【摘 要】本文结合腊撒水电站的实际运行状况,对引水系统的相关设计进行分析与阐述,提高结构稳定性,减少波动,满足水电站运行要求。 

【关键词】腊撒水电站;引水系统;设计   

  腊撒水电站位于缅甸北部克钦邦中部的迈立开江上,坝址位于迈立开江中段的勒萨(Laza)附近。初步设计阶段,腊撒水电站正常蓄水位370m,水库回水至莫强坡附近,库长约171km,相应库容123.28亿m3,属高坝大库。以下将对有关水电站引水系统的设计问题进行具体分析: 

  一、进水系统设计 

  对于引水系统的进水口来说,主要具备三大功能:一是确保保质保量地取水;二是避免泥沙等污染物进入引水道;三是及时确保水流中断。若想满足相关功能要求,必须选择合理位置、合理布局。 

  1、进水口地质条件概述 

  该系统的进水口部位地形坡度约45°左右,地表为坡积层覆盖,下伏基岩岩性为闪长岩、斜长角闪石岩,夹角闪石岩、斜长岩脉,岩体全风化底界垂直埋深20m左右,强风化底界垂直埋深25m左右,弱风化底界垂直埋深40m~50m。进水塔底板地基为微风化岩体,块状、次块状结构,以Ⅱ、Ⅲ类岩体为主,岩体强度较高。进水口正向边坡最大坡高约130m,走向N77°W,边坡中上部为全、强风化岩体,边坡稳定性受岩体强度控制,可能存在圆弧型破坏及沿底界面产生平面型破坏的可能,需加强支护及排水。下部为弱风化岩体,边坡稳定性主要受结构面组合控制,根据结构面产状与边坡坡向初步分析,局部可能会产生块体失稳,总体上边坡稳定性较好。 

  2、进口形式与布置 

  引水系统的进水口形式,主要通过进水口的取水方式、地质条件等决定。如果采取坝上取水方式,应将进水口设置在坝体位置,即坝式进水口;如果地质条件恶劣、地形陡峭,应设置岸塔式进水口;同时,岸塔式进水口可以分为整体靠岸与下部靠岸两种形式,具体方式的选择与岩石的产状、节理发育、施工方式等有关。在施工过程中,如果采取边开挖边支护的方式,或者先局部、后整体的方式,可实现垂直开挖或者边坡开挖,再从整体浇筑混凝土,确保进水口可整体靠岸;如果地形较为平缓或者地质条件恶劣,则应采取塔式进水口。另外,进水口的布置和进水口的型式相关。竖井式进水口的闸门和拦污栅呈分散型布置,不便于统一管理;进水口的另外几种布置型式中,闸门和拦污栅为集中布置形式,方便管理,但是与竖井式进水口相比,稳定性不强。在进水口位置,应合理设置底板高程、操作平台的尺寸、启闭室的地面高程、喇叭口形式、通气孔面积等。在满足进水口底板高程的防沙性质基础上,还要确保电站在死水位运行过程中,不会出现吸气漏斗现象。如果在施工期间实行引水道导流,那么如何确定底板高程,应该考虑到导流工程的技术经济性;在特殊情况下,如果引水道放空水库,那么进水口的底板高程应根据具体库容来决定。 

  3、压力管道 

  为满足引水道结构及抗外压稳定要求,上弯段开始斜井段及下平段采用钢板衬砌。上下弯段转弯半径均为35m,角度分别为46°34’和50°;斜井段高差为56.332m,下平段长度158.69m。压力钢管管径12.6m,按地下埋管设计,采用高强钢,壁厚46mm,外填80cm厚钢筋混凝土;钢管末端与蜗壳进口相连。为提高围岩的承载能力和确保衬砌传力至围岩,压力钢管均进行顶拱120°范围的回填灌浆。与钢筋混凝土衬砌相连的钢管首端设三道阻水环,为防止钢筋混凝土衬砌的渗漏水增加钢管的外水压力,在钢管首端作环状防渗帷幕。 

  二、引水系统设计 

  1、引水口地质条件概述 

  引水隧洞位于坝址右岸下游山梁处,横跨山梁布置,隧洞通过地段地形坡度一般20°~45°。洞室围岩主要为新鲜、微风化闪长岩、斜长角闪石岩。洞室垂直埋深40m~165m。Ⅳ级以上结构面不发育,属Ⅴ级结构面的节理主要发育三组:①N0°~20°E,SE∠40°~85°,②N60°~70°W,SW∠60°~90°,③N60°~70°E,NW∠80°~90°,三组节理间距一般30cm~50cm,延伸较长,节理面多平直、粗糙,充填泥膜、锈膜,其它节理间距一般大于1m,性状无明显差别。岩体结构以块状、次块状结构为主,洞室位于地下水位线以下,围岩总体稳定性较好,局部围岩稳定性差,主要为Ⅱ、Ⅲ类围岩。 

  2、引水隧洞设计 

  有关引水道的布置,除了严格执行规范标准之外,应从以下两方面加强努力:一是提高进洞出洞的速度。有关进出洞口的上覆岩石厚度,并没有相应规范,有些工程中,追求进洞速度的加快,采取浇筑明管段的进洞方式。只要采取合理的工程措施与施工程序,那么进出洞口位置的上覆岩石厚度对进洞出洞产生的影响较小。另外,上覆岩石的厚度一般根据强风化岩体的中下线部位计算,与其发育程度相关;二是针对流速为16m/s以上的高速水流隧洞,应尽量在平面位置布置直线,如果受到地形地质限制,难以形成直线,应尽量控制转弯。应确保转弯半径与弯道首尾的直线段长度应该在洞宽或者洞泾的8-10倍范围内,转角在15°以内,对于重要工程可以通过水工模型实验来具体确定。 

  3、引水道布置 

  由于电站单机引用流量较大(Q=608.6m3/s),引水道短,按单机单管布置引水道,共计5条。引水道由进口渐变段、上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段等部分组成,上平段洞轴线垂直于进水塔,间距35m,下平段洞轴线垂直于主厂房,间距35m。采用水力特性和受力条件都比较好的圆形断面,引水隧洞管径为14.9m,钢衬段管径12.6m。进口渐变段由矩形断面(12m×16m)变为圆形断面(内径为14.9m),长25m。上平段正向坡度为6%,采用钢筋混凝土衬砌,直径14.9m,考虑到水头和地质情况,从上弯段开始为钢衬段,管径12.6m。上弯段前设置长20m的渐变段,直径由14.9m缩小至12.6m。   

  参考文献 

  [1]刘东明、孔令勤.乌江构皮滩水电站引水系统进水口混凝土施工技术[J].东北水利水电.2008(4) 

  [2]顾晓亮、徐得潜.例子群算法在水电站引水系统优化方面的应用[J].水力发电.2009(7) 

  [3]秦亮、王正伟.水电站机组的类转频强水压脉动[J].清华大学学报(自然科学版).2008(2) 

  [4]黎丹、柯国凡、肖惠民.复杂引水系统水电站甩负荷过渡过程数值计算[J].水电与新能源.2010(4)