抽水蓄能电站输水建筑物的布置与设计方案.docx

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1、抽水蓄能电站输水建筑物的布置与设计方案西龙池抽水蓄能电站输水系统最大PD达到3550m2以上，规模比较大，位于世界前列。在输水系统设计时，充分结合工程地质条件，在借鉴国外成功经验基础上，从线路选择、电站开发方式比较、供水方式、衬砌型式选择、经济管径确定到水力计算、结构设计等都进行了较充分论证。1输水系统布置方案选择地形、地质条件输水系统沿线地形陡缓相间，冲沟较发育，高差大，基本无全风化带，风化裂隙较发育。输水系统自上而下依次通过中奥陶系上马家沟（02S）组、下马家沟（02X）组、下奥陶系亮甲山（Ch1）组、冶里（O1Y）组、上寒武系凤山组（3f）,长山组（3c）岗山组（3g）中寒武系张夏组（2

2、Z）的地层。岩性为灰岩、白云岩、页岩、砂岩等，平均饱和抗压强度为92.8128.2MPa,根据水利水电工程地下洞室围岩分类围岩分类为HIb类围岩，构造发育部位为IVV类。地下水以基岩裂隙水为主，局部有少量的岩溶裂隙水,主要接受大气降水的补给。2Z23cO1121023O2Sm组岩层为区域性岩溶作用的相对隔水层，岩溶相对发育，其间为相对含水层，相对隔水层与相对含水层呈“互层”状，并且常在含水层底部形成少量上层滞水。上层滞水共有三层，即上部为上、下马家沟上层滞水；中部为冶里、凤山上层滞水；下部为蜀山上层滞水。厂区及输水系统位于区域地下水分水岭，不利于地下水的赋存，地下水埋藏较深，且围岩属中等透水弱

3、透水，输水系统围岩渗透条件比较好。输水系统位于西河耿家庄宽缓背斜的NW翼，尾水隧洞段位于背斜的SE翼，岩层基本水平，倾角310。，工程区发育的主要构造有F1I2、F114F118F116fp21fp27fp30等断层和P5张性断裂带等,构造发育的主要方向为NE30NE60。输水系统区域内主要发育有4组裂隙，产状为：NE530oSEZ70-80o;NE305(SEN7088。；NE5060oSEZ70-89o;NW330360SEN7085。以第组裂隙最为发育。1.2 输水线路的选择在进行输水系统线路选择时应尽可能布置成最短的直线，综合考虑地形、地质、枢纽布置等条件选择了3条线路布置方案进行比较

4、，即东线、直线和西线三个方案，详见图1。由于上、下水库在平面上呈NE54。左右方向展布，采用线路最短的直线布置方案时，管线走向为NE50。左右，与站址区主要构造线走向、区内最为发育的第2组主要裂隙及P5破碎带基本平行或成1020。的小角度相交，且岩层层面与陡倾的构造、裂隙和开挖临空面很容易形成不稳定块体，对围岩稳定非常不利。所以对直线方案不做重点比较。工程区大小冲沟较发育，地形比较破碎，适合线路布置的位置并不多。为合理确定输水系统线路，对东线和西线两个方案进行了比较。西线方案西线方案在平面上沿山脊布置，输水系统走向从NE85o折向NE26oo高压管道部分位于由F1I2、Fi6F118、F208

5、、F209B/等断层组成的断层密集带中，断层走向为NE20o-NE40o倾角70。80。，在满足地形条件下，高压管道难于避开这些断层。在平面和立面上都与高压管道基本平行或成小角度相交,且高压管道与工程发育的第1和第2组主要裂隙基本平行,围岩稳定问题比较突出。输水系统的惯性时间常数Tw=2.0s左右，在立面布置上,可不设置调压井，但增加了高压管道长度，经过比较,设置上游调压井方案比不设调压井方案可节省投资1140.5万元,所以重点以设置调压井方案与东线方案进行综合技术经济比较。东线方案东线方案线路走向从NE15.5。折向NE70oo高压管道部分走向NE70。与P5张性断裂带、Fu2等构造夹角皆大

6、于30。，与工程区发育的裂隙夹角较大，围岩稳定条件较好。输水系统总长为1811.15m,Tw=ZOs左右，不需设置调压井。投资与与西线方案相当。经棕合比较后，东线方案围岩稳定条件比较好，工程布置简单，投资与西线方案相当，所以推荐东线方案线路布置。1.3 电站开发方式选择在输水系统线路确定后，对电站开发方式进行综合比较。根据本电站的特点即上、下水库距离比较短，电站设计水头较高，输水系统距高比较小，1/H在2.0左右，地下厂房可布置的范围不大等，在此仅就首部和尾部两种电站开发方式进行了综合比较。(1)工程布置首部布置方案输水系统是由上水库进/出水口、高压管道、尾水调压井、尾水隧洞和下水库进/出水口

7、组成。输水系统总长为1=212377m.详见图2。首部布置方式,高压管道比较短,尾水隧洞大于临界长度，需增设尾水调压井。地下厂房可以布置在地质条件相对好的蜀山组3g和张夏组3z2地层中,由于受地形所限,交通洞、通风兼安全洞、出线兼安全洞等附属洞室洞口位置与尾部布置基本相同。从而使附属洞室长度增加。尾部方案输水系统由上水库进/出水口、高压管道、尾水隧洞、下水库进/出水口等组成。输水系统总长为1859.28m,详见图5。高压管道比较长，地下厂房布置在地质条件相对较差3z地层中,但是附属洞室及高压出线电缆较短，且可不设调压井。(2)工期首部方案与尾部方案施工组织设计基本相同，不会因厂房位置而改变工程

8、的关键线路,也就是说2个方案总工期相同。因首部方案增设尾水调压井，导致施工支洞和通风洞长度的增加,使地下厂房施工工期比尾部方案增加35个月,地下厂房系统需提前安排施工。(3)工程造价首部、尾部方案输水系统和地下厂房系统工程静态投资分别为：68848.17、61883.86万元，动态投资为95203.24万元、85076.23万元。首部方案与尾部方案相比，静态投资增加6964.31万元，动态投资10127.01万元。首部和尾部开发方式综合技术经济比较见表1。表1电站开发方式比较表方案首部方案尾部方案工程特性输水系统总长m2123.771859.28高压管道长度m1188.111424.62发电工

9、况水头损失m18.04520.152是否设置调压井需设尾水调压井,尾水事故闸门室与尾水调压否井结合。输水及地下厂房系统主要工程一口.里洞挖万m377.5858.29碎万m323.2220.80钢筋I1133310471钢衬I906210064厂房预应力锚索根9181182水道预应力锚索根65624477地下厂房位置南山组3g和张张夏组3z2地夏组3z2地层,埋深45Om左右层，埋深23Om左右工期年首部方案厂房工期比尾部方案长3-5个月，总工期相同静态投资万元68848.1761883.86动态投资万元95203.2485076.23主要优缺点1厂房围岩地质条件相对较好。2 .高压管道较短。3

10、 .需增设尾水调压井和尾水事故闸门。1 .厂房围岩地质条件相对较差。2 .高压管道较长。3 ,不需设置调压井和尾水事4.各附属洞室及故闸门室。高压出线电缆较4.各附属洞室长。及高压出线电5.总工期相同,但缆较短，比首厂房工期增长。部方案减少6,投资较大,静态465mo比尾部方案多5.工程投资6964.31万元,动小。态多10127.01万y1o从地形条件、地质条件、工程布置、工期、工程投资等方面综合比较可以看出，尾部方案明显优于首部方案，所以推荐尾部布置方案。14供水方式比较141引水道供水方式比较在保证电能损失基本相等基础上，对一管四机、一管二机、一管一机3个方案进行比较。一管四机方案的投资

11、最少，但管径大，输水系统最大PD=5360m2,钢管最大厚度达83mm(HT-80,)o已超过世界最高水平，无论从加工制造和现场安装都是很困难的。技术可行性比较差，另外，电站运行灵活性差，也不利于提前发电;一管一机方案管径小，钢管最大厚度为44mm,比较薄，制造、安装容易，且不设岔管，运行灵活，但工程量大，工程造价高，较一管两机方案投资增加6596.6万元；一管两机方案最大PD=3800m2左右，钢衬厚度为4060mm0类比国外工程，如日本的今市和蛇尾川电站的最大钢衬厚度都已达到6264mmo所以无论从制造加工、现场安装条件来说，一管两机方案在技术上是可行的；较一管一机方案工程量少，投资省,因

12、此本阶段引水道供水方式推荐一管两机方案。1.4.2尾水隧洞数量比较电站采用尾部开发方式，尾水隧洞较短，不需设尾水调压井。尾水隧洞比较了一机一洞、两机一洞、四机一洞三个方案。一机一洞方案不需另设尾水事故闸门，及尾水岔管，工程量小和投资最少，布置简单，运行灵活。故选用一机一洞布置方式。15竖井、斜井方案比较相应于选定的尾部开发方式，输水系统在立面布置上受P5和F112等不利地质构造的控制，为将P5和F112等地质构造对输水系统围岩稳定的影响减少至最小，对上竖井下斜井、上斜井下竖井、斜井、竖井4个布置方案进行了综合比较。比较结果见表2。表2竖斜井综合比较表方案上竖井下斜井上斜井下竖井斜井竖井输水系统

13、总长（m）2023.681952.211859.282121.07高压管道长度（m）1589.021517.551424.621686.41惯性时间常数Tw（s）2.302.152.072.403#机组引水系统主要工程量洞挖（万m3）6.446.065.467.24碎（万m3）2.842.622.363.14钢衬（t）10137.08550.48009.811320.6投资（万元）25704.421725.120433.928812.3优地质P5和F112在下平段与高P5可能与高压管道中平P5可能与中下平段相P5和F112在下平段条压管道相段相交，但交，围岩稳与高压管缺件交，围岩稳F112与下

14、竖定条件较道相交，定条件较井以小角度好，F112与围岩稳定好，相交，围岩下斜井大角条件较点稳定条件较度相交，对好，差.围岩稳定影响不大。比施工高压管道成下竖井围岩下斜井上段高压管道洞条件较稳定条件较围岩稳定条成洞条件较条件好，但钢衬差，施工难件较差，施较好，但厚度较大，度较大。钢工难度较钢衬厚度最大为衬厚度较大，钢衬厚较大，为62mm薄，为57mm度较薄，为59mm57mm工程量及工程量较工程量较工程量最工程量最费用大。投资比3小。投资比3小。投资为大。投资方案高方案高20433.9万比3方案5270.2万元1291.2万元元高8378.4万元地质和施工虽然工程量工程量与投,但工程条件都比较比较小，但资最少，P5