談電站壓力隧洞設(shè)計

1、文章編號:100727596(2000)0220012202談電站壓力隧洞設(shè)計Ξ孫艷春1施榮芬1劉貴民2(11黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院15008021綏化市水利工程公司)〔摘要〕壓力輸水隧洞在引水式電站中占有很重要的位置。設(shè)計中要洞線、襯砌形式洞徑和洞型考慮多方面因素進(jìn)行比較綜合擇優(yōu)。〔關(guān)鍵詞〕水電站壓力隧洞洞線襯砌形式洞徑洞型中圖分類號:TV73文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A壓力輸水隧洞在引水式電站中占有很重要位置它不僅直接影響工程投資而且也影

2、響發(fā)電量關(guān)系到效益的大小。要做好隧洞設(shè)計必須經(jīng)全面論證多方比較才能選定。1洞線設(shè)計洞線選擇主要考慮四個因素:①洞長要短②落差要大③地質(zhì)條件要好④便于施工。一般來說用長隧洞引水獲得落差要比建壩獲得水頭便宜。因為隧洞引水沒有淹沒損失。而淹沒損失在當(dāng)今水庫建設(shè)中占有很大比重常達(dá)總投資1?3～1?2所以隧洞引水有很大優(yōu)越性是應(yīng)優(yōu)先予以考慮的。據(jù)我省一些資料看110km長隧洞若能獲得510m以上落差就有比較的必要。若落差能達(dá)到810m以上就比抬高

3、大壩有明顯優(yōu)勢。所以盡量考慮利用彎曲河道截彎建洞獲取落差。特別是對河道比降大于3‰的要優(yōu)先考慮隧洞方案。2襯砌形式選擇襯砌形式主要取決于地形地質(zhì)條件和內(nèi)水壓力以及洞徑大小。襯砌形式主要有三種:①噴錨襯砌②鋼筋混凝土襯砌③鋼板襯砌。鋼板襯砌多用于中、高水頭特別是壓力管多用鋼板襯砌。隧洞中常用的是噴錨襯砌。一般說來地質(zhì)條件好多用噴錨襯砌。對于洞徑較大的中、高水頭電站隧洞地質(zhì)條件雖好也常用鋼筋混凝土襯砌。一般的對于?、?類圍巖應(yīng)采用以鋼筋混凝

4、土為主的襯砌形式。隧洞襯砌設(shè)計是依據(jù)地質(zhì)報告去進(jìn)行的但目前由于資金所限地質(zhì)勘探工作是往往不夠鉆孔很少。如一個213km的隧洞僅有3～4個鉆孔揭示出兩頭為?類圍巖中間?類圍巖。而實際開挖后發(fā)現(xiàn)?、?、?、?類圍巖均有而且交錯。所以襯砌設(shè)計不能僅根據(jù)地質(zhì)報告作出固定的設(shè)計應(yīng)對地質(zhì)報告沒揭示的圍巖也要作出相應(yīng)的襯砌方案設(shè)計。正確的做法應(yīng)是對所有類型圍巖均應(yīng)作出設(shè)計。如:指出?、?類圍巖只噴不錯?類圍巖又噴又錨?類圍巖(上限)掛網(wǎng)噴錨?類圍巖(

5、下限)改用鋼筋混凝土襯砌?類圍巖采用加厚鋼筋混凝土襯砌。還應(yīng)提出地形條件也影響襯砌形式。在隧洞襯砌設(shè)計中還應(yīng)遵守挪威準(zhǔn)則。這個準(zhǔn)則也列入我國規(guī)范之中其意是隧洞上部或側(cè)面巖石的質(zhì)量(不包括強(qiáng)風(fēng)化及土層以強(qiáng)風(fēng)化下限為起點)。大于內(nèi)水壓力時才可采用噴錨襯砌和鋼筋混凝土襯砌否則應(yīng)采用鋼板襯砌(特別是中、高水頭)。鋼筋混凝土襯砌只適用于中、低水頭漏天的鋼筋混凝土管適用水頭小于40m。21黑龍江水利科技HeilongjiangScienceTech

6、nologyofWaterConservancy2000年第2期?22000Ξ收稿日期:1999212222?19952005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.3洞徑選擇洞徑選擇通常以經(jīng)濟(jì)流速來控制但經(jīng)濟(jì)流速范圍較大(310～4.0m?s)究竟是靠上限還是靠下限差別很大不好確定。另方面這個經(jīng)濟(jì)流速范圍是根據(jù)過去的電價和物價總結(jié)出來的現(xiàn)在電價和物價均發(fā)生很大變化應(yīng)根據(jù)現(xiàn)

7、實情形重新比較。電價在洞徑選擇中占有重要位置。電價不能只根據(jù)現(xiàn)實基荷電價選用應(yīng)考慮本電站投入運(yùn)行后的核準(zhǔn)電價以及調(diào)峰電價來取用或者以影子電價來計算。不同電價選取的洞徑是不同的所以電價選用應(yīng)慎重。洞徑的比較在效益方面要計算不同洞徑的水頭損失(用平均糙率)發(fā)電量和年效益。在費(fèi)用方面不僅要計算隧洞本身洞挖石方與襯砌的造價還要計算與發(fā)電成本有關(guān)的進(jìn)水口(包括金屬結(jié)構(gòu))、調(diào)壓井、廠房及機(jī)電設(shè)備造價。這些造價還應(yīng)包括臨時工程及其他費(fèi)用或者乘一個11

8、4～1.5的綜合系數(shù)。最后采用差額收益率法優(yōu)選洞徑差額收益率大于12%為可行。4洞型設(shè)計洞型設(shè)計也是取決于洞徑大小、內(nèi)壓大小以及襯砌形式。噴錨洞多采用城門洞型這是因它方便施工特別是洞徑在510m以內(nèi)者絕大多數(shù)采用此型。對洞徑大于610m的噴錨洞也可采用簡化馬蹄型亦即城門洞型的兩個底角削掉。這種型式的優(yōu)點是便于與砼襯砌結(jié)合砼量小。砼襯砌有壓洞多采用圓型它的優(yōu)點是便于設(shè)計配筋量小節(jié)省投資特別是與噴錨結(jié)合的情況下便于施工。開挖洞徑均一致不需要

9、單獨加大開挖處理。在噴錨洞中何處需改為襯砌往往不是事先定位的而是開挖中遇到巖石破碎才改為砼襯砌的是開挖成型后修改設(shè)計所以多采用在原開挖斷面的基礎(chǔ)上縮小洞徑襯砌。這樣砼量小且水頭損失并不增加不比噴錨洞大。(上接1頁)其傳遞函數(shù)方框圖為:—→q2(S)M3Q20gH0S—→q1(S)(M1M3)Q10gH0S———→h1(S)由于機(jī)組在額定工況下Q10=Q20取q2(S)=q1(S)則上框圖表示為:—→q1(S)M3Q10gH0S—→q1(

10、S)(M1M3)Q10gH0S———→h1(S)簡化上圖得:—→q1(S)(M1M3)Q10M3Q10gH0S—→h1(S)故h1(S)q1(S)=〔(M1M3)Q10gH0M3Q10gH0〕S(9)式中:M1M3——分別為一號支管和總管段水管系數(shù)當(dāng)管段斷面尺寸不變時M1=L1A1M3=L3A3。L1、L3——分別為一號支管和總管長度A1A3——分別為一號支管斷面面積和總管斷面面積。h1(S)q1(S)=〔L1Q10gH0A12L3Q1

11、0gH0A3〕S(10)設(shè)L1Q10gH0A12L3Q10gH0A3=Tw21h1(S)q1(S)=Tw21(11)上式為多元引水系數(shù)剛性水擊時的水壓流量傳遞函數(shù)Tw21為歸算到一號機(jī)的水流加速時間常數(shù)。當(dāng)多元引水系數(shù)有n臺機(jī)組在額定情況下運(yùn)行時歸算到一號機(jī)的水流加速時間常數(shù)為:Twn1=(M1M總)Q10gH0M總gH0(Q20Q30Qn0)(12)式中:M總——為隧洞總管段的水管系數(shù)M1——為一號機(jī)支管段水管系數(shù)。當(dāng)歸算到第n臺機(jī)的