最新5[1]6引水建筑物(08變更設計)匯總

1、5 1 . 6 引 水 建 筑 物（08 變更設計）精品資料5.6 引水建筑物電站引水建筑物主要由壩式進水口、有壓隧洞、調壓井、壓力管道和 重溪補充水源等部分組成。5.6.1 方案布置比較結合擋水建筑物和發(fā)電廠房的布置方案，引水建筑物的布置考慮了左、右岸布置兩個方案。左岸方案共布置 6個隧洞，總長6659m ,壓力 管道總長601m ;右岸方案共布置隧洞5個，隧洞總長6043.83m(0+017.50 6+6060.98),壓力管道總長 395.00m ,右岸有補 充水源。綜合分析兩個方案，選擇右岸方案為推薦方案，理由有以下幾點：一是從工程投資上，右岸方案比左岸方案明顯地節(jié)?。欢枪こ淌┕?上

2、，左岸材料運輸方便，但施工干擾大，對村級公路的交通會帶來一些影 響；三是流域規(guī)劃要求必須對水資源進行合理利用，右岸有比較合適的廠 房位置，左岸需考慮將壓力管道橫跨過河，施工難度大。5.6.2 有壓進水口發(fā)電引水隧洞進水口只能布置在右岸，右岸山坡覆蓋層厚35m ,基巖為志留系中統(tǒng)羅惹坪群下段(s2lr1)砂質泥巖。層理較發(fā)育，強風化帶厚35m,隧洞軸線與巖層走向夾角 30°。須明挖20-50m 方可進洞，進洞段圍巖類別田類。進口段fk為12,單位圍巖彈性抗力ko為1020mpacm -1。有壓進水口布置考慮了壩式進水口、豎井進水口兩個方案，綜合分析投資和生產運行管理，選擇壩式進水水口方

3、案。(1)結構布置水庫正常蓄水位420m ,校核洪水位421.02m ,死水位413m。進水 口布置位置主要基于進水口的高程擬定在距右壩肩較近的位置，以節(jié)省工 程量。進水口( 0+0000+017.15 )分為進口段、閘室段和漸變段，進 水口段設計縱坡為3%。漸變段以后為有壓隧洞段。壩式進水口的基礎考慮和大壩基礎為同一整體，基礎采用 c20 (2) 硅，厚2m ,寬7.5m，長5m。進水口支承采用排架結構。進口頂部和側 面均布置成1/4橢圓曲線，a=2.0m,b=0.75m 。根據進水口的地形條件，欄污柵的清污比較困難?？紤]降低過柵流速，以獲得較大過水面積，采用固定欄污柵。攔污柵分3面，進水正

4、面或兩側各布置1塊，柵條垂直布置，高2.8m ,柵條厚10mm,寬50mm,間 距按混流式水輪轉輪直徑的d/30擬定為30mm。參照小型水電站機電 設計手冊(金屬結構分冊)中介紹的不采取清污措施容許過柵流速為 0.5m/s ,復核本處的過柵流速小于0.5m/s。因此本處選取固定欄污柵一 是能夠滿足過柵流速要求，二是減少了工程運行管理期間的清污工作量。欄污柵體和框架投資有所增加，和考慮清污措施相比較，投資節(jié)省一些。閘室段和排架相連，進水口采用矩形斷面，孔口尺寸為2.0 x2.0m。閘 門采用平面鋼閘門，閘門后仍采用矩形斷面，孔口尺寸斷面不變，閘后 5.86m(樁號0+008.36)開始向右轉彎，

5、曲線段長5.79m ,曲線段末段(樁 號0+014.15 )連接漸變段由方變?yōu)閳A形斷面，漸變段長度均為3m。平面鋼閘門為檢修閘門，平面閘門尺寸為 2.5x2.5m。配套啟閉機采用螺桿式啟閉機，啟閉機型號為 qpk2 x400kn型螺桿啟閉機。在排架438.50m 高程上建啟閉機房，長 4.0m ,寬4.0m。啟閉房內 布置啟閉機1臺。啟閉機最大寬度1.36m ,人行通道寬度能夠滿足要求。(2)水力及通氣孔面積計算a.不出現吸氣旋渦的臨界淹沒深度計算水庫死水位418m ,進水口頂部高程 416.00m 。按戈登(j.l.gordon )公式估算:scr=cv jd式中：中r一閘門門頂低于最低水位

6、的臨界淹沒深度，m ;d一閘門孔口高度，取1.5m;v一閘門斷面的水流速度，計算取值 2.32m/s ;c一經驗系數，對稱時取 0.53。經計算，得scr=1.51m ,進水口閘門頂高程為 415.91m,距死水位高度為 2.09m。因此不會出現吸氣旋渦。b.水頭損失計算進水口水頭損失計算沿程水頭損失和局部水頭損失，本處只給出各局 部水頭損失系數，便于編程計算。沿程水頭損失在隧洞中給出計算公式。根據水電站調壓室設計規(guī)范(dl/t 5058-1996 )附錄a介紹的 局部水頭損失系數取值和計算公式進行計算，各部位的局部水頭損失系數 見表5.6-1。表5.6-1進水口局部水頭損失系數部位局部水頭

7、損失系數e備注進水口0.1采用1/4橢圓曲線欄污柵4/3 sb _ sin a bb一柵條形x犬系數,取2.42s 一柵條寬度b 柵條間距a一柵面傾角取90 °v 一過柵平均流速（用于計算柵條損失）漸變段0.1圓變方漸變段0.1方變圓閘門槽0.1c.避免出現負壓的最小淹沒深度計算按下式計算壓力隧洞避免出現負壓的最小淹沒深度s:2s= s+1.5（1+h 產2g式中：s一閘門門頂的最小淹沒深度， m ;s冰凍層厚度，m;hi一進水口段水頭損失系數;vi一進口閘門處的流速，計算取 2.32m/s ;經計算，s=0.65m ,能夠滿足要求。d.通氣孔面積計算參照水工設計手冊（水電站建筑物）

8、介紹的公式計算:a=va式中：qa 一空氣流量，采用引水隧洞的額定流量;v a空氣流速，取25m/s ;計算a=0.20m 2,在閘后采用內徑500mm 的鋼管伸到壩頂，用于通 氣孔。5.6.3 有壓引水隧洞（1）結構布置根據前面所述的方案布置，發(fā)電引水洞選擇右岸布置，發(fā)電輸水隧洞 進口處覆蓋層厚 3-5m ,基巖為志留系中統(tǒng)羅惹坪群下段（s2ir1）砂質泥 巖。進洞后洞線所經地層依次為志留系中統(tǒng)羅惹坪群中段（s2lr2）石英砂巖，上段（s2lr3）砂質泥巖，粉砂巖，礁灰?guī)r，志留系上統(tǒng)紗帽群下段砂 質頁巖，夾紫紅色泥巖、灰綠色粉砂巖，志留系上統(tǒng)紗帽群上段（s3sh2）石英砂巖，泥盆系中統(tǒng)云臺觀

9、組（ d2y）灰白色石英砂巖，泥盆系上統(tǒng)黃 家磴組（d2h）黃色塊狀石英砂巖夾頁巖，泥盆系上統(tǒng)寫經寺組（ d3x）砂 巖夾頁巖，二疊系下統(tǒng)棲霞組馬鞍段（plq1）砂巖夾頁巖，二疊系下統(tǒng)棲 霞組灰?guī)r段（piq2）含燧石灰?guī)r，該組亦為璞嶺向斜的核部，往洞口方向 又依由新到老至志留系上統(tǒng)紗帽群地層。有壓引水隧洞總長6043.83m（0+017.50 6+6060.98）,根據地質報 告提供的資料，襯砌長度按60%考慮，即3626m ,其余按噴混凝土考 慮，長度為2417.83m 。隧洞設計縱坡3/1000 。關于洞徑考慮了 5種方 案：方案1開挖直徑2.3m ,方案2開挖直徑2.4m ,方案3開挖直

10、徑 2.5m ,方案4開挖直徑2.6m ,方案5開挖直徑2.7m。各種方案的襯砌 長度、噴混凝土長度不變。襯砌厚度均按 0.30m考慮，噴混凝土厚度按 0.10m考慮。在壓力鋼管采用推薦方案的情況下，分別計算電站年發(fā)電量和隧洞工程投資變化。計算期內的上網電價按 0.35元/kwh計算，有效電 量系數0.95,線路損耗9%,電費的增值稅按17%考慮，由于增發(fā)電量導 致增加的發(fā)電成本很小，進行評價時未考慮。采用技術經濟方案比較詳見 表 5.6-2表5.6-2有壓隧洞洞徑方案經濟比較表方 案力殺1力泵2力冰c 3力殺4力殺5隧洞開挖內徑（mj）2.32.42.52.62.7隧洞回填后內徑（m）鋼筋碎

11、襯砌1.71.81.922.1噴混凝土2.12.22.32.42.5額定流量（m3/s）6.025.595.385.265.18額定出力時的隧洞總水頭損失（m）33.9822.2115.8111.779.00其中：沿程水頭損失（m）33.5621.9215.5911.68.86水頭損失減少（m）11.776.44.042.77建 筑 工 程開挖增加方量（單價:180元/m3）2231232624202516c20碎增加方量（單價:450元 /m3）342342342342增加隧洞模板工程（78元/m2）1140114011401140噴混凝土增加方量（單價750元/m3）76767676鋼筋增

12、加量（單價7800元/t）21212121細部結構（單價:11.68元/m3）342342342342建筑工程投資（萬元）86.5288.2389.9291.65發(fā)電量變化（萬kwh）138.7173.4444.6329.34收益變化（萬兀）35.4818.7811.417.5差額內部收益率 irr（%）40.9720.6211.165.23從表5.6-2可以看出，方案2比方案1收益和投資均增加，差額內部收益率遠大于國家發(fā)展改革委發(fā)改投資20061325號文印發(fā)的建設項目經濟評價方法與參數（第三版）測定的社會折現率is=8% ,因此方案2比方案1優(yōu)。同理對案2、方案3、方案4進行比較，得出的結

13、論，后一個方案比較前一個方案優(yōu)，選擇后一個方案。方案 4和方案5進行比較，差額內部收益率小于測定的社會折現率is=8% ,因此方案4比方案5優(yōu)。因此選擇方案4 (即隧洞開挖直徑2.60m )為推薦方案。隧洞總長6043.83m(0+017.50 6+6060.98),根據地質報告提供的 資料，襯砌長度按60%考慮，即3626m，采用c20 (2)襯砌，襯砌厚 度0.30m ,布雙層鋼筋對于田類圍巖，伸縮縫長度12m。隧洞拱頂90范圍內進行回填灌漿，回填灌漿孔沿拱頂布置，孔距 3m ,灌漿壓力 0.3mpa 。對于圍巖不穩(wěn)定的襯砌硅后進行固結灌漿，每排布置6孔，孔深5.7 m對稱布置，排距4m;

14、相鄰斷面錯開排列，灌漿壓力按1.5倍的內水壓 力考慮擬定0.68mpa 。固結灌漿在回填灌漿14天后進行，灌漿時應加強 觀測，防止洞壁發(fā)行變形破壞?；靥罟酀{和固結灌漿孔分排間隔排列。(2)襯砌結構計算圓形有壓隧洞的襯砌計算參照天津大學祁慶和主編的水工建筑物 介紹的方法，該方法和水工設計手冊(水電站建筑物)介紹的方法基 本相同，只是部分系數略有差別。隧洞開挖洞徑2.6m ,對于田類圍巖，采用c20 (2)襯砌，襯砌厚度0.3m ,按限裂進行設計。隧洞襯砌在各種荷載作用下考慮彈性抗力時的內力計算公式如下：鉛直圍巖壓力作用下的內計算公式：m=qrr ea %+b+cn (1+ % )n= qr ed

15、 %+f+gn (1+ %)式中：m一計算截面上彎矩，kn m;n 一計算截面上軸向力，kn ;q一鉛直圍巖壓力強度，kpa ;re一襯砌的外半徑，取1.1m;r一襯砌的平均半徑，0.975m ;產2-上；r1n=ej.n 0.06416 -,r3r ekbk一彈性抗力系數，kn/m 3；e一材料的彈性模量，kpa;j一計算斷面的慣性矩，m4;b 一計算寬度，取b=1m ;系數a、b、c、d、f、g在不同的角度的值見表5.6-3表5.6-3鉛直圍巖壓力作用下的內力計算系數表斷面abcdfg小=00.162800.08721-0.006990.21220 1-0.212220.02098 1小二

16、冗/2-0.12500-0.12501-.008240.000001.000000.00575二九0.087200.16277-0.00837-0.212200.712220.02237襯砌自作用下的內力計算公式如下m=gr 2(ai+b 1n)n= gr (c i+d 1n)式中：g一單位面積的襯砌自重，kpa;其余符號同前，系數 ai、bi、ci、di見表5.6-4表5.6-4襯砌自重作用下的內力計算系數表斷 面aibcd(j)=00.34477-0.02194-0.166690.06590二" /2-0.392720.025891.570800.018071 =.0.44059

17、-0.026281.737490.07024非均勻內水壓力作用下的內力計算公式如下：2，. 一 、m= 丫ri r（a2+b2n）n= ri r（c2+d2n）式中丫一水的容重，kn/m 3;ri 一襯砌的內半徑，m ;其余符號同前，系數a2、b2、c2、d2見表5.6-5表5.6-5非均勻內水壓力作用下的內力計算系數表斷面a2b2c2d2(j) =00.17239-0.01097-0.583350.03295二0/2-0.196360.12295-0.214600.00903二.0.22030-0.01315-0.631260.03513本階段僅選擇兩個斷面進行內力和配筋計算：一是有壓隧洞進

18、口段后，即豎井后斷面，該斷面承受的內因水壓力小，是承受水壓值最小的斷 面；另一個承壓值最大的斷面，即靠近調壓井位置。根據以上公式計算有 壓隧洞進口位置和接近調壓井位置的兩個斷面的內力和按限裂設計的配筋 成果見表5.6-6 。表5.6-6內力和配筋計算成果斷面 位置m (kn - mn (kn)他放矢力（j）=0二兀/2二（j）=0二兀 /2二九有壓 隧洞 進口垂直山巖力2.46-2.422.471.2812.147.88自重4.43-5.005.760.9223.4928.50非均勻內水壓力1.51-1.701.96-4.64-1.79-4.98總計8.41-9.1210.20-2.4433.

19、8331.41按限裂進行配 筋計算的配筋八c2amin=4.13cm內側配前固積（cm）外側配前回積（cm）（j）=0二兀 /2二（j）=0二兀 /2二九3.763.791.161.160.230.17接近荷載類別m (kn - mn (kn)調壓 井位 置（j）=0二兀/2二（j）=0小二兀/2二九垂直山巖力2.46-2.422.471.2812.147.88自重4.43-5.005.760.9223.4928.50非均勻內水壓1.51-1.701.96-4.64-1.79-4.98h總刀計8.41-9.1210.20-2.4433.8331.41按限裂進行配 筋計算的配筋八c2amin=4

20、.13cm內側配前固積（cm）外側配前回積（cm）（j）=0二兀/2二（j）=0小二兀/2二九8.718.745.296.105.168.11（3）水力計算有壓隧洞的水頭損失包括沿程水頭損失和局部水頭損失兩部分，沿程 水頭損失采用謝才一曼寧公式計算，局部水頭損失主要隧洞轉彎引起，按 彎管的局部水頭損失公式計算。有壓隧洞沿程水頭損失公式如下:hf=lv2c2r式中:l引水隧洞長度，m;v 設計流流速，m/s ;r一水力半徑，m;c謝才系數，取值1r6; nn 一糙率系數。有壓隧洞的糙率系數n根據不同的襯砌結構分別計算，對于鋼?，F澆 混凝土襯砌，n取值0.015 ;對于采用光面爆破開挖的巖石面噴混

21、凝土n取 0.030。有壓隧洞局部水頭損失主要是由于隧洞轉彎引起的水頭損失，計算公式如下：遛=0.131+0.1637d2r (90)0.5式中：r一隧洞轉彎半徑(m),隧洞轉彎半徑在本項目按10m布置;d 一隧洞內徑(m);%一隧洞轉角，詳見壓力隧洞布置圖按上述公式計算有壓隧洞不同水庫水位工況下的額定出力時的水頭損 失詳見表5.6-7表5.6-7額定出力工況下有壓隧洞水力計算成果表水庫特征水位死水位413m正常蓄水位420m設計洪水位 420.88m校核水位421.02m引水流量(m3/s)5.525.265.235.22有壓隧洞總水頭損失 (m)12.9811.7711.6411.60其中

22、：沿程水頭損失(m)12.7911.6011.4711.43局部水頭損失(m)0.190.170.170.175.6.4補充水源重溪取水壩址以上承雨面積20.50km 2。根據實測的取水壩位置處的橫斷面圖，布置底欄柵壩，欄柵壩長15m,溢流壩段長12m ,壩頂寬度5.8 m ,壩頂高程擬定為434.66m ;底欄柵壩長3m ,壩頂寬度1.6m ,欄 柵縱坡1:10,壩頂高程434.26m 。沉砂池寬1.0m ,全長20m ,進口處底板高程433.36m ,設置15m 長陡坡，縱坡1/10 ,使沉砂池水深達到2.0m ,然后為5m長水平底板。 沉砂池底板高程431.86m 。在沉砂池末端安裝沖砂

23、閘門。無壓引水隧洞全長1916m。重溪的水源經沉砂池沉砂后，進入無壓 隧洞，在調壓井注入。無壓隧洞的高程考慮電站突然丟棄負荷時調壓井的 涌波的影響會使無壓隧洞變成明滿交替的運行，會出現振動、空蝕、摻氣 和脈動壓力等作用，對無壓隧洞的過流能力、結構的受力狀態(tài)等產生不利 的影響。因此重溪無壓引水隧洞的高程選擇在調壓井涌波水位上的高程。 根據調壓井計算的涌波水位擬定隧洞進入調壓井的底板高程為432m。無壓隧洞的引用流量較小，設計斷面按工作斷面擬定，城門洞型，寬 1.5m ,高 1.8m。設計縱坡 1:2000。5.6.5調壓室(1)設置調壓室條件的判別和位置擬定引水道全長6491.98m ,其中進水

24、口長17.15m(0+000 0+017.15),采用矩形斷面，bxh=2 x2m ;有壓引水隧洞長6043.83m , 開挖直徑2.6m ,分為襯砌段和噴混凝土段，襯砌段長3626m,襯砌厚度0.3m ,噴混凝土段長2417.83m,厚0.1m。壓力鋼管至岔管的主管長 395m ,內徑1200mm。岔管至1#機組主閥支管長9m ,支管內徑0.8m ;至2#機組支管主閥支管長16m ,支管內徑0.6m。主閥至蝸殼長 4.0m ,蝸殼長3.5m ,尾水長4.5m。水庫正常蓄水位420m ,考慮機組 在正常蓄水位工況超出力5%時的流量為4.98 m 31s ,調壓井至岔管中心 的壓力管道長423.

25、97m ,管徑1.20m。根據水電站調壓室設計規(guī)范(dl/t 5088-1996 )初步判斷是否 設置上游調壓室：tw>tw_ lmtw=ih；式中：tw壓力水道中水流慣性時間常數，s;li壓力水道各分段的長度，m;v i各分段內相應的流速，m/s ;g 一重力加速度，m/s 2;hp設計水頭，m;tw tw的允許值，取4s。根據上式計算，elivi=11013m 2/s, tw=5.8s>t w,需設置調壓 室。調壓室布置宜接近在壓力隧洞末端靠近壓力鋼管的地方，即小地名為 木子林的地方，但該地為石英砂巖夾頁巖，層理發(fā)育，圍巖類別為田、iv 類，一是對調壓室的開挖難度增大，不利于開

26、挖成標準斷面，容易形成垮 塌，二是對該地方地形太陡，開挖的棄渣需外運至500m以個地方堆放,運輸成本增加，因此，變更設計時將調壓室后退至含燧石灰?guī)r地段，一是 巖石強度高，開挖容易成形，便于施工，二是減少襯砌工程量，但壓力管 線長度增加，會造成壓力管線的水擊值相對升高。現場踏勘后，擬定將調 壓室布置在有壓隧洞5+638.26樁號處。(2)穩(wěn)定斷面計算上游調壓室的穩(wěn)定斷面計算按托馬(thoma )準則并乘以系數k決士7e：laa=k -1 .一、2g2 (h o hwo 3hwm)/1g式中：a托馬穩(wěn)定斷面面積，m2;l一壓力隧洞長度，取值 6060.98m(含有壓進水口長度)；ai一壓力隧洞斷面

27、面積，取加權平均值 3.69m 2;h。一發(fā)電最小靜水頭，死水位時額定出力的設計水頭185.91m ;%自水庫至調壓室水頭損失系數，% =5.91 ;v一壓力隧洞流速，取平均值 1.48m/s ;h w。一壓力隧洞水頭損失，取值12.97m ;h wm 一壓力管道水頭損失，9.12m ;k一系數，取1.1 ;計算得a=1.44m 2。(3)調壓室的內徑擬定和水位波動計算根據水電站調壓室設計規(guī)范(dl/t5058-1996 )中關于上游調 壓室涌波的計算工況：按水庫正常蓄水位時，共用同一調壓室的全部機組 滿載運行瞬時丟棄全部負荷，作為設計工況；按上游校核水位時，相應工 況作校核。調壓室的類型考慮

28、選擇阻抗式調壓室。可以抑制調壓室的波幅振動， 加速波動的衰減。有壓引水隧洞噴混凝土的內徑為2.4m ,阻抗孔內徑為2m ,為有壓引水隧洞面積的69% ,對壓力管道的水錘影響不會很大。調壓室位置擬定在有壓隧洞5+638.26m位置，機組在正常蓄水位時機組超發(fā)5%額定出力時的流量為5.64m 3/s,調壓室以上有壓引水隧洞的 水頭損失為12.58m ,則有壓隧洞的阻力系數為 0.3955s 2/m5,調壓室過 在流量5.64m 3/s的水頭損失為0.22m ,則進出調壓室的的阻力系數為0.006916s 2/m 5。調壓室以后的有壓隧洞水頭損失為 0.95m ,壓力管道過 流量5.64m 3/s的

29、水頭損失為9.51m，總水頭損失為10.46m ,則壓力管道的阻力系數為0.3288s 2/m 5。阻抗式調壓室水位波動的計算的基本微分方程為： dz連續(xù)萬程：無=(q-q m)/f=f 1(t,z,q)dq _ _ 動力萬程：而=(h r-z-kqs|qs|-rq|q|)ga/l=f2(t,z,q)式中:q、qm分別為有壓隧洞和壓力管道的流量，m3/s;f、z一調壓室的面積和水位， m2、m;hr水庫水位，m;k一調壓室阻抗水頭損失系數，s2/m 5;q s一調壓室的流量，以進入調壓室為正，m3/s ;r一隧洞的沿程水頭損失和局部水頭損失系數，s2/m 5;g一重力加速度，m2/s;a、l一

30、有壓隧洞的斷面面積和長度，m2, m;根據上述基本方程采用龍格一庫塔法計算水位波動。已知 t時刻的qt、zt值，則可以根據以下公式求t+時刻的qt+ zt、zt+ zt之值：1zt+zt=zt+6 (ki+2k 2+2k3+k4)k1=ztf1(t,zt,qt)k2=ztfi(t+ tzt+qt+a)k3=ztfi(t+ =,zt+與,qt+ l22)k4=ztfi(t+ zt,zt+k 3,qt+l 3)一 八一 1 ，、qt+ zt=q t+ 6 (l1+2l2+2l3+l4)li =1f2(t,zt,qt)2 k一 i 1l2=af2(t+ -y,zt+k1,qt+ #)l3= af2(

31、t+ 2-,zt+皆,qt+l2)l4= af2(t+ zxzt+k 3,qt+l 3)水庫正常蓄水位時，2臺機組超額定負荷5%運行瞬時丟棄全部負荷，作為設計工況；水庫校核洪水位時，全部機組超 5%額定負荷運行瞬時 丟棄全部負荷，作為校核工況。采用上述方法計算調壓室不同內徑時的水 位波動情況見表5.6-8。機組的設計流量較小，2臺機組由2/3負荷增至滿載，調壓室水位的涌波變化不大，待技施階段復核。表5.6-8調壓井方案比較表調壓室襯砌后內徑(m)44.55調壓室壁厚(m)0.40.50.5調壓井地向局程(m)435調壓井底板高程(m)391.085設計工況涌波水位(m)432.38430.50

32、428.75校核工況涌波水位(m)433.46431.41429.80調壓井頂部高程(m)434.50432430.50工 程 量石方開挖79510431242二-3t林mm)329442486模板(m2)546578619鋼筋(t)202729投資(萬元)49.0364.2971.74調壓室的石方開挖按180元/m 3計算，襯砌硅按450元/m 3計算，模 板按78元/m 2計算，鋼筋制安按7800元/t計算。從表5.6-7得知，調 壓井在內徑為4m時投資最小，因此擬定內徑為 4m的調壓井為推薦方 案。(4)結構布置本次設計變更調壓室所處的地質條件比原方案變化比較大，原方案為 泥盆系上統(tǒng)寫經

33、寺組石英砂巖夾頁巖、泥灰?guī)r，力學性質相差較大，砂質 泥巖、石英砂巖力學性質較好，而頁巖力學性質相對較差。本次變更設計 改為含燧石灰?guī)r，巖石完整，除局部可能出現節(jié)理密集帶外，大部分節(jié)理 不發(fā)育，有利于調壓室的整體穩(wěn)定。調壓室地面高程為435m ,調壓室采用阻抗式結構，鋼筋硅襯砌。調壓室內徑 4.0m ,襯砌厚度0.40m。阻抗 孔內徑2m ,板厚1.5m。調壓室在水庫正常蓄水位時機組超 5%額定負荷 突然丟棄全部負荷時的水位涌波高程為 432.38m ,在校核工況的最高水位 433.46m ,調壓室頂高程取434.5m。5.6.6壓力管道(1)管路布置壓力管道范圍從調壓井后至廠房機組進水管，本次

34、變更設計果將調壓井的位置調整到有壓隧洞5+638.26樁號處。因此壓力管道包括有壓隧洞、壓力管道主管、支管等部分。其中有壓隧洞長度422.72m(5+638.266+060.98 ),壓力管道主管從有壓隧洞末端至岔管中心長395.00m。岔管中心至1#機長9m ,管徑0.8m ;岔管中心至 2#機管長 16m ,內徑 0.6m。有壓隧洞的圍巖從含燧石灰?guī)r過渡到石英砂巖夾巖。壓力管道主管位 于璞嶺向斜北西冀，屬巖溶侵蝕中低山地貌，壓力管道所經山坡較陡，平 均坡度3545 ° ,沿線覆蓋層不厚，上部基巖出露較好，中部平緩地段有 12m殘坡積層。(2)水頭損失計算和壓力鋼管直徑選擇壓力鋼管

35、的水力計算采用流量 q和直徑d為形式參數的函數給出，即h 損二£90)。本處只給出各部分的計算公式和參數取值，詳細計算過程省 略。電站裝機2臺，從調壓室至岔管中心的壓力鋼管長度 395.00m ,岔 管中心至1#機長9m ,管徑0.8m ;岔管中心至2#機管長16m ,內徑 0.6m。沿程水頭損失計算采用斯考倍公式：h 沿=%mq 1.9l/ (0.6319 xd4.9)式中：口一管道形式影響系數，取值0.00083m 一使用年限系數，取值1.22v、d、l一為鋼管中水的流速(m/s)、內徑(m)和長度(m)壓力鋼管局部水頭損失主要包括以下幾個組成部分：.各個彎管轉彎半徑按3d考慮,

36、7彎管水頭損失:遛=0.131+0.163d2r (90)0.5僅供學習與交流，如有侵權請聯系網站刪除 謝謝199式中：r一彎管轉彎半徑(m);d 一彎管內徑(m)；%一彎管轉角，見壓力管道布置圖。.岔管：岔管的局部水頭損失系數參照水電站調壓室設計規(guī)范(dl/t 5058-1996 )取值為 0.2。鋼管管徑的的選擇直接關系到水電站的經濟效益，首先按經濟管徑近 似公式計算幾個參考管徑后，然后采用技術經濟比較選擇最合適的管徑。參照“彭德舒”經驗公式:d=7 5.2q3 max式中qmax與h分別為鋼管中的最大流量和設計水頭，采用公式計算的經濟管徑為1.16m ,取1.2m。在調壓室水位和機組噴嘴

37、中心高程已知的情況下，水機工作水頭由壓力管道的毛水頭和水頭損失決定，而管路的水頭損失同時又與機組的流量、管徑相關。壓力鋼管的管徑以1100mm為基準方案，另增加內徑為 1200mm、1300mm、1400mm 三個方案進行比較，方案比較采用差額 內部收益率法。壓力鋼管經濟比較中水能計算的方法同前，投資變化的因素考慮壓力 鋼管直徑變化引起的金屬結構工程量的變化和土建投資的變化。壓力鋼管 包括直管、彎管、加勁環(huán)和支承環(huán)等部分，其平均加權制安單價按13000元/t計入投資。計算期內的上網電價按 0.35元/kwh計算，有效電量系 數0.95,線路損耗9%,電費的增值稅按17%考慮。表5.6-9壓力鋼

38、管經濟技術比較表方 案方案1 方案2 方案3 方案4 方案5鋼管內徑（mm10001100120013001400裝機規(guī)模（kw11 x5000+1x3200水庫正常畬水位（m）420420420420420死水位（m）413413413413413機組尾水位（m205205205205205水頭 損失小 計21.812.748.325.84.27其中：沿程損失n18.3810.166.924.83.54 1招損失3.422.581.410.731額定流量（m3/s ）5.725.405.265.185.14投資 變化鋼管重量增加28.2914.6338.2235.43鋼管附件重量增加（本體1

39、0%）2.831.463.823.54鋼管投資增加（萬元）40.4620.9254.6550.66水工投資增加（萬元）5.457.638.267.83投資增加小計（萬元）45.9128.5562.9158.49發(fā)電量變化（萬kwh）62.3434.2310.237.56收益變化（萬兀）16.128.852.651.96差額內部收益率a irr（%）35.0330.86-1.58-3.54從表5.6-9中可以看出，方案2比方案1多投資45.91萬元，年收益 增加16.12萬元，按1年施工期（考慮鋼管施工期，小于 1年按1年計 ?。?，取計算期為21年得差額內部收益率 irr為35.03% ,大于社

40、會折現 率is=8% ,故方案2優(yōu)于方案1 ;同樣方案3和方案2進行比較得出差額 內部收益率4irr為30.86 % ,大于社會折現率is=8% ,故方案3優(yōu)于方 案2;同理可得，方案4和方案3比較得差額內部收益率4 irr為- 1.58%，小于社會折現率is=8% ,說明方案3優(yōu)于方案4。因此選擇方案 4 （內徑1200mm ）為推薦方案。根據推薦的1200mm內徑的壓力鋼管，計算水庫在不同水位下壓力 鋼管的水頭損失情況見表5.6-10。本表計算成果是考慮機組在正常尾水位 205m的情況下。表5.6-10壓力管道水力計算成果表機組名稱死水位413m止常蓄水 位420m設計洪水 位420.88

41、m校核水位421.02m壓力主管引用流量（m3/s）5.525.265.235.225000kw機組總水頭損失8.637.897.807.76其中：沿程水頭損失7.086.476.406.37局部水頭損失1.551.421.401.393200kw機組總水頭損失9.588.758.658.62其中：沿程水頭損失8.057.367.287.25局部水頭損失1.531.391.371.37（3）壓力鋼管壁厚擬定電站屬于高水頭，加工壓力鋼管的鋼板執(zhí)行碳素結構鋼（gb700-88）,選擇日卑號q235c級。其力學性能主要指標為：壁厚a 16mm的屈服 點（rsa225mpa ;抗拉強度（rb=375m

42、pa。明管壁厚由工作厚度及銹蝕裕量 兩部分組成，壓力鋼管的壁厚按鍋爐公式計算：s= w 設 xr/（ m 由式中：y一水的容重，取9.81 xl03kn ;h設一考慮水擊上升值的計算水頭（m）,按20%的水擊上升值估算;r一鋼管內徑（m）;0焊縫系數，取0.85;同一容許應力，因未計入其它荷載，將允許應力降低20%,取0.8x0.55 as,取值為 99mpa;根據以上公式進行計算，結合鋼管加工的制造壁厚規(guī)格，考慮銹蝕壁 厚2mm。經計算0#鎮(zhèn)墩至1#鎮(zhèn)墩計算壁厚為2.6mm，小于最小壁厚 6mm ,因此取6mm ,壓力鋼管不能滿足抗外壓穩(wěn)定要求，且 0#鎮(zhèn)墩至 1#鎮(zhèn)墩距離不長，因此將壁厚增

43、加到10mm ,以滿足抗外壓穩(wěn)定要求； 1#鎮(zhèn)墩至2#鎮(zhèn)墩計算壁厚為7.6mm ,取計算壁厚8mm ,制造壁厚為 10mm ; 2#鎮(zhèn)墩至3#鎮(zhèn)墩計算壁厚為13.8mm ,取計算壁厚14mm ,制 造壁厚為16mm ; 3#鎮(zhèn)墩至4#鎮(zhèn)墩計算壁厚17.5mm ,取計算壁厚 18mm ,制造壁厚20mm ; 4#至5#鎮(zhèn)墩計算壁厚17.9mm ,取計算壁厚 18mm ,制造壁厚20mm。(4)水擊計算調壓室布置在有壓隧洞5+638.26樁號處，調壓室后的有壓隧洞長度 422.72m (5+638.266+060.98 ),壓力管道主管從有壓隧洞末端至岔 管中心長395.00m。岔管中心至1#機長

44、9m ,管徑0.8m ;岔管中心至 2#機管長16m ,內徑0.6m。主閥至蝸殼長4.0m ,蝸殼長3.5m ,尾水長 4.5m。水擊計算目的是求出管道中的最大和最小內水壓強，最大內水壓強考 慮在調壓室為最高水位時，電站超額定出力5%,丟棄全部負荷時的水擊壓力上升值為控制工況；最小內水壓強的大小主要取決于工作水頭、流量 變化和閥門調節(jié)時間等水管特性因素。水庫在校核水位時電站按額定出力 超發(fā)5%時的工況對應的流量為5.56m 3/s?？紤]水庫為死水位時，電站機 組由全關到全開達到額定出力時的水擊下降值為控制工況。電站的壓力鋼管為復雜管型，既有串聯管，又有分岔管，采用合肢法計算電站的水擊值。按下式

45、計算水錘波傳播速度:c=143512ewkr式中：c水錘波傳波速度，m/s ;、ew水的體積彈性模量，取 2.06xl03mpa；k抗力系數，對不同的情況取不同的數值；r管道的半徑，m;壓力管道的抗力系數根據不同的結構采用不同的公式進行計算，抗力 系數公式如下：鋼 管:ks= es 2 s 2(1s)r混凝土： kc= 一與一ln上(12)ri ri環(huán)向鋼筋：kf= efrr式中:ks、kc、kf一鋼管、混凝土、環(huán)向鋼筋的抗力系數；es、ec鋼材彈性模量和混凝土彈性模量，鋼材取值2.1 乂105mpa,c20 硅取值 2.55 x104mpa；即、m一鋼材和混凝土的泊松比，取值分別為 0.3和

46、0.167;1、r2一回填混凝土的內半徑、外半徑，m；rf、f一單位管道中鋼筋的截面積和鋼筋圈的半徑，m;按照上述公式計算的加權平均水擊波速為1123m/s水輪機為混流式機組，因管線較長，水頭較高，取導葉全關閉時間ts=8s ,則導葉有效關閉時間為ts'=5.6s。計算2l/a=1.51小于ts',屬于間接水錘，計算水管特性常數pavmax2gh=0.8539、l vmaxgh0ts=0.2295計算p p<1 ,說明±i>浙，即最大水錘壓強屬于第一相水錘。水擊上升值采用公式£1=/一，水擊下降值采用近似計算公式刀1=1一。詳細計算見表5.6-1

47、1表5.6-11壓力鋼管水擊計算成果表管段 編號elv (n2/s )最大水頭 (nj)最小水頭(m)水擊上 升值 (n)水擊下 降值 (nj)最大水 頭 (n)最小水 頭 (nj)隧洞段74843.6523.193.211.3346.8621.861#®墩92243.7523.293.961.6447.7121.652獻墩1369103.468313.928.68117.3874.323獻墩2044176.4615635.4424.36211.90131.644獻墩2511221.4620154.6438.55276.10162.455獻墩2683226.76206.3059.78

48、42.28286.54164.02至岔管2690136.76226.7559.9442.39286.69163.90岔管至主 閥2817226.76206.3062.7744.39289.53161.91主閥至蝸 殼2849226.76206.3063.4844.9290.24161.40蝸殼2877226.76206.3064.145.34290.86160.96尾水2880從表5.6-11看出，壓力鋼管末端的末相水錘相對升高值21max=28.3%和壓力鋼管末端的末相水錘相對降低值y 1max =22%均滿足要求。(5)管壁受力分析管壁受力分析采用結構力學法。分析兩支墩間的跨中斷面和膜應力

49、區(qū)邊緣斷面。受力分析按照水電站壓力鋼管設計規(guī)范(sl281-2003 )的附錄a的規(guī)定進行。電站的管壁受力分析見表5.6-12表5.6-12電站壓力鋼管應力計算成果表管段 編號計算 壁厚 (mrm跨中截回(mp3支座膜應力(mp3管頂a =90°管側a =90°管底a=180°管頂a =0°管側a =90°管底a=180°1#®墩843.0539.193632.9539.8847.462獻墩8103.66100.7197.994.96100.86106.863獻墩14106.32104.23102.22100.19104.3

50、1108.474獻墩18104.77103.05101.3899.73103.1106.52從表中可以看出，任意兩鎮(zhèn)墩之間的跨中斷面和膜應力區(qū)邊緣斷面的應力的最大值(rmax=108.47mpa < 楨.55 os=111.38mpa ,說明應力滿足 要求。(6)壓力鋼管抗外壓穩(wěn)定分析壓力鋼管內徑1200mm ,滿足抗外壓穩(wěn)定的壁厚為d/130=10mm ,則鋼管制造壁厚n 10mm的才能滿足抗外壓穩(wěn)定。在對 鋼管壁厚時已經考慮了鋼管抗外壓穩(wěn)定的要求，因此，不需再對壓力鋼管 進行抗外壓穩(wěn)定分析。(7)鎮(zhèn)墩的結構計算及穩(wěn)定分析精品資料根據水電站壓力鋼管設計規(guī)范(sl281-2003 )的附

51、錄a對鎮(zhèn)墩 進行結構計算及穩(wěn)定分析。鎮(zhèn)墩結構計算的軸向力計算中忽略了流水與管壁之間的摩擦力，軸向 力以順水流方向為正，逆水流方向為負。x方向的合力按順水方向的投影為正，逆水方向的投影為負。y軸以垂直向下為正，向上為負。各種軸向力的計算明細見表5.6-13 ,根據表5.6-13對軸向力進行匯 總后，然后求出各軸向力的水平分力和垂直分力?；A與硅摩擦系數取 0.35。取鎮(zhèn)墩的抗滑安全系數為1.5,計算鎮(zhèn)墩的體積見表5.6-14 。表5.6-13鎮(zhèn)墩作用力計算明細表鎮(zhèn) 墩鋼管自重分力(kn)關閉的閥門 或悶頭上的力 (kn)彎管上的內水壓力(kn)漸縮管的內水壓 力(kn)上游a1下游a1'上游a2下游a2'上游a3下 游a3'上游a4下游a4'1#05.7500528.8-536.07002#168.414.64001297.35-1306.86003#333.026.59002345.67-2353.81004#252.672.44003057.56-3061.7100續(xù)表5.6-13鎮(zhèn)墩作用力計算明細表鎮(zhèn) 墩套筒式伸縮節(jié)端 部的內水壓力 (kn)溫度變化時套筒 式伸縮節(jié)止水填 料的摩擦力(kn)溫度變化時支座 對鋼管的摩擦力(kn)彎管中水的離心力的分力(kn)上游a5下游a5'上游a6下游a6