【摘 要】本文結合實例分析，對河床式低水頭廠房進行優(yōu)化設計，能有效優(yōu)化廠房結構設計，從而降低工程的投資。隨著市場經濟的不斷發(fā)展，市場對設計單位的要求越來越高，要求設計不僅要滿足設計的規(guī)范要求，還要適應經濟要求，工程中優(yōu)化設計對節(jié)約工程造價具有重要的意義。

【關鍵詞】河床式；水電站廠房；優(yōu)化設計

水電站設計中，當樞紐工程區(qū)地形平緩開闊，地形較完整時，采用河床式樞紐布置便于樞紐建筑物的橫向布置與展開，對泄洪建筑物的布置較為有利，便于解決樞紐泄洪問題。

河床式低水頭小水電站廠房的設計主要是根據廠房建筑的總體布置情況確定基礎開挖高程及廠房各層布置、高度、尺寸等，并進行穩(wěn)定、應力計算。進行廠房的穩(wěn)定計算時，在保證廠房建筑安全可靠的基礎上，還要求具有較高的安全余度。工程設計中，只要是在安全余度范圍內，就可以對廠房設計進行優(yōu)化，這對提高水電站經濟效益具有重要的意義。

1、工程概述

以我國云南某小型水電站為例，該水電站是一座以發(fā)電為主，兼顧灌溉的水電站樞紐工程，工程區(qū)對稱寬緩的“V”型河谷地形較適宜布置集擋水、泄洪、沖沙、引水發(fā)電于一體的河床式樞紐。該工程壩址以上的控制流域面積為15220km2，多年平均流量為126m?∕s，多年平均發(fā)電量為4500×104kW.h。

按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》、《小型水力發(fā)電站設計規(guī)范》與《水閘設計規(guī)范》的規(guī)定，確定本工程等別為Ⅳ等?。?）工程，其相應的主要建筑物為4級，次要建筑物為5級，臨時建筑物為5級。閘下消能防沖洪水標準和該水閘洪水標準一致。

可研報告審查意見中已通過該水電站為河床中間的開敞式平底泄水閘，并與泄水閘左側布置發(fā)電廠房。初步設計階段對電站樞紐進行了優(yōu)化。其中壩軸線長度為192.00m，開敞式平底泄水閘壩的長度為93m，與泄水閘左側相鄰的布置廠房段長度為49.6m，而左右岸連接段長分別為25、27.4m。

電站引水發(fā)電系統(tǒng)由壩式進水口、主廠房、副廠房、尾水渠及升壓站（GIS樓）等建筑物組成，整個廠房位于河床內。由于軸流式水輪機單位流量大，比轉速較高，機組尺寸較小，經綜合分析比較，本電站水輪機采用軸流轉槳式。在該水電站的主廠房中安裝2臺軸流轉槳式水輪機與2臺單機裝機容量為4900kW的發(fā)電機，并于廠房右側安裝2臺調速器，在下游側安裝機旁盤。其中主廠房的長寬度高分別為49.6m、17.4m、39.5m，機組間距為17m，并配有一臺25t/6.3t的橋式起重機，中心跨距為14m。其中主廠房左側為安裝間，其長度為13.85m，寬度為15.33m，能滿足機組在檢修期間對定子、轉子、上機架等部件及汽車進入的需求。在主廠房下游側作為副廠房，其高程與發(fā)電機相同，內部并配有中央控制室、高壓柜室等工作室。副廠房下層配有部分工具房，中間夾層且安裝有電纜走線。同時，在主廠房左側的安裝間下游側可配備開關站，其長度為19.45m，寬度為14m，處于進廠公路的右側。

2、設置兩道攔污柵，提高攔污效果

在大部分的電站中，無論其規(guī)模大小，一般都只是在廠房進水處設置一道攔污柵。在大型的水電站中，通車采用自動清污機進行清污，但在小型電站中，往往只是采用角鐵或槽鋼焊接的攔污柵，并進行人工清污。實踐證明，一道攔污柵的攔污效果比較差，未能真正實現有效的攔污、除污的功能。而設置兩道攔污柵后，就能有效提高攔污效果。其中，第一道攔污柵應設置在廠房進水流道之前，可采用角鐵制作，且兩柵條間可留有較大的距離，通常為10mm，主要是對較大垃圾污物進行攔截，并順著流態(tài)方向將大型污物斜向流出廠房流道，同時結合采用排污閘的設計，以便將垃圾污物排到下游。而第二道攔污柵應設在前一道攔污柵后的5m處或廠房流道前設置，可采用角鐵或槽鋼焊接制作，各柵條之間的間隙應控制在5mm左右，以實現對較小垃圾的有效攔截。通過設置兩道攔污柵，能有效提高攔污效果。

3、降低下游閘墩及尾水平臺的高程

在軸流與混流式機組廠房設計中，出于廠房防洪安全要求，河流下游的尾水閘門平臺高度應比下游尾水位要高，設計中通常會取較大的安全余量，因此，在滿足安全的基礎上，可以根據廠房的實際布置情況在規(guī)范規(guī)定的范圍內適當降低尾水閘墩及尾水平臺的高程，降低尾水閘墩的高程可以在一點程度上減少混凝土的用量，從而起到降低工程造價的作用。

4、選擇合適的交通進廠方式

廠區(qū)樞紐布置設計中，低水頭河床式水電站的進廠方式一般有兩種，一種是垂直進廠，一種是水平進廠。由于水平進廠方式有利于廠房內的通風、采光，對于整個廠區(qū)內的交通布置也方便，所以一般設計中都采用水平進廠方式。

但由于低水頭河床式電站往往下游洪水位較高，下游洪水位高于進廠公路平臺高程是很常見的，設計中就需要沿廠區(qū)設置防洪擋墻，這必然要增加工程量和投資，同時還要在廠區(qū)設置抽排水設施。為了解決這一問題，在設計中可以采取垂直進廠方式，將廠房盡量靠近岸邊布置，將主機間靠河床布置，安裝間靠河岸方向布置，高程上使安裝間的高程盡量與下游洪水位接近，按防洪規(guī)范要求略高于下游洪水位，主機間與安裝間通過樓梯垂直連接。這樣就不用再布置廠區(qū)防洪墻和廠區(qū)抽排水設施，在這種進廠方式一定程度上節(jié)約了工程量，降低了工程造價。

5、廠區(qū)樞紐布置格局比較

河床式電站的特點是泄洪建筑物和發(fā)電廠房都建在河道上，廠房布置位置與施工導流方式和施工工期之間關系密切，為能實現盡早發(fā)電的目標，在前期設計中應根據地形地質條件、樞紐建筑物布置、工程規(guī)模、運行功能的要求，結合施工導流方式，考慮泄洪建筑物和電站廠房的不同布置方式對樞紐布置格局進行慎重研究和比較。樞紐布置格局的擬定應根據施工導流方式、結合導流建筑物的布置，初步擬定左岸廠房還是右岸廠房、明渠導流方案還是隧洞導流方案，將廠房布置與施工導流方案進行組合，進行進一步的優(yōu)化、研究與比選，并在此基礎上從各方案的土建工程量、施工工期、運行功能等綜合比較確定具有綜合優(yōu)勢的廠區(qū)樞紐布置格局，為工程的優(yōu)質設計和施工創(chuàng)造條件。

6、排架結構于副廠房中的應用

在部分河床式電站的副廠房中，由于河道寬度的問題而選擇了副廠房在主廠房下游設置的形式，雖然廠房寬度不斷變大，但其沒有起到實質性的作用。如果在副廠房設計中，從尾水管頂板起就直接應用排架梁柱結構，就能有效延伸至發(fā)電機層，這樣就能有效縮小整個廠房的寬度，減小工程量，降低工程建設成本。

7、結束語

綜上所述，在低水頭河床式廠房的設計中，在滿足規(guī)范要求的保障安全的前提下，根據河床式廠房的特點，通過對廠房從不同角度進行優(yōu)化設計，能夠降低廠區(qū)建筑物的單位工程造價，從而有效提高發(fā)電站的經濟效益與社會效益。

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作者簡介：潘少紅（1970—），女，漢族，云南昆明人，云南國土資源職業(yè)學院高級工程師，研究方向：水利水電工程建筑。