四川寶興河民治水電站尾水系統優化

尹 葵 霞

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 611130)

四川寶興河民治水電站尾水系統優化

尹 葵 霞

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 611130)

民治水電站采用長引水開發+地下廠房布置型式。為進一步降低工程造價，尾水系統進行了三方案比較的優化設計，最終推出最優方案“尾閘+無壓洞方案”，有效降低了工程投資，提高了經濟效益。目前該電站已投產運行，地下廠房及尾水系統運行正常。

民治水電站，尾水系統布置，優化

1 概述

民治水電站為四川寶興河梯級開發的第二級，其上游為磽磧水電站，下游接寶興水電站。電站為長引水式，裝機3臺，總裝機容量為105 MW。首部樞紐為攔河閘壩，最大高度19 m。引水系統建筑物包括引水隧洞、上游調壓室與壓力管道，引水隧洞總長約7.9 km，調壓室采用氣墊式。廠房為地下發電廠房布置型式。

原引水隧洞調壓室采用常規水室式調壓室方案，該方案技術成熟，合理可行。工程開工后，為克服調壓室場內施工交通布置和出渣運輸相對困難、建設期對環境的影響以及工期保證性較差等問題，結合施工探洞揭示的地質條件將引水隧洞水室式調壓室改為氣墊式調壓室。

采用氣墊式調壓室后，原尾水調壓室斷面需相應增加，為進一步降低工程投資，根據新揭示的地質條件對尾水系統的布置開展了優化設計，提出了經濟合理的尾水系統布置。

2 原尾水系統設計方案及優化設計

尾水系統建筑物原設計方案包括尾水管連接洞、尾水調壓室、尾水隧洞、尾水渠。

尾調室位于主變及GIS室下游側。根據尾水調壓室在3臺機突然丟棄全負荷時的最低涌浪水位及最高涌浪水位，尾調室尺寸為34.0 m×10.0 m×24.57 m(長×寬×高)。尾調室內布置尾水檢修閘門。

尾水隧洞為有壓洞，全斷面鋼筋混凝土襯砌，長145 m，尺寸為4.4 m×5.7 m(寬×高)，城門洞型。出口設檢修閘門以便于尾水隧洞檢修。

尾水渠根據交通要求分為暗渠段、明渠段，總長45.0 m。出口段靠河側設攔沙坎防止河床泥沙進入尾水渠內。

廠房上游的氣墊式調壓室在發生水位波動時，對尾水影響明顯放大，根據計算分析，尾調的穩定斷面將要達到485 m2以上，為降低尾水系統工程投資，開展了優化設計。

3 尾水系統優化設計

3.1優化思路

1)根據廠區地質條件，主洞室不具備外移條件，因此，基于原方案，通過盡量增加尾水洞斷面以尾閘室來代替尾水調壓室進而降低工程投資。2)可考慮將有壓尾水洞改為無壓尾水洞，尾調室改為尾閘室的布置型式。3)可考慮將尾閘室與主變室合二為一，從而大幅度降低工程投資。

3.2優化方案擬定

根據現場實際地形，尾水出口位置不變，擬定了以下三個方案進行比選：方案一：主機間、主變室、尾閘+有壓尾水洞的三洞室方案；方案二：主機間、主變室、尾閘+無壓尾水洞的三洞室方案；方案三：主機間、主變尾閘結合+無壓尾水洞的兩洞室方案。

3.3方案比選

3.3.1方案一

根據計算，為滿足不設置調壓室條件，需將有壓尾水洞面積加大至34.8 m2以上，根據布置尾水洞斷面面積為34.82 m2。

尾水系統布置：主廠房、主變室、尾閘室三大洞室平行布置?？紤]檢修平臺和交通要求，尾閘室開挖跨度為9.0 m，上部長度為34 m，下部長度32 m，總開挖高度24 m；上部采用噴錨支護；下部采用噴錨支護+鋼筋混凝土襯砌，考慮部分隨機錨索。有壓尾水洞長145 m，底坡為平坡，城門洞型，凈尺寸5.4 m×7.7 m，采用噴錨支護+鋼筋混凝土襯砌。尾水洞出口設檢修閘門室；閘室后設尾水暗渠+明渠段。具體布置如圖1所示。

3.3.2方案二

將方案一的有壓尾水洞改為無壓洞方案，尾閘室及尾水洞底板高程抬高，同時尾閘室僅考慮閘門布置，開挖斷面減小。

尾水系統布置：主廠房、主變室、尾閘室三大洞室平行布置。考慮檢修平臺和交通要求，尾閘室開挖跨度、長度同方案一，總開挖高度18.7 m；采用方案一相同的支護強度。閘室后尾水洞由反坡漸變為平坡；無壓尾水洞全長145 m，城門洞型，凈尺寸5 m×6.75 m，采用噴錨支護+鋼筋混凝土襯砌。尾水洞出口設檢修閘門室；閘室后設尾水暗渠+明渠段。具體布置如圖2所示。

3.3.3方案三

尾水系統布置：將主變室和尾閘室合二為一，洞外交匯；主廠房、主變及尾閘室平行布置。主變及尾閘室洞室寬度為18 m，尾閘室凈寬為2.6 m，總長度為57.3 m，上部采用噴錨支護，考慮隨機錨索；下部閘門井采用噴錨支護+鋼筋混凝土襯砌；三條尾水支洞為有壓洞，過流斷面為馬蹄形斷面，尾水支洞采用噴錨支護+鋼筋混凝土襯砌，于閘室下游采用洞外交匯方式匯入尾水主洞。無壓尾水洞主洞長146 m，城門洞型，凈尺寸5 m×6.75 m，采用噴錨支護+鋼筋混凝土襯砌。尾水洞出口設檢修閘門室；閘室后設尾水暗渠+明渠段。具體布置如圖3所示。

3.4各方案比較及結論

1)工程量與工程投資。

三個方案中，主機間及主變室布置基本相同，僅尾閘及尾水洞布置型式和工程量有差異，對三個方案的尾閘及尾水洞的工程量和工程投資對比如表1所示。

表1 三個方案工程量及工程投資比較表

2)各方案綜合比較見表2。

表2 三個方案優缺點比較表

綜上所述，三個方案中，方案二優勢明顯，推薦方案二。

4 推薦方案尾水系統設計

4.1尾水系統結構布置

主廠房、主變室、尾閘室三大洞室平行布置。

尾水連接洞采用單機單洞的布置方式，斷面為馬蹄形。尾閘

室上部開挖跨度為9 m，長度34 m，下部跨度為8.5 m，長度32 m，閘室凈高17.7 m。閘室上游側設有尾水管檢修閘門。閘室檢修平臺以上采用噴錨支護，平臺以下為0.7 m厚襯砌。

尾水洞按單一流態(無壓流)設計。尾水洞斷面為城門洞型，其斷面尺寸為5 m×6.75 m(寬×高)。出口底板高程需綜合考慮水能利用、地質條件、樞紐布置等方面確定。尾水洞總長145 m，縱坡為i=0，襯砌厚度0.6 m，洞室頂拱范圍內進行回填灌漿。

尾水洞出口設置檢修閘門室，閘室段順水流向長3.8 m，底板寬為5 m。閘室后接尾水渠，分為暗渠及明渠段。1∶3反坡段為暗渠，長24.2 m，最大邊墻高度14 m，兼交通功能；尾水明渠長17 m，為防止泥沙進入渠內，靠近河床側設有一1.5 m高擋坎。

4.2尾水建筑物水頭損失計算

尾水洞過流流量54.18 m3/s，斷面5 m×6.75 m，洞內最高流速4.1 m3/s。

計算糙率值為：糙率nmax=0.016。

尾水系統水頭損失見表3。

表3 尾水系統水頭損失計算成果表

4.3尾水出口水面線計算

1)水力計算假定：a.尾水洞水流為恒定均勻流；b.不考慮機組在增減負荷時尾水洞內的水位變化。2)水面線計算。尾水在尾閘室內交匯，無壓，下游尾水出口正常運行水位1 349.62 m，尾水洞流速按小于6.0 m/s設計，故在下游天然河道，正常尾水位時為控制工況，確定尾水洞底板高程為1 347.0 m，流速為4.1 m/s。

5 結語

民治水電站采用長引水開發，為降低工程建設對周圍環境影響，采用了地下廠房布置型式，并設有尾水調壓室。因引水隧洞采用氣墊式調壓室，尾水調壓室斷面較大，為了進一步降低工程投資，設計人員結合工程揭示的地質條件及廠房三大洞室布置，開展了尾閘+有壓洞方案，尾閘方案+無壓洞方案，兩洞室閘門井方案的優化設計比較，最終通過工程投資、運行可靠性、施工條件、水流條件等綜合比較，選擇了最優的尾閘+無壓洞方案，有效降低了工程投資，并保證了運行的可靠，目前該電站已運行投產，各項監測成果表明地下廠房及尾水系統運行正常。

[1] DL/T 5353—2006,水電水利工程邊坡設計規范[S].

[2] NB 35047—2015,水電工程水工建筑物抗震設計規范[S].

[3] DL/5195—2004,水工隧洞設計規范[S].

[4] 陳祖煜,汪小剛,楊 健，等.巖質邊坡穩定分析——原理方法程序[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

[5] DL/T 5176—2003,水電工程預應力錨固設計規范[S].

OptimizationoftailwatersystemofSichuanBaoxingriverMinzhihydropowerstation

YinKuixia

(PowerChinaChengduEngineeringCorporationLimited,Chengdu611130,China)

Minzhi hydropower station adopts long water diversion development + underground plant layout type. Three schemes comparison have been proceeded to reduce the construction costs. As a result, “tail water gate chamber and non-pressure tunnel” has been adopted asthe optimized scheme. At present, the plant has been put into operation, the underground plant and the tail water system operate normally.

Minzhi hydropower station, tail water system layout, optimization

1009-6825(2017)32-0195-02

2017-09-07

尹葵霞(1978- )，女，碩士，高級工程師

TV731

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