0.154m所以

=0.154/（239-125）=1.35×10-3，查表（2-12）得hm/H=2.4，所以h1=2.4×0.154=0.370m

hz=

=3.14×0.3702/4.75=0.090m（2-5）

hc-查《水工建筑物》（上）河海大学出版社P53表2-8

基本组合：

 hc=0.7m，特殊组合hc=0.5m

设计洪水位+△h设=239+0.37×2+0.09+0.=240.35

坝顶高程=Hmax

校核水位+△h校=240.8+0.37×2+0.09+0.5=242.13

取坝顶高程为242.20m

查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程115.0m，由此知大坝实际高度为242.20-115.0=127.20m

2.2.2挡水建筑物

2.2.2.1基本剖面

由于电站形式为引水式，故坝上右侧无有压进水口，上游坝坡坡度不受限制，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度，如（如图2-1）所示：

（图2-1）

B/H=

（2-6）

联立B=

（2-7）

B坝底宽度;

H～实际坝高（基本剖面H=239.0-115.0=124.0m）;

～坝体材料容重，

；

～水的容重，

；

α～扬压力折减系数,按规范坝基面取0.25；

k～基本组合安全系数;

计算得：

入=0，B=94.66m

n=0～0.2,下游坡m=0.6～0.85,坝顶宽约为坝高的0.7～0.9，故取n=0.1，m=0.763B/H满足要求，此时B=98.61m详见（图2-2）

（图2-2）

2.2.2.2实用剖面

坝顶宽度=8%～10%H=10m，灌浆廊道距坝底6m，廊道宽×高=3m×4m

2.3稳定及应力

本设计采用定值安全系数法进行抗滑稳定分析，采用材料力学法进行应力分析。

混凝土重力坝及坝上结构设计时，应根据水工建筑物的级别，采用不同的水工建筑物结构安全级别，见下表。

表2-1水工建筑物结构安全级别

水工建筑物级别

水工建筑物结构安全级别

1

Ⅰ

2、3

Ⅱ

4、5

Ⅲ

按照承载能力极限状态作用基本组合设计时应考虑的基本作用一般包括：

1.坝体及其上永久设备自重

2.静水压力

3.相应正常蓄水位或防洪高水位时的扬压力

4.淤沙压力

5.相应正常蓄水位或防洪高水位的重现期50年一遇风速引起的浪压力

6.冰压力（与浪压力不并列）

7.相应于防洪高水位时的动水压力

偶然作用一般包括：

8.校核洪水位时的上下游静水压力

9相应于校核洪水位时的扬压力

10.相应于校核洪水位时的浪压力

11.相应于校核洪水位时的动水压力

1.地震作用

基本组合1:

正常蓄水位情况，作用包括1，2，3，4，5

基本组合2:

防洪高水位情况，作用包括1，2，3，4，5，7

偶然组合1:

校核洪水位情况，作用包括1，4，8，9，10，11

偶然组合2:

地震情况，作用包括1，2，3，4，5，12

抗滑稳定安全系数：

k=

作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和

作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和

U--作用于滑动面上的扬压力

f--滑动面上的抗剪摩擦系数

K--抗滑稳定安全系数

表4-2抗滑稳定安全系数K

荷载组合

1级坝

2级坝

3级坝

基本组合

1.10

1.05

1.05

特殊组合1

1.05

1.00

1.00

特殊组合2

1.00

1.00

1.00

假定任一水平截面上的垂直应力

呈直线分布，采用材料力学偏心受压公式计算。

作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力总和

作用于计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和

B--计算截面沿上下游方向的宽度

2.3.1设计洪水位

计算简图

2.3.1.1坝底断面

自重G

G1=0.5×23.5×40×1=1880KN方向铅直向下

力臂b1=46.64m

力矩M1=G1×b1=1880×46.64=87683KN·m方向逆时针

G2=10×127.2×1×23.5=29892KN方向铅直向下

力臂b2=40.13m

力矩M2=G2×b2=29892×40.13=1204946.52KN·m方向逆时针

G3=0.5×9.81【（98.61-14）×（98.61-14）/0.763】=11024.45KN方向铅直向下

力臂b3=7.10m

力矩M3=G3×b3=782735.60KN·m方向逆时针

b水平静水压力P

P1=0.5×9.81×[（98.61-14）2/0.763]=75419.28KN方向水平向右

力臂b1=41.33m

力矩M1=P1×b1=75419.28KN×41.33m=3117078.84KN·m方向顺时针

P2=0.5×9.81（132.4-115）=1485.04KN方向水平向右

力臂b2=5.80m

力矩M2=P2×b2=1485.04KN×5.80m=8613.23KN·m方向顺时针

c．可利用水重W

W1=4×9.81×（239-155）=3296.16KN方向铅直向下

力臂b1=47.31m

力矩M1=W1×b1=3296.16KN×47.31m=155941.33KN·m方向逆时针

W2=0.5×9.8×（155-115）=784.80KN方向铅直向下

力臂b2=47.98m

力矩M2=W2×b2=39224.30KN·m方向逆时针

W3=0.5×9.81×（132.4-115）2/0.763=1946.31KN方向铅直向下

力臂b3=41.20m

力矩M3=W3×b3=81180.59KN·m方向顺时针

d.扬压力U

U1=98.61×（132.4-115）×9.81=16832.4KN方向铅直向上

力臂b1=0

力矩M1=0

U2=0.20×（127.2-17.4）×（98.61-11）×9.81×0.5=9436.81KN方向铅直向上

力臂b2=9.10m

力矩M2=U2×b2=85874.93KN·m方向顺时针

U3=0.2×9.81×11×（127.2-17.4）=2369.70KN方向铅直向上

力臂b3=43.81m

力矩M3=U3×b3=103816.71KN方向铅直向上

U4=4739.41

力臂b4=45.64m

力矩M4=216306.67KN·m方向顺时针

浮托力系数1.0，渗透力系数1.1，静水压力系数1.0，水工建筑物安全级别为Ⅰ级，故结构重要系数γ0为1.1

=-1502284.95KN·m

=124312.17KN

=（75419.28-1485.04）KN

=333.68KN/m2

=2187.6KN/m2

所以满足应力要求！

K=

=1.14＞1.1满足抗滑稳定要求！

2.3.1.2折坡面校核

折坡面计算简图

a.自重G

G1=10×23.5×（242.2-155）=20492KN方向铅直向下

力臂b1=27.046m

力矩M1=554226.632KN·m方向逆时针

G2=0.5×23.5×54.0922/0.763=45058.78KN方向铅直向下

力臂b2=4.015m

力矩M2=180926.021KN·m方向逆时针

b水平静水压力P

P=0.5×9.81×（242.2-155）2=37296.021KN方向水平向右

力臂b=28m

力矩M=P×b=1044311.38KN·m方向顺时针

C．扬压力U

U1=64.092×17.4×9.81=10940.12KN方向铅直向上

力臂b1=0

力矩M1=0

U2=3730.344KN方向铅直向上

力臂b2=6.018m

力矩M2=U2×b2=22449.21KN·m方向顺时针

U3=914.684KN方向铅直向上

力臂b3=28.564m

力矩M3=26110.57KN·m方向顺时针

U4=1829.369KN

力臂b4=29.713m

力矩M4=5435.431KN·m方向顺时针

εM=-422365.459KN·m

εW-U=52237.706KN

=198.18KN/m2

=1431.97KN/m2

折坡面足应力要求

2.3.1校核洪水位

计算简图

a．重G（同设计水位）

b．水平静水压力P

P1=77624.78KN方向水平向右

力臂b1=41.93m

矩M1=3254807.03KN·m方向顺时针

P2=2246.294KN方向水平向右

力臂b2=7.13m

力矩M2==16023.564KN·m方向顺时针

c.可利用水重W

W1=3366.92KN方向铅直向下

力臂b1=47.31m

力矩M1=159282.93KN·m方向逆时针

W2=784.8KN方向铅直向下

力臂b2=47.98m

力矩M2=39224.30KN·m方向逆时针

W3=5141.7656KN方向铅直向下

力臂b3=43.867m

力矩M3=22555.22KN·m方向顺时针

d.扬压力U

U1=20701.592KN方向铅直向上

力臂b1=0

力矩M1=0

U2=8358.2KN方向铅直向上

力臂b2=9.10m

力矩M2=76059.64KN·m方向顺时针

U3=2253.16KN方向铅直向上

力臂b3=43.81m

力矩M3=98710.975KN方向铅直向上

U4=4506.322KN方向铅直向上

B4=45.64m

力矩M4=205668.52KN·m方向顺时针

=-1175791.184KN·m

=96881.950KN

=64071.713KN

=

=256.974KN/m2

=1707.980KN/m2

所以满足应力要求！

K=

=1.028＞0.95，所以满足抗滑稳定要求！

2..4泄水建筑物

2.4.1堰顶高程

已知设计洪水位为239.0m时，对应的下泄流量为4800m3/s,由于坝基岩较好，取校核状况下的单宽流量q=70m3/s·m，校核时发电用水流量Q0=180m3/s,则通过溢流前缘的流量Q为：

（2-8）

Q—过溢流前缘的泄流量（m3/s）;

Qs—通过枢纽下泄的总流量（m3/s）;

Q0——通过泄水孔，水电站发电，及其其它建筑物下泄的流量（m3/s）;

α—取1.0计算;

Q=4800-1.0×180=4620m3/s

故溢流前缘净宽L0=Q/q=4620/70=66m，取5孔，每孔净宽b=14m，闸墩厚度取d=2.0m，则溢流前缘总宽L=L0+（n-1）d=70+2×（5-1）=78m

计算堰上水头（校核状况Q下）

（2-9）

其中：

σ—淹没系数，取1.0计算；

ε—侧收缩系数，ε=0.90到0.95之间，取0.90计算；

m—流量系数，设计水头下取m=0.5计算；

B0—溢流前缘净宽，（m）

则

=【702/（1.02×0.92×0.52×2×9.81）】1/3=10.34m

所以堰顶高程为239.0-10.34=228.66m，239.00-228.66+闸门安全超高（1到2m）=11.44m，取闸门高为12.00m.

2.4.2溢流坝实用剖面设计

设计堰上水头Hd=11.50m.

本次设计溢流面采用WES曲线，已知WES曲线方程为

xn=KHdn-1y

Hd—定型设计水头

K．n—与上游坝面坡度有关的系数和指数（查手册知k=2.0,n=1.85）

L1:

x1.85=2Hd0.85y（2-10）

L2:

（2-11）

L3:

（2-12）

把L1定在原点O（即从溢流坝顶开始作WES曲线，分别对曲线L1

L2关于x求导得：

L1：

y＇=0.063×1.85x0.85（2-15）

L2:

y＇=1/0.763（2-16）

由于