第十二章其它类型厂房

武汉大学水利水电学院水电站教研室水电站第十二章其他类型厂房地面厂房包括：引水式、坝后式和河床式。后又衍生出：厂顶溢流式、坝内式、厂顶挑流式。地下厂房：主厂房、主要副厂房、主变等布置于地下。第一节坝后式、溢流式、坝内式厂房（1）坝后式厂房布置在非溢流坝后、与坝体衔接的厂房。当坝址河谷较宽，河谷中布置溢流坝外，还可以布置非溢流坝时，通常采用这种厂房。第一节坝后式、溢流式、坝内式厂房特点：厂房设置在坝后，本身不起挡水作用。适用：水头较高的电站。通常在厂坝连接处设纵向缝将厂坝结构分开，各自承受荷载和保持稳定——设伸縮节。厂坝整体连接在厂坝连接处也可以不设纵向缝，这时将厂坝下部结构连成整体，共同承受荷载和保持整体稳定。优点：可以减小坝体和厂房体积，节省工程量。缺点：受坝体变形影响，荷载传给厂房，使厂房应力状态更复杂化，甚至造成机组主轴歪斜。（2）溢流式当河谷较窄而水电站机组台数较多、布置厂房有困难时，可将厂房布置在溢流坝下游，洪水通过厂房顶泄入下游河道，这种布置称为溢流式水电站。如浙江的新安江水电站和云南的漫湾水电站都采用了这种布置形式。压力水管进水口的布置方式有两种：在溢流坝闸墩下，进水口闸门与溢流坝顶闸门操作互不干扰；在溢流堰下，用蝶阀。溢流式厂房与坝的连接方式：厂坝上下均分开；厂坝上下连成整体；厂坝下分上连，图12-3（a）；溢流式厂房的顶板在泄洪时受到高速水流的冲击作用，振动比较大。为此有些电站将厂房布置在挑流鼻坎高程以下。比如乌江渡水电站，称挑流式。（3）坝内式厂房当河面狭窄无法布置厂房，且坝高足够时，可将厂房设置在混凝土重力坝或重力拱坝的坝体空腹内。坝内厂房空腔的大小和形状对坝体的应力影响非常大。其布置设计应该与大坝剖面形状的拟定密切配合进行。需要用到有限元法或模型试验方法。第二节河床式厂房主厂房与进水口连接成一整体建筑物，在河床中起壅水作用，这样的厂房称为河床式厂房。一、立轴轴流式水轮机一般采用钢筋混凝土蜗壳，包角有180和135度。厂房机组段长度由蜗壳前室宽度加上边墙的厚度确定。——低水头蜗壳断面形状分为：下伸不对称梯形断面上伸不对称梯形断面上下伸结合一、装置立轴轴流式水轮机河床式厂房深溪沟水电站一、装置立轴轴流式水轮机河床式厂房进水口段垂直水流方向的长度即为厂房机组段的长度。进口净宽较大时，需设一道或两道中间隔墩，以减小闸门宽度和厂房结构（上游墙）的跨度。隔墩深入蜗壳前室的程度对水轮机水流状态有影响，需由水力学试验确定。河床式厂房水头低，水轮机尾水管的长度相对较大，尾水平台较宽，所以主变往往布置在尾水平台上。尾水管扩散段孔口宽度较宽时，也需要设置隔墩。河床式水电站的防污、防沙问题一般比较突出，设计应重视。二、装置贯流式水轮机河床式厂房水头低于20m时，往往采用灯泡式贯流机组。二、装置贯流式水轮机河床式厂房采用卧轴水平布置。与立轴轴流式机组相比：机组段长度小、安装场尺寸减小；结构简单、建基面可以抬高，减小开挖量；水轮机效率高于轴流式水轮机；比转速高，转轮直径可以减小，减轻机组重量。三、泄水式河床式厂房第三节地下式厂房1、什么情况下采用地下厂房？10.33()1900sHH（1）高山峡谷地区、大型、超大型电站枢纽布置与泄水建筑物有矛盾，存在困难时；（2）较高或高水头抽水蓄能电站：σ、H大，开挖大。布置在地下洞室内的厂房成为地下厂房。2、目前状况：高效成套地下施工机械采用、岩石力学、喷锚技术的发展，使得地下厂房在近年已建和在建大型、超大型电站中占相当大比例，越来越多。广蓄（2*120万）；十三陵（72万）；二滩（四川，雅砻江，330万）；鲁布格（云南，黄泥河，60万）；东风（贵州，乌江，51万）；溪落渡（四川，金沙江，1260万）；龙滩（广西，红水河，630万）；小湾（云南，澜沧江，420万）；拉西瓦（黄河，420万）；瀑布沟（四川，大渡河，360万）；彭水（乌江，120万）；构皮滩（乌江，220万）；…一、地下厂房优越性1、高山峡谷地区大型、超大型电站，有利电站总体枢纽布置：①避免与其他建筑物争地盘，特别是泄洪建筑物。②避免泄洪水雾影响。③不受下游高水位影响。④减少施工干扰。2、厂房与管道布置不受地面不良地形地质条件影响。3、厂房施工不受地面气候影响。4、可降低机组安装高程，有利于机组运行稳定。5、厂房不破坏地面自然条件。二、地下水电站总体布置形式1、形式和特点：①首部式布置首部地形、地质条件有利。特点:引水隧洞较短，采用单元供水、不设阀门；靠近水库防渗要求较高；施工、交通以及出线相对难一些。②中部式布置中部地形地质条件有利。特点：引水隧洞、尾水隧洞均较长，有时在上游和下游均要设调压室。③尾部式布置尾部地形、地质条件有利。特点：靠近地面，施工、交通、出线均较方便。但引水隧洞要长一些。2、地下电站的主要洞室①主机洞（包括主、副厂房、安装场）。②引水系统：引水隧洞、调压井、压力斜井（竖井）、主阀室。③尾水系统：尾水洞、尾水调压室、尾水闸门井。④电流系统：母线洞、主变洞、地下高压开关站、出线洞等。⑤其他辅助洞室、通风洞、交通洞等。主机洞:主要布置水轮发电机组等主要设备。交通洞:交通运输洞是地下厂房主要的对外交通，交通运输洞一般采用平洞。尾水闸门洞：对于地下厂房，每台机组尾水管出口一般均应设置尾水闸门，以及相应的启闭设备。有时尾水调压室和尾水闸门洞共用一室。主变洞:大中型地下厂房中，主变往往放在主变洞内，以缩短发电机母线的长度。但需采取专门的通风、排烟、防火、防爆等措施。主变洞尾水闸门及尾水调压室尾水洞引水隧洞主机洞母线洞三峡地下电站的主要洞室原方案现方案贵州索风营电站地下厂房发电机层贵州索风营电站地下厂房出线洞1贵州索风营电站地下厂房出线洞2三、地下厂房的布置影响地下厂房布置的因素：地质：围岩物理力学参数好、地质构造简单、地应力小、地下水微弱；避开较大断层带、节理裂隙发育区和破碎带。地形：缩短地下厂房对外联系的洞井线路长度，比如施工支洞、对外交通洞等。工程因素：施工方式、支护措施、支护时机、洞室尺寸、断面形状；1、厂房位置的选择①岩性均一，强度高，构造简单，岩体完整，埋深适中。②在深切峡谷地形，厂房位置应避开卸荷裂隙带和应力高度集中区域。③厂房纵轴线方向确定应考虑岩体层面和主要结构面，与岩体层面和主要结构面垂直或成较大夹角。④厂房纵轴线方向应考虑地应力主应力方向，希望最大主应力方向与轴线夹角较小。洞室纵轴与岩体主要构造交角的关系（a）交角90o对端墙稳定不利；（b）交角近于0o对上下游边墙稳定不利；（c）交角小影响范围L长；（d）交角大影响范围L短。2、厂房洞型与洞间间距除了适应设备布置的需要外，还应考虑围岩稳定和地应力大小。地下厂房顶拱总是做成曲线型以利稳定。②洞室间距主机洞与主变洞与尾水闸门洞间间距；尾水管间间距。①洞型方圆形高拱形曲线形地下洞室间距建议表洞室间距国家、部门整体硬岩中等岩石较差岩石备注中国，铁道部中国，湖北省综合勘察院中国，工程兵司令部中国，水电站厂房设计规范挪威经验美国E.HOCK认为美国建议印度水电手册日本认为洞室毛跨的倍数洞室毛跨的倍数洞室毛跨的倍数矿山巷道的情况23.52.5-31-1.51.5-22-31-1.51.5-22-2.5不小于1-1.5大于洞高大于洞毛跨或高与洞高同大于两洞室宽度总和的0.5-1倍大于洞室松弛区的范围洞室毛跨的倍数3、地下厂房内部布置要求①改变发电机结构型式及安装工艺：采用双水内冷在机坑组装转子—缩小安装间，减小桥吊尺寸。②改进桥吊型式：双小车或二台较小的桥吊可减小厂房高度。为有利围岩稳定需在内部布置上采取各种措施缩小洞室尺寸。主要是洞室高度、跨度。③改进吊车梁柱结构型式，以缩小厂房跨度。悬挂式锚着式岩台式④改进主变及高压配电设备，以缩小主变洞，开关站洞室尺寸。如全封闭绝缘组合电气（GIS开关）⑤安装场布置于机组段之间，可缩短高边墙连续长度。副厂房不布置在上、下游侧而布置于一端，以减小洞室跨度。不因主阀而增加厂房跨度。四、地下厂房排水、防潮、通风、照明、防噪防水、防潮措施：上游或厂房四周设排水廊道、排水孔幕。厂内设防潮隔墙。对敏感设备采取特殊防潮装置。该部分内容自学地下厂房应设完善的通风系统,包括进风洞、出风洞以及通风机室。进风洞应安排在较低的位置上，便于进风。出风洞的位置则应较高，因为热空气比重轻，热空气在上部汇合后，由出风洞排出较方便。厂房通风方式分为三种，即：1、机械送风，机械（或自然）排风；2、自然进风，机械排风；3、自然通风。五、地下厂房支护结构1、支护方式①刚性支护顶拱钢筋混凝土拱肋衬砌；顶拱全封闭钢筋混凝土衬砌，洞室全断面钢筋混凝土支护。②柔性支护：新奥法喷混凝土、钢筋网喷混凝土、锚杆、预应力锚杆、预应力锚索等及其组合。③复合支护先柔性支护，后二次刚性支护。喷锚支护形式第四节抽水蓄能电站和潮汐电站厂房1、抽水蓄能电站厂房（1）可逆式机组：水泵水轮机+发电电动机（2）三机式抽水蓄能电站：发电电动机+水泵+水轮机，早期用横轴，后期用立轴，现在都用立轴可逆式机组，和常规电站地下厂房并无多大差别。2、潮汐电站厂房采用灯泡贯流式机组，与常规河床式电站基本相同，只是介质为海水，过流部件的抗腐蚀要求较高。