第十一章抽水蓄能电站及地下厂房

第十一章抽水蓄能电站及地下厂房11.1抽水蓄能电站厂房一、类型①纯抽水蓄能电站：发电引水无天然径流。②混合式抽水蓄能电站：发电引用流量中有部分天然径流。二、厂房形式①中低水头常采用地面厂房；②高水头大容量，多采用地下或半地下式厂房。三、厂房机组类型①三机式：每台机组包括发电机、水轮机和水泵三种机器。其中发电机兼做电动机。②二机式可逆机组：每台机组包括发电机和水轮机。其中发电机兼做电动机，水轮机兼做水泵。每种又可分为竖轴和横轴两类。11.2地下水电站一、地下式厂房适用条件受地形、地质条件限制，在地面上找不到合适位置建造地面式厂房，而地下具有良好的地质条件或是国防上需要，可将厂房布置在地下山岩中，称为地下式厂房。二、地下厂房的优越性(1)在深峡谷、大泄量的河道内，采用地下厂房有利于水工枢纽的总体布置。(2)在山岩不稳定地区，厂房和压力管道可避免山坡崩坍的危害，并且具有良好的人防条件。(3)有可能降低建筑物的工程造价。(4)在严寒、酷热或多雨地区，厂房的施工和运行可不受气候的影响。(5)有利于保持地面景观。三、地下厂房的缺点(1)地下岩石开挖量很大，增加了工程的开挖费用。(2)通风、防潮、照明条件较差，要有专门措施，否则对设备和管理人员都不利。(3)地质条件较差时，用于支护方面的费用将要增加。四、地下厂房的总体布置1、地下厂房的布置型式首部式尾部式中部式根据地下厂房在引水发电系统中的位置，地下水电站可分为：首部式中部式尾部式(1)首部式地下厂房厂房位于电站引水系统的首部。其特点为：①有压引水隧洞较短，尾水隧洞较长。②不设上游调压室。③可采用单元供水，不设下端阀门。因而可以降低造价。首部式(2)尾部式地下厂房:厂房位于引水系统的尾部。①具有较长的引水隧洞和较短的尾水隧洞，一般均设有上游调压室。②尾部厂房靠近地表，厂房的交通、出线及通风等辅助洞室的布置及施工运行比较方便。③适用水头范围较大，最高水头达1000m以上，目前高水头电站多采用尾部布置方式，我国已建成的地下水电站尾部式占70%以上。尾部式(3)中部式地下厂房厂房位于引水系统的中部。上游引水道和下游尾水道均较长。中部式2、地下厂房的洞室组成主厂房洞室+附属洞室→洞室群。（1）主厂房纵轴线避免与大断裂系统方向一致；尽可能垂直于岩层走向；最好与岩体中最大主应力方向一致，否则≯30°。（2）副厂房①为避免增加主洞室的跨度，地下副厂房往往设于主厂房的一端；②机组尺寸不大、围岩稳定性好时，也可布置在主厂房一侧，主副厂房集中布置在同一主洞室内。③副厂房可部分布置在地下，部分布置在地面。如：必须靠近主机的附属设备集中布置在紧靠主机房的地下副厂房内，其他可以利用已有洞室分散布置或放在地面副厂房内。（3）主变压器及开关站的布置主变压器布置：一般倾向于布置于地下，以缩短发电机母线长度。需设专门的通风、排烟、防火防爆措施，洞内设防爆门和防爆隔墙。布置一：主变压器洞与主厂房平行，较常用。布置二：主变压器布置在主厂房一端。②开关站布置：布置在地面时，通过竖井或斜井与主变相连。若因地形限制将其布置在地下洞室内，地下开关站尽量利用废弃的洞室(如施工支洞、导流洞)或与其它洞室(排风洞)合用。(4)安装间可布置在主厂房一端或厂房中间机组段之间。(5)交通运输洞：为平洞、竖井。其位置与安装间位置直接关连，两者应一起考虑确定。(6)主阀门洞室：可布置在主厂房内，或布置靠近厂房上游侧的单独阀门室内。(7)尾水洞、尾水闸门洞尾水隧洞较长时，可采用几台机组联合出水或分组出水；较短时可采用单独出水。尾水洞上设尾水闸门井，上设尾水闸门洞室。(8)通风洞：进风洞、出风洞以及通风机室。通风机噪声大，通风机室应远离主、副厂房，一般可放在洞口或单独的洞室内。另通风洞可与其它洞室结合，如利用交通运输洞或无压尾水洞进风，利用出线洞出风。(9)其他辅助洞室：包括出线洞、排水洞、安全人行洞、施工洞等。地下厂房输电线由出线洞引出，引出线为母线时即称母线洞。出线洞可以采用平洞、斜井或竖井。地下厂房内为了敷设电缆和引出母线至主变洞，需要设置相应的电缆和母线支洞。3、厂房洞型和洞室间距选择(1)厂房洞型选择地下厂房顶拱：做成曲线型，目前倾向采用无拱座的喷锚支护顶拱。若岩体比较完整坚硬，也可以不作支护或只作局部的喷锚支护措施。地下厂房的边墙：一般直立。岩性较差而水平构造应力又比较大的情况则采用曲线型边墙或倾斜边墙。(2)洞室布置的一般要求①洞顶最小埋深可取洞室开挖宽度的1.5～2.0倍。②洞室的最小允许间距，一般不小于相邻洞室中最大开挖宽度的1.0～1.5倍。③洞室相交应尽量保持正交。④上下层洞室之间的岩石厚度，不小于洞室开挖宽度的l～2倍。⑤洞室布置应尽可能互相结合。⑥尾水管水平段之间以及尾水管与母线洞之间的岩壁应设法加宽加厚，可采用窄而高的尾水管。五、地下厂房的开挖大断面洞室多自上而下分层开挖。过程为：开挖顶部中间导洞→横向开挖出厂房顶拱后立即做好支护→用台阶法开挖下一层并做好支护···。施工方法多为钻孔爆破法，必要时可采取预裂爆破或打防震孔。地下厂房分层开挖示意图分层起/止高程(m)高度(m)开挖方法简述支护方法Ⅰ452.9/447.08.2中导洞先行开挖，两侧扩挖错距跟进的方式，喷锚支护视岩石情况随后跟进。台车造锚杆孔，优先采用先注浆后插杆的施工方式，注浆机注浆，平台车配合人工安插锚杆，钢筋网片安装利用平台车或自制台架，采用喷混凝土台车以湿喷方式进行混凝土和钢纤维混凝土喷护，潜孔钻机钻设锚索孔。锚索的安装施压采用自制台架或打设施工平台，锚索的编制在后方综合加工厂进行。Ⅱ444.7/436.38.4先中部进行预裂梯段拉槽爆破，两边预留岩壁梁保护层，岩壁梁开挖采用垂直钻孔和水平钻孔相结合周边光爆的方式。Ⅲ436.3/430.26.1在Ⅱ层岩壁梁浇筑前先进行边墙的预裂爆破，待岩壁梁混凝土达到强度后，采用潜孔钻进行梯段爆破Ⅳ430.2/423.66.6开挖方式同Ⅲ层，本层穿插进行母线洞的锁口支护及开挖，母线洞的开挖采用小导洞、短进尺的开挖方式。Ⅴ423.6/417.66.0先中部梯段拉槽爆破，两边进行光面爆破的施工方式Ⅵ417.6/412.65.0Ⅶ412.6/403.758.85本层基础保护层开挖采用钻孔直接至建基面，孔底设置柔性垫层一次爆破的开挖方式。第Ⅰ层：考虑顶拱的稳定成型，便于顶拱支护施工和观测仪器的埋设、顶拱拱角网架支撑砼的施工及施工设备的工作性能，第Ⅰ层高度定为8.2m。第Ⅱ层：该层为岩壁吊车梁的施工部位。为便于岩壁吊车梁的施工，第Ⅱ层开挖至岩壁吊车梁下部2m高程处，开挖高度为8.4m。第Ⅲ层：该层开挖的施工通道为进厂交通洞，开挖条件较好；主变运输洞、油罐室、低压电缆洞在本层，母线洞的洞顶在此层出露，为了便于主变运输洞、低压电缆洞、母线洞的开挖，做好油罐室、低压电缆洞的锁口支护和母线洞的洞顶锁口支护；此层开挖高度定为6.1m。第Ⅳ层：该层施工通道仍为进厂交通洞，且此层母线洞出露，为便于此层开挖与母线洞开挖平行作业，此层开挖高度定为6.6m。第Ⅴ层：该层开挖的施工通道为高压支管、压力管道施工支洞，其开挖高度取6.0m。第Ⅵ层：该层与高压支管在同一层，施工通道仍为为高压支管、压力管道施工支洞，故此层开挖高度取5.0m。第Ⅶ层：该层开挖与尾水隧洞联通，故将剩余部分以高压支管和尾水隧洞为施工通道，本层开挖高度为8.85m。六、地下式厂房相关的其它形式(1)半地下厂房：部分机组段在地下，部分在地面。(2)窖洞式半地下厂房：厂房上游侧部分嵌入岩壁，下游侧露出地面。(3)井式半地下厂房：厂房机组等主要设备布置在地下竖井中，上部结构和副厂房等布置在地面。