打印本文 
关闭窗口 何华法
（浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州310002）
摘 要：三插溪二级水电站系利用上游一级电站龙头水库作调节的低水头电站，引水隧洞总长2819.60m，装机2×4000kW。设计中根据工程特点及地形、地质等情况，选择采用溢流式调压井，较好地解决了节约工程投资及满足机组正常运行等问题。
关键词：调压井设计；溢流式；涌浪；方案选择
1工程概况
三插溪二级水电站工程主要由拦河坝、发电引水、发电厂等建筑物组成。发电引水系统布置于三插溪左岸，由进水口、发电引水隧洞、调压井和高压斜洞等部分组成。水库正常蓄水位175.20m，相应的总库容130万m3，调节库容10万m3，电站装机2×4000kW，最大水头33.2m。发电死水位174.20m，进水口底高程166.5m，发电引水隧洞总长2819.60m，主洞洞径5m(衬砌)，按有压隧洞设计。为满足总体布置需要及考虑地质条件，引水隧洞沿线设有三处平面转弯，两处明管。调压井位于发电厂前一小山坡的上游一侧，布置溢流阻抗式调压井，且调压井溢流时不会影响厂房的正常运行。调压井后接高压斜洞及平洞段，在高压洞末端经混凝土“卜”形岔管后分两路至电站厂房。隧洞沿线上覆岩体厚度一般为70～210m，f′＝4～9，一般部位K０＝（35～90）MPa／cm，F2、F3断层破碎及影响带f＝2～4，K０＝（10～30）MPa／cm。调压井口山坡稳定，覆盖层较薄，风化深4～8m，f′＝3～4，K0＝(10～30)MPa／cm。调压井设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为50年一遇。考虑设计区域地震动峰值加速度为0.05g，调压井按地震不设防设计。
2调压井方案选择
根据地形条件，考虑到洞线靠近厂房段变化范围很小，设计中先进行了对调压井位置及型式共3个方案的比较。方案A采用D(直径，下同)12m阻抗式、位于隧洞轴线桩号2+718.6m处；方案B位置较方案A前移近50m、型式改为D14m溢流阻抗式；方案C位置与方案B相同，采用D12m溢流阻抗式。3个方案的主要工程量及投资比较见表1。
3个方案的施工道路、地质条件及技术难度等情况基本接近，方案A地形虽位于山顶，但由于地表风化层厚等影响，井身高度仍显不够而需加筑约8m的调压塔，且竖井开挖工程量偏大、工艺偏复杂；方案B采用溢流式，可取消调压塔并减少地形降低部分的竖井开挖与衬护，施工工艺相对简单，但较方案A增加了井身直径并相应增加了开挖与衬护工作，施工场地布置稍显紧张；方案C在方案B的基础上由于井身直径改为12m，结合了A、B两方案在井身直径、地形条件对节省工程量的有利因素，并由此降低对施工场地的要求且缩短施工工期、降低造价，因此推荐C方案为选用方案。(XMW)
3调压井水力计算
3.1稳定断面面积计算
设计中考虑调压井内水位波动稳定的要求，按(Thoma)准则，托马临界稳定断面面积A＝KLA1／2g(α＋1／2g)(H０－hw0－3hwm)计算，调压井波动衰减的临界断面取为101.1m2，取调压井大井直径为12m，其断面积113.1m2、为临界断面积的1.12倍。
3.2波动稳定计算
工程正常运行的最大水位变幅为7.26m，最大引用流量Q＝34.02m3／s，当两台机在设计工况下满发时，水头损失2.507m。为此按《水电站调压井设计规范》并按井顶有溢流堰情况，选取以下几种工况：
（1）工况a。正常水位＋2台机全甩负荷(调压井前糙率取最小值，调压井后糙率取平均值，下同)；
（2）工况b。校核水位＋2台机全甩负荷；
（3）工况c。死水位＋1台机满发＋1台机由空转增荷至满发(调压井前糙率取最大值，调压井后糙率取平均值，下同)。
（4）工况d。死水位+2台机由空转增荷至满发。
选取公式：Zmax＝Zs－h、h＝(Qy／mB)2／３、Qy＝yV０A１计算调压井涌浪，算得的调压井涌浪成果见表2。(XMW)
从表2可见，调压井最高涌浪水位为190.08m，最低涌浪水位为163.36m；而事实上考虑由于涌浪上升时的外溢作用，最高涌浪水位将小于190.08m，同时，通过限制运行方式，可避免工况d所示最低涌浪水位的产生。
3.3水锤压力计算
结合工程实际，考虑发电机组、引水管道特性，按水流动量与连续性原理导出的水锤基本方程，选取与波动稳定计算中相同的工况(a～c)条件采用图解法进行水锤压力计算，得到的水锤计算成果见表3。(XMW)
在工况c中，斜洞上弯点处洞顶压力余幅为5.97m，满足规范要求。
4结构设计
（1）施工图设计阶段调压井位于桩号2＋666.586m处(图1)，井口地面高程约180m。按溢流阻抗式、大井净直径为12.0m(大井断面积113.10m２)设计，井壁衬厚0.6m。调压井井顶高程176.7m，为安全计取引水道最大引用流量34.02m３／s作调压井溢流流量，确定溢流前缘长12.566m，溢流堰宽20m，堰顶高程175.5m(高于坝前水位0.3m)。调压室最低涌浪水位163.36m，取最低涌浪水位与调压室处压力引水道间的安全高度为3m，确定调压井大井底高程为166.3m，高程166.0m处设阻抗口，阻抗孔口直径3m，面积为大井断面的6％(图2)。(XMW)
（2）调压井布置上力求靠近厂房，根据地形地质资料及开挖揭示的实际情况，以尽量利用井周岩体承受井内水压力。井壁四周根据开挖揭示的实际情况，布置排距2m、共4排、每排14孔、孔深4m的固结灌浆，同时根据岩体的节理分布现状，井周配设共5排、排距3m、孔距3m的Φ25、L4m的加固锚杆共计20根。另外在调压井溢流前缘两侧低于175.50m与岩体界面交接处开始，从上而下顺坡浇筑净宽20m、厚0.5m的C20钢筋混凝土护面，考虑其基岩面较风化等情况，护面内按排距3m、孔距2m的ø25、L3m的注浆锚杆计90根，以加强护面混凝土与基岩面间的整体性。为防止调压井溢流时在护面上漫流，在护面混凝土的两侧顺坡加设高1.2～2.0m、斜长14.95m、厚1.0m的M7.5浆砌石挡墙。护面高程166.70m以下设1∶1.15的局部陡坡(图3)，在满足泄流要求的同时尽可能降低工程投资。通过采用上述措施，以减少电站突然关机时调压井水量外溢，对山体产生较大面积的冲刷。
5井周防护与运行检验
工程附近约1.5km范围无人居点，平时基本无人畜进入，井下地形有路井坑直通三插溪可满足调压井溢流时最大流量入溪。设计中自井口溢流堰至路井坑段采用了混凝土护面防冲，井周已划定一定的保护范围，安装了隔离措施——混凝土基础加钢结构网封闭，以禁止无关人员及禽畜入内，可有效防止由于溢流带来可能的不利影响。经了解，溢流式调压井投运近2年来，除甩荷实验中(正常水位)2台机突然停机及1台机全甩负荷时发现瞬时溢流量较大外，正常运行时1台机停机溢流量很少，2台机停机溢流量未对周围造成明显的冲涮。
6结语
溢流式调压井形式在浙江省三插溪二级水电站的首次应用，基本满足了设计要求，其中工程最终投资由于在实施阶段又进行了切合实际的设计变更，总体又较初步设计节省约10％左右，得到了业主和验收部门的一致好评。因此，对于运行水位变幅不大且可不计溢流水量损耗的电站、在择定的调压井位置地形高程有条件使溢流既不影响发电厂运行也不会对周围人居环境产生明显影响时，可在经济、技术比较的前提下尽可能地推广应用。同时通过这次实践，也为今后这种调压井形式在浙江省水电建设中的择优推广积累了一定的经验。(XMW)
打印本文 关闭窗口