鮑世虎

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

1 工程概述

西部某水電站為長(zhǎng)距離引水式日調(diào)節(jié)水電站，主要任務(wù)為發(fā)電，電站總裝機(jī)1 100 MW（4×275 MW），額定水頭129.00 m，單機(jī)發(fā)電流量241.90 m3/s，水庫(kù)正常蓄水位1 997.00 m，死水位1 992.00 m。電站主要建筑物有攔河閘壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及開(kāi)關(guān)站等，廠壩之間通過(guò)引水隧洞連接。攔河閘壩最大壩高38.50 m，引水系統(tǒng)總長(zhǎng)約17.40 km，發(fā)電廠房為地面廠房，共安裝4臺(tái)混流式發(fā)電機(jī)組。引水系統(tǒng)位于河道左岸，洞線沿江布置，為2洞4機(jī)布置形式，主要建筑物由首部進(jìn)水口、引水隧洞、上游調(diào)壓室、壓力管道等部分組成。

2 引水系統(tǒng)布置

電站進(jìn)水口為洞外岸塔式結(jié)構(gòu)，緊鄰攔河閘壩沖沙閘布置，形成“正向泄洪沖沙，側(cè)向取水發(fā)電”的布置格局。2條引水隧洞單洞長(zhǎng)約16.70 km，立面為緩坡一坡到底布置，縱坡為0.25%。引水隧洞沿線埋深在120.00～1 295.00 m之間，尾部埋深較大。隧洞采用鉆爆法開(kāi)挖，圓形斷面，全長(zhǎng)采用鋼筋混凝土襯砌，襯后直徑11.50～12.50 m，開(kāi)挖直徑13.50 m，相應(yīng)流速4.66～3.94 m/s。上游調(diào)壓室位于引水隧洞末端，每個(gè)水力單元的2臺(tái)機(jī)組共用1個(gè)調(diào)壓室。調(diào)壓室位于Smx4-1硬質(zhì)巖或Smx4-2軟質(zhì)巖地層，為阻抗式+擴(kuò)大上室形式調(diào)壓室，調(diào)壓室內(nèi)布置1道事故檢修閘門保護(hù)壓力鋼管及廠房。2條引水隧洞分別在最末一個(gè)調(diào)壓室底部“Y型”分岔，分出4條壓力管道，壓力管道長(zhǎng)488.00～514.00 m，由上平洞、豎井、下平洞組成，采用鋼筋混凝土襯砌和鋼板襯砌形式，襯后為直徑分別為8.00，7.10 m的圓形，相應(yīng)流速4.81～6.10 m/s。

3 調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積

受地質(zhì)條件和樞紐布置限制，調(diào)壓室布置無(wú)法避開(kāi)Smx4-2地層，在軟質(zhì)巖地層中建設(shè)如此大規(guī)模的圓筒形和長(zhǎng)廊形調(diào)壓室均有巨大難度，為降低安全風(fēng)險(xiǎn)，有必要將調(diào)壓室布置為多個(gè)地下圓形豎井組合布置的形式。多個(gè)調(diào)壓室組合時(shí)，引水系統(tǒng)波動(dòng)衰減由主、副調(diào)壓室共同擔(dān)當(dāng)，增加一個(gè)調(diào)壓室的斷面，可以減小另一個(gè)調(diào)壓室的斷面，但兩個(gè)調(diào)壓室所需要的斷面之和大于只設(shè)置一個(gè)調(diào)壓室時(shí)所需要的斷面[1]。為了便于方案比選，多調(diào)壓室方案中調(diào)壓室總過(guò)水?dāng)嗝婷娣e之和取1 150 m2，通過(guò)數(shù)值仿真計(jì)算求出調(diào)壓室涌波水位隨時(shí)間變化的過(guò)程，據(jù)此可以判斷調(diào)壓室水位波動(dòng)是否衰減，論證調(diào)壓室實(shí)際過(guò)水?dāng)嗝婷娣e選擇的合理性[2]。

4 調(diào)壓室布置方案擬定

4.1 方案擬定

電站采用地面式發(fā)電廠房，調(diào)壓室宜靠近廠房布置，以更好地反射水錘波，壓力管道水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw必須滿足規(guī)范要求，取2.0～4.0 s。引水系統(tǒng)末端、廠房上游主要分布Smx4-1和Smx4-2地層，順發(fā)電水流方向，Smx4-1地層厚約780.00 m，Smx4-2地層厚約790.00 m。多個(gè)圓筒形組合式的調(diào)壓室可分別布置在上述兩個(gè)地層中。

Smx4-1地層巖性主要以云母石英片巖、變粒巖為主，調(diào)壓室布置區(qū)域地應(yīng)力約20 MPa，屬中等偏高～高應(yīng)力量級(jí)，圍巖可能產(chǎn)生輕微巖爆、結(jié)構(gòu)面切割掉塊，局部鼓脹破裂、板裂破壞等；Smx4-2地層巖性主要以石英云母片巖為主，調(diào)壓室布置區(qū)域地應(yīng)力約17 MPa，以構(gòu)造應(yīng)力為主，屬中等地應(yīng)力，圍巖可能產(chǎn)生塑性變形、鼓脹破裂、板裂破壞及結(jié)構(gòu)面切割掉塊等。

考慮到以下因素：調(diào)壓室數(shù)量2～4個(gè)；調(diào)壓室可布置在引水隧洞主洞或支洞上；調(diào)壓室與引水隧洞末端岔管結(jié)合或不結(jié)合；調(diào)壓室與事故檢修閘門結(jié)合或不結(jié)合；調(diào)壓室可布置在Smx4-1地層或Smx4-2地層，調(diào)壓室群布置有多達(dá)十余種組合方式。受限于篇幅，文中僅選取兩個(gè)代表性方案進(jìn)行分析對(duì)比。

方案一，單個(gè)水力單元共布置3個(gè)調(diào)壓室，分為1個(gè)副調(diào)壓室和2個(gè)主調(diào)壓室。主洞調(diào)壓室布置在引水隧洞主洞上，與末端岔管結(jié)合布置。主調(diào)壓室分別布置在2條支洞上，調(diào)壓室內(nèi)各布置1扇事故檢修閘門。3個(gè)調(diào)壓室均位于Smx4-2地層，襯后直徑23.80 m。

方案二，單個(gè)水力單元共布置2個(gè)調(diào)壓室，分別為1個(gè)副調(diào)壓室和1個(gè)主調(diào)壓室。副調(diào)壓室布置在引水隧洞主洞上，位于Smx4-1地層，襯后直徑23.20 m。主調(diào)壓室布置在引水隧洞末端岔管上，調(diào)壓室內(nèi)布置2扇事故檢修閘門，位于Smx4-2地層，襯后直徑23.20 m。岔管與主調(diào)壓室結(jié)合布置，位于Smx4-2地層。方案二調(diào)壓室群布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 方案二布置示意圖

4.2 方案比選

1）水力條件。蝸殼壓力最大217.81 m，機(jī)組轉(zhuǎn)速最大升高48.05%，涌波水位2 030.42～1 962.99 m，小波動(dòng)穩(wěn)定調(diào)節(jié)時(shí)間21.8～37.8 s，衰減度93.20%～94.36%。方案二，蝸殼壓力最大211.13 m，機(jī)組轉(zhuǎn)速最大升高48.18%，涌波水位2 036.56～1 970.70 m，小 波 動(dòng) 穩(wěn) 定 調(diào) 節(jié) 時(shí) 間34.4～34.8 s，衰 減 度88.75%～89.65%。兩方案水力條件基本相當(dāng)，支洞方案二略優(yōu)。

2）圍巖穩(wěn)定性。調(diào)壓室均位于Smx4-2軟質(zhì)巖地層，開(kāi)挖洞徑27.40 m，無(wú)支護(hù)條件下調(diào)壓室中部1 975.00 m高程處最大變形和松弛深度分別為11.50 cm、4.80 m。方案二，主調(diào)壓室位于Smx4-2軟質(zhì)巖地層，開(kāi)挖洞徑26.80 m，無(wú)支護(hù)條件下調(diào)壓室中部1 975.00 m高程處最大變形和松弛深度分別為11.25 cm、4.60 m；副調(diào)壓室位于Smx4-1中硬巖地層，開(kāi)挖洞徑36.80 m，無(wú)支護(hù)條件下調(diào)壓室中部1 975.00 m高程處最大變形和松弛深度分別為10.45 cm、5.90 m。兩方案調(diào)壓室尺寸并無(wú)明顯差別，方案二副調(diào)壓室尺寸略大，圍巖穩(wěn)定性相當(dāng)。

3）施工組織。2個(gè)水力單元共6個(gè)調(diào)壓室，最大直徑27.40 m。方案二，2個(gè)水力單元共4個(gè)調(diào)壓室，最大直徑36.80 m。方案一調(diào)壓室數(shù)量多且布置集中，施工干擾問(wèn)題突出，方案二較優(yōu)。

4）工程投資。方案一和方案二可比投資分別為13.9，13.4億元，方案一調(diào)壓室數(shù)量多，可比投資略高0.5億元，方案二略優(yōu)。

綜上所述，方案二可作為設(shè)計(jì)推薦方案。

4.3 推薦方案

上游調(diào)壓室由2個(gè)圓筒式調(diào)壓室（單個(gè)水力單元內(nèi)）組成，沿發(fā)電水流方向依次為副調(diào)壓室和主調(diào)壓室[3]。

主調(diào)壓室平面距離發(fā)電廠房422.00～438.00 m，井高120.70 m。調(diào)壓室主要由阻抗孔、調(diào)壓室豎井，以及與事故檢修閘門有關(guān)的閘墩、閘門檢修和啟閉機(jī)平臺(tái)、閘門后通氣孔組成，每個(gè)調(diào)壓室豎井內(nèi)的下游側(cè)布置2扇壓力管道事故檢修閘門，閘門槽孔口兼作調(diào)壓室阻抗孔，單個(gè)阻抗孔面積約21.0 m2。調(diào)壓室豎井內(nèi)徑為23.20 m，底板高程為1 943.40 m。

副調(diào)壓室平面距離發(fā)電廠房968.00～1 120.00 m，井高99.10 m。調(diào)壓室主要由阻抗孔、調(diào)壓室豎井和上室組成，阻抗孔直徑為5.00 m的圓形。調(diào)壓室豎井內(nèi)徑為33.20 m，豎井底板高程為1 947.90 m。調(diào)壓室上室底板高程2 016.00 m，沿引水隧洞方向布置長(zhǎng)約190.00 m、底坡i=1%、橫斷面凈尺寸為10.00 m×（11.00～12.90）m（寬×高）的變高度城門洞型，兩相鄰副調(diào)壓室上室相互連通，互為通氣洞。相鄰調(diào)壓室連通上室的中間設(shè)置混凝土分隔墩，分隔墩頂高程為2 023.00 m。

5 結(jié)語(yǔ)

調(diào)壓室作為引水式水電站中重要的建筑物，在設(shè)計(jì)階段，有必要對(duì)其布置進(jìn)行詳細(xì)論證研究。在該工程中，調(diào)壓室規(guī)模巨大且選址中無(wú)法避開(kāi)軟質(zhì)巖地層，水力學(xué)和圍巖穩(wěn)定性均為關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。經(jīng)研究，單個(gè)引水系統(tǒng)中多個(gè)圓筒式調(diào)壓群組合方案是安全、經(jīng)濟(jì)、合理、可行的。調(diào)壓室群布置研究的方法和結(jié)論，能為類似工程設(shè)計(jì)時(shí)提供借鑒。