棉花灘水電站樞紐布置設(shè)計(jì)技術(shù)方案

1、棉花灘水電站樞紐布置設(shè)計(jì)技術(shù)方案摘 要 本文介紹了福建棉花灘水電站施工詳圖設(shè)計(jì)階段的布置情況，包括流域概況、 工程概況、樞紐布置等，同時(shí)，將各建筑物布置也作了介紹，工程正在施工，文中未涉 及施工過(guò)程中發(fā)生的變動(dòng)。關(guān)鍵詞樞紐建筑物布置1流域概況汀江位于福建省西南部，廣東省東部，汀江發(fā)源于福建寧化縣南部山區(qū)武夷山脈的 大悲山東麓，自北向南流經(jīng)長(zhǎng)汀、武平、上杭、永定及廣東大埔諸縣，沿程有濯q溪、 桃溪、i口縣河、黃潭河、永定河、樟溪河等支流匯入，于廣東省人埔縣三河壩與梅江匯 合后稱(chēng)韓江，向南流經(jīng)豐順、潮安、澄海諸縣注入南海。三河壩以上汀江干流全長(zhǎng)322km,集水面積11802km2,占韓江流域面積3

2、0112km2 的39%。長(zhǎng)汀至上杭149km,河谷較寬廣，略呈“u”形，河道坡度在1%。左右；上杭至 廣東石下壩69km,河流從上杭以下20余km附近的大沽灘開(kāi)始進(jìn)入峽谷區(qū)，略呈“v” 形，灘多水急，河道坡降約為1.6%。，其間峰市至石下壩6km,河道坡降達(dá)4.5%。，有險(xiǎn) 灘八處，其中以“棉花灘”為最險(xiǎn)。棉花灘水電站即位于此峽谷地段。福至亭壩址以上 集水面積為7907km2,占汀江流域面積的67%,為韓江流域面積的26%。2工程概況棉花灘水電站位于福建省永定縣境內(nèi)，壩址在汀江干流棉花灘峽谷河段屮部福至亭 處,距永定縣城約21km,鄰近廣東省。壩址控制流域面積7907km2,壩址處多年平均徑

3、流量73.2億na多年平均流量 232m3/s,流域內(nèi)多年年降雨量1657.1mm,年平均氣溫20.tc,月平均氣溫都在10°c以 上。本工程以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益。水庫(kù)正常蓄水位173m, 調(diào)節(jié)庫(kù)容11.22億mj屬不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)，校核洪水位177.80m,相應(yīng)總庫(kù)容20.35億本工程為-等樞紐工程，樞紐由攔河主壩、湖洋里副壩、泄水建筑物、左岸地下廠 房發(fā)電系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)站、右岸過(guò)壩設(shè)施等建筑物組成。壩址區(qū)基巖為黑云母花崗巖，巖性 致密堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高，微風(fēng)化巖石濕抗壓強(qiáng)度平均在147mpa以上，斷層破碎帶較發(fā)冇, 但規(guī)模較小，多為高傾角（7085。）且膠結(jié)較好

4、。電站裝機(jī)四臺(tái),單機(jī)容量150mw,共裝600mwo年發(fā)電量15.2億kwh,保證出 力88mw,年利用小時(shí)2533h。電站建成后，主要供電對(duì)象為福建省網(wǎng)的龍巖、漳州及廈 門(mén)等地區(qū)。福建省煤炭資源不足，水力資源較豐富，但大多屬調(diào)節(jié)性能差的逕流式水電 站，豐水期大量棄水，而枯水期電力電量不足，棉花灘水電站是省里為數(shù)不多的具有不完全年調(diào)節(jié)能力的人型水電站，它建成投產(chǎn)后，將是閩西南最人的水電電源，也將是省 網(wǎng)主力電源z，可以擔(dān)任省網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)，同吋，對(duì)增加網(wǎng)內(nèi)有調(diào)節(jié)能力的水電 比重發(fā)揮補(bǔ)償效益，減少水電棄水，改善省網(wǎng)電源北重南輕的布局，效益均較顯著。另 外經(jīng)棉花灘水庫(kù)調(diào)節(jié)后可使下游13.0km處

5、的廣東青溪水電站年發(fā)電量增加1.04億 kwh,保證出力增加20.1mw,大大提高了青溪水電站的發(fā)電效益。1=1前，汀江在壩址區(qū)為不通航河段，棉花灘水庫(kù)建成后，上游庫(kù)區(qū)可回水至上杭縣 城郊，下游與青溪水庫(kù)相接，上杭以下成為渠化河道。工程建成后，対減輕下游廣東省潮汕經(jīng)濟(jì)特區(qū)防洪有相當(dāng)作用。每年5、6月份主汛 期，棉花灘水庫(kù)正常蓄水位以下預(yù)留防洪庫(kù)容2.59億mj次汛期(7月上旬8月中旬) 預(yù)留庫(kù)容1.07億if 當(dāng)洪水主要來(lái)自汀江，水庫(kù)控制泄流，能使下游潮安50年一遇洪 水(16000m'/s)削減為相當(dāng)于2527年一遇(1430014400m'/s),即可便防洪標(biāo)準(zhǔn)由二 十年提

6、高到約五十年。當(dāng)洪水主要來(lái)白梅江及壩址與潮安區(qū)間，棉花灘水庫(kù)可采取預(yù)報(bào) 湊泄，對(duì)下游防洪也能獲得較好效果。棉花灘水庫(kù)建成后，述可利用庫(kù)區(qū)水面發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖事業(yè)，亦有可觀效益。棉花灘水電站地理位置適中，壩址地形地質(zhì)條件良好，建成后，對(duì)解決福建電網(wǎng)用 電要求、改善省網(wǎng)電源布局、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、充分發(fā)揮梯級(jí)電站補(bǔ)償效益；對(duì) 改善汀江水系的通航條件；對(duì)分擔(dān)下游潮汕地區(qū)的防洪任務(wù)以及發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)皆有顯著的 效益。3樞紐布査本文介紹施工詳圖設(shè)計(jì)階段的樞紐布置情況，在施工過(guò)程中由于施工上的原因及地 形地質(zhì)條件的變化而引起一些布置上的小變動(dòng)，文屮未于涉及。3.1樞紐組成組成棉花灘水電站主要建筑物包括：碾壓混

7、凝土重力壩、壩頂開(kāi)敞式溢洪道、泄洪 兼放空水庫(kù)用的泄水底孔、左岸輸水建筑物及地下廠房、左岸220kv gis洞內(nèi)式配電裝 置及地面控制樓、湖洋里副壩、右岸航運(yùn)過(guò)壩建筑物等。另外，工程施工期i'可間采用上、 下游圍堰斷流隧洞導(dǎo)流的方式。碾壓混凝土重力壩壩軸線以勘iv線作為基線，以河槽中心線與勘iv線的交點(diǎn)為原心, 順時(shí)針轉(zhuǎn)3。,方位為n47.926。e。泄水底孔布置在溢洪道右側(cè)的壩段，為使泄洪水 流不沖刷岸坡，其中心線與壩軸線斜交，交角85° ,即向河床中心線偏轉(zhuǎn)5。o地下廠房置于壩左岸的山體內(nèi)，根據(jù)地質(zhì)等條件廠房縱軸線定為n40° e,進(jìn)水口的 橫軸線則為n43&#

8、176; wo樞紐布置詳見(jiàn)附圖lo3.2建筑物等級(jí)及洪水標(biāo)準(zhǔn)棉花灘水電站為一等樞紐工程，大壩為1級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為五百年一遇洪 水設(shè)計(jì)，五年一遇洪水校核；輸水發(fā)電建筑物為2級(jí)建筑物，五i 年一遇洪水設(shè)計(jì)，五百年一遇洪水校核，但進(jìn)水口的擋水標(biāo)準(zhǔn)與人壩和同。其他建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：壩 頂溢洪道及液水底孔的等級(jí)及設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)與人壩相同；湖洋里副壩按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì), 但擋水高程與碾壓混凝土重力壩相同；航運(yùn)過(guò)壩定為3級(jí)建筑物。導(dǎo)流隧洞為4級(jí)建筑物，導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇，渡汛標(biāo)準(zhǔn)為五十年一遇以上。 壩址區(qū)地震基本烈度為6度，但為了安全，人壩穩(wěn)定應(yīng)力按7度進(jìn)行了復(fù)核，輸水 發(fā)電系統(tǒng)主要建筑物的結(jié)構(gòu)

9、設(shè)計(jì)也按7度來(lái)設(shè)防，例進(jìn)水口建筑等。3.3設(shè)計(jì)洪水各設(shè)計(jì)頻率洪水的天然流量、相應(yīng)的下泄流量及水位如表3.3-1所示。3.4內(nèi)外交通3.4.1場(chǎng)內(nèi)交通。場(chǎng)內(nèi)交通主要有左右岸上壩公路及廠壩公路。右岸上壩公路經(jīng)右壩 頭通往庫(kù)區(qū)；左岸上壩公路連接開(kāi)關(guān)站、左壩頭及進(jìn)水口；廠壩公路設(shè)在左岸9()m 92m,連接進(jìn)廠交通洞，調(diào)壓室運(yùn)輸洞，并通往人壩電梯井。另外，還有垂肓交通二道, 一道為壩內(nèi)電梯，從廠壩公路進(jìn)入電梯肓達(dá)壩頂及各層廊道；另一道是連結(jié)地下廠房與 開(kāi)關(guān)站的通道，上下進(jìn)出口設(shè)在主變室洞及gis室洞的1#交通洞。3.4.2場(chǎng)外交通。通過(guò)場(chǎng)內(nèi)三條公路對(duì)外可達(dá)二岸庫(kù)區(qū)、永定縣及廣東省，另外，正在 興建的梅

10、坎鐵路在電站旁通過(guò)，距最近的仙師站不足5km,可通往廣東梅縣及鷹廈線聯(lián) 接。水庫(kù)建成后，上游庫(kù)區(qū)可冋水至上杭縣城郊，下游則接青溪水庫(kù)。4各建筑物布置4.1導(dǎo)流建筑物根據(jù)樞紐布置情況及碾壓混凝土重力壩的澆筑特點(diǎn)，棉花灘工程采用隧洞導(dǎo)流、斷 流圍堰的導(dǎo)流方式。碾壓混凝土重力壩基抗開(kāi)挖及混凝土第一澆筑季度山圍堰擋水、導(dǎo) 流隧洞泄流；正式開(kāi)工后第二年汛期則由導(dǎo)流隧洞及壩體聯(lián)合汕流；壩體混凝土第二澆 筑季度由圍堰或壩體擋水、導(dǎo)流隧洞過(guò)流；第三年汛期則由壩體擋水、導(dǎo)流隧洞及泄水 底孔聯(lián)合泄洪渡汛，宜至下閘蓄水。導(dǎo)流隧洞布置在右岸，由進(jìn)出口明渠段、進(jìn)口段、洞身段纟fl成，洞身段斷面為11m x 15m的方園

11、型，進(jìn)口段設(shè)封堵門(mén)槽及啟閉機(jī)排架，進(jìn)出口底板高程分別為69mx68m, 由進(jìn)出口明渠與河道和連，洞線全長(zhǎng)351.3m,采用錨桿加薄層鋼筋混凝土襯砌及受力鋼 筋混凝十襯砌支護(hù)。表3.31各頻率的天然和下泄流量及水位序號(hào)洪水頻率及 天然洪水流量項(xiàng)目單位不控制控制備注正常捋水位防洪限制水位m168.74(171.26)1、56月為主汛期，78 月為次汛期，控泄流量分別 為 5210m3/s, 4400m3/so2、下游水位指iv勘線以下 200m 處。3、下泄流量包括發(fā)電流量。4、控制系指考慮下游廣東韓 江二角洲有防洪任務(wù)下泄流 量。5、括號(hào)內(nèi)為次汛期數(shù)字。防洪高水位m1731p 二 0.02 %

12、洪水qnwx=15500m3/s最高洪水位m177.80177.19最大下泄流量m'/s1189011470相應(yīng)在下游水位m90.9890.602p=0.2%洪水qnm=12000m3/s最高洪水位m174.76174.55最大下泄流量m3/s98409710相應(yīng)在下游水位m89.1088.953p=%洪水qmax=9400m'/s最高洪水位m173.23173.04最大下泄流量m'/s8870x75o相應(yīng)在下游水位m8&158&034p=2%洪水qn)ax=8400m3/s(qnm=6210m3/s)最高洪水位m173.00173.00(173.00)

13、最大下泄流量m'/s84005210(4400)相應(yīng)在下游水位m87.6883.905p=5%洪水qmax=6950m3/s(qnwx=4640m3/s)最高洪水位m173.00169.93(0171.30)最大下泄流量m/s69655210(4400)相應(yīng)在下游水位m86.1083.906p=50%洪水qnux=3130m'/s最高洪水位m173.00168.74(171.26)最大下泄流量m3/s31303130(qnwx=1280n?/s)相應(yīng)在下游水位m80.8080.80上游i羽堰采用rcc重力式結(jié)構(gòu)，堰頂高程96.50m,允許過(guò)流，按施工導(dǎo)流計(jì) 劃，上游i節(jié)i堰只使

14、用一個(gè)枯水期。下游i羽堰亦采用rcc重力式，堰頂高程為77.0m, 導(dǎo)流任務(wù)完成后下游圍堰留作二道壩用。下閘蓄水示導(dǎo)流隧洞須設(shè)混凝土堵頭封堵，堵頭長(zhǎng)38mo4.2擋水建筑物4.2.1 rcc重力壩壩頂高程由校核洪水確定，遇五千年一遇洪水時(shí)，庫(kù)水位 177.80m,加上風(fēng)浪爬高及超髙后要求擋水高程為179.60m,壩頂高程定為179.00m, 另要求上游防浪墻有0.6m髙的實(shí)體防浪墻擋水。最大壩高為111m,壩頂全長(zhǎng) 300.0m,分成6個(gè)壩段，從左到右為，其屮、壩段為左岸非溢流壩段，、 壩段為溢流壩段，、為右岸非溢流壩段，壩段寬度分別為5（）1“、50m. 33m、 33m、64m、70m,最

15、大底寬84.5m,非溢流壩段上游面為垂直,下游面1:0.75,溢 流壩段上游面亦為垂直，下游面玄線坡度1 ：0.65,壩頂寬7m,壩內(nèi)設(shè)電梯一道，布 置于壩段內(nèi)。4.2.2湖洋里副壩湖洋里副壩位于水庫(kù)左岸的湖洋里村，為均質(zhì)土壩，高5.6m,頂長(zhǎng)30mo4.3泄水建筑物4.3.1壩頂溢洪道。為開(kāi)敞式，共設(shè)3孑l,每孔由導(dǎo)流墻隔開(kāi)分別出流，堰頂高程 155.0m,每孔凈寬16m,設(shè)工作弧門(mén)及檢修門(mén)各一道，出口采用收縮式消能工，平 底出口高程88.07m,邊孔出口寬從17.25m不對(duì)稱(chēng)收縮到5.0m, +孔出口寬由18.50m 對(duì)稱(chēng)收縮到6.5m。4.3.2泄水底孔。布置在右岸壩段內(nèi),兼放空水庫(kù)用,

16、進(jìn)口底板高程115.40m, 出口處孔口尺寸為5mx7.2m （寬x高），孔身為平底坡,斷面尺寸5mx8.2m （寬 x高）,出口采用收縮式消能工，孔口出口由5m對(duì)稱(chēng)收縮到2m,進(jìn)口設(shè)事故檢修 門(mén)一座，岀口設(shè)工作弧門(mén)一道。4.4輸水發(fā)電建筑物441輸水建筑物。進(jìn)水口采用岸塔式，位于左岸壩前約30m,進(jìn)口總寬84.6m, 底板高程129m, 1#4#進(jìn)水口尺寸相同,平行布置，間距21m,中心高程132.75m, 進(jìn)口由喇叭口、閘門(mén)槽（檢修及快速門(mén)槽）及漸變段纟r成，前沿設(shè)四個(gè)進(jìn)口相互連 通的一列式二道攔污柵槽，閘門(mén)孔口斷面為6.0mx7.5m （寬x高），快速門(mén)槽及檢 修門(mén)槽放在內(nèi)徑為8.6m的

17、園筒內(nèi)。四條平行布置的引水隧洞宜徑7.5m,間距21m, 互為交錯(cuò)布置，由上平段、豎井段及下平段纟r成。上、下平段平面轉(zhuǎn)角97° ,下平 段示接長(zhǎng)35m,內(nèi)徑5.4ni的壓力鋼管板，末端與蝸殼相接。尾水管后接四條平行的 尾水管加長(zhǎng)段，斷8mx8m方形，后接尾水調(diào)壓室。尾水調(diào)壓室設(shè)2個(gè)，1#、2# 及3 4#機(jī)分別共用一個(gè)，其軸線與主廠房平行，二個(gè)調(diào)壓室在高程82.5m以上合 二為一,聯(lián)合運(yùn)行，總尺寸：87mx 12mx41.4m （長(zhǎng)x寬x高）。尾水調(diào)壓室后設(shè) 4條尾水支洞經(jīng)兩個(gè)岔管合并為二條內(nèi)徑11m的園型尾水隧洞，尾水隧洞在出口段 漸變?yōu)?.4mxllm （寬x高）的城門(mén)洞型，在

18、壩下（）+5（）（）m處與下游河道斜交相接。 在尾水調(diào)壓室內(nèi)及尾水隧洞岀口處皆設(shè)有檢修閘門(mén)，分別用作尾水管及尾水隧洞檢 修時(shí)用。4.4.2地下廠房主廠房?jī)?nèi)設(shè)4個(gè)機(jī)組段及安裝場(chǎng)，尺寸為129.5mx21.9mx52.08m （長(zhǎng)x寬x 高），主廠房二端設(shè)廣、2#空調(diào)機(jī)室，水倫機(jī)安裝高程為65.60mo主變室與主廠房 平行，二者凈距22.0m,尺寸為97.35mx16mx 14.8m （長(zhǎng)x寬x高）,主變室二端 設(shè)3#、4#空調(diào)機(jī)室，主廠房與主變室之間有四條寬&（）m高8.4m的母線洞，主變室 與尾水調(diào)壓室間凈距19.6m。進(jìn)廠交通洞長(zhǎng)573.75m,尺寸為&5mx9.0m （寬x高） 的城門(mén)洞型，重車(chē)直達(dá)安裝場(chǎng)。4.4.3開(kāi)關(guān)站及控制樓開(kāi)關(guān)站布置在18（）m高