南欧江五级水电站引水发电系统设计

鲁　宏，李双宝

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)



南欧江五级水电站引水发电系统设计

鲁宏，李双宝

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)

南欧江五级水电站引水发电系统由电站进水口、坝后背管、坝后发电厂房组成，对电站进水口结构设计、压力背管形式、钢管过缝措施、蜗壳外围混凝土结构设计等技术难点进行了详细介绍及分析研究，提出了技术可行、经济合理、施工方便、便于运行管理的工程优化方案。

引水发电建筑物；总体布置；结构设计；南欧江五级水电站

南欧江五级水电站位于老挝丰沙里省境内，是南欧江河流规划中第5个梯级，该梯级坝址距下游四级坝址约50 km，距老挝万象市公路里程731 km，距中国昆明市公路里程943 km。电站属二等大(2)型工程，枢纽建筑物由碾压混凝土重力坝、溢流表孔、冲沙底孔、坝式进水口及坝后厂房等组成。最大坝高74 m，水库正常蓄水位441.000 m(具有季调节性能)，装机容量240 MW(3×80 MW)，年发电量为977 GW·h，装机年利用小时数4 071 h。

1　引水发电建筑物总体布置

南欧江五级水电站引水发电建筑物布置于河床和岸坡，由坝式进水口、坝后背管、坝后主厂房及安装间、上游电气副厂房、尾水闸室及尾水渠等主要建筑物组成。

1.1坝式进水口

坝式进水口采用单管单机引水，布置于河床部位的5、6、7号坝段，坝段宽均为22 m，进水口高程410 m，三孔进水口各设6 m×8 m检修门和6 m×7 m事故门。进口上唇为R=2.4 m的圆弧，压坡段长3.5 m，坡比1∶3.5。下唇为R=2 m的1/4圆弧，闸室段为水平。检修门前胸墙厚2.625 m，门槽宽为2.35 m，采用后止水平板门。事故门门槽胸墙厚3.465 m，门槽宽度为1.68 m，采用前止水平板门。3台机共用一扇检修门，检修储门槽布置在4号坝段之间。

拦污栅平台高程408 m，悬出坝面7 m，共布置9孔4 m×35 m拦污栅。栅墩厚2.5 m，长4.5 m，高37 m，设工作拦污栅槽，不设检修拦污栅槽。栅墩在喇叭口上方每5.5 m设一层连系梁，栅墩间形成框架并与坝体相连。

1.2压力钢管

压力钢管结构型式为坝内埋管。采用局部半埋置和混凝土外包的结构设计，管直径为6.3 m，管壁厚度18～22 mm，设间距2.5 m、环高0.2 m、厚20 mm的加劲环。压力钢管设计工况最大净水头59.5 m，校核工况最大净水头60.42 m，最大(水击作用下)HD=475.792 m2。

1.3主厂房和安装间

主厂房布置为坝后式厂房，属2级建筑物，设计防洪标准为100年一遇，相应下游尾水位396.413 m，校核洪水标准为500年一遇，相应下游尾水位398.933 m，一台机正常发电尾水位383.697 m。设计引用流量为3×190 m3/s。

主厂房长114.52 m，宽21.1 m，高52.6 m，安装3台80 MW水轮发电机组，安装高程381.5 m。其中，机组间距22 m，厂房净宽17.5 m，安装间长42 m，机组中心线上游净宽7.25 m、下游净宽10.25 m。主厂房高程399.7 m以上为框架结构；以下为钢筋混凝土墙式结构，上游墙厚1.8 m，下游墙兼作下游挡水胸墙，墙厚3～2.5 m。安装间下部布置油罐室、通风设备层，厂区渗漏集水井和检修集水井等。

1.4副厂房及GIS厅

电气副厂房布置在坝与厂房之间、压力钢管上方混凝土回填形成的385.5 m平台上，为4层框架结构，分别为技术供水层、发电电压设备层、主变层和GIS层，最底层楼面高程386.5 m，386.5 m高程以下厂坝分缝采用接缝灌浆处理，386.5 m高程以上副厂房与主厂房间设永久结构缝，缝宽100 mm。

主变压器和柴油发电机房布置在主变层内，高程399.9 m，层高11 m。

GIS厅布置在1、2号主变室顶，楼面高程410.9 m，层高13.6 m，GIS厅长39.7 m，宽12.5 m，室内净宽10.5 m。GIS屋顶布置230 kV出线场，出线自出线场向上游跳至进水口坝段坝后出线挂点，再向下游侧右岸出线。

坝与副厂房间混凝土回填至399.7 m高程，形成宽8.9 m的主变搬运通道。

中控楼布置在副厂房左端、安装间上游侧，共2层。

1.5尾水闸室及尾水渠

尾水检修闸门为一机二门布置方式，闸门尺寸5.826 m×4.35 m。2扇检修闸门共用1辆台车启闭。闸底板高程367.5 m，建基高程与主厂房相同，均为365.6 m，尾水闸墩高21.5 m，尾水门检修平台高程389 m，尾水平台高程399.5 m。

尾水渠长31.74 m，底宽65.6 m，纵向坡度为1∶2。尾水渠左岸为1∶0.2的混凝土贴坡，右岸与冲沙底孔边墙结合。

1.6进厂交通

进厂运输采用左岸下游进厂交通公路直接进厂的方式。进厂道路与主变搬运通道、尾水平台共用一条进场公路，进厂道路通过场内回车场平台与主变搬运通道、尾水平台相连。进厂大门布置在安装间下游侧，与回车场平顺衔接。

2　工程主要技术节点

2.1电站进水口结构

南欧江五级电站进水口拦污栅栅墩布置在悬出上游坝面7 m的平台上，平台高程408 m，悬臂平台底面的倾斜角为45°。为与大坝间设置横缝相适应，拦污栅栅墩及其平台亦设有永久缝。将每个进水口拦污栅结构简化为3跨5层的框架，相邻进水口拦污栅结构之间由宽7 m、厚2.5 m的隔墙分开。拦污栅净宽4 m，立柱为2.5 m×4.5 m的方圆形截面。

2.2压力背管形式

压力钢管上弯段、斜直段、下弯段直径为D=6.3 m，按照与外围混凝土联合受力设计。压力钢管下游侧的下平段直径D=6.3～5.317 m，为设有弹性垫层的坝内埋管，其外围混凝土承担坝体应力并分担少量的内水压力，钢管下平段按照单独承担内水压力进行设计。

首先定义安全性预测的两类错误(1)误报，即系统是安全的,监控器判定系统不安全，(2)漏报，即系统进入了不安全状态，监控器判定系统是安全的.引起上述两类错误不仅和本文方法预测精度有关也和系统安全性概率阈值的选择相关.例如，在给定阈值下，如果系统是安全的，但系统安全性概率低于阈值，引起监控器误报.相反，如果系统是不安全的，但系统安全性概率高于阈值，会引起监控器漏报.反例预测错误是指系统违背安全属性时，产生的最大可能执行路径不是反例.在此定义下，反例预测的错误和阈值无关，能真实反映本文方法反例预测的错误率.

计算分析表明，管坝接缝面应力、管道轴向应力均可以满足结构设计要求，管道环向拉应力可通过配筋来解决。

2.3钢管过缝措施研究

以往在主、副厂房之间通常设永久纵向缝并设置伸缩节，以适应坝基不均匀沉陷和温度变化，但近年来很多工程经研究取消伸缩节，以垫层管作为过缝措施，可节省投资、简化钢管施工，已取得了一定的经济效益与工程经验。

南欧江水电站厂坝间压力钢管过缝不设伸缩节，过缝段采用外包360°弹性垫层，垫层采用膨胀聚苯乙烯材料，厚30 mm，设弹性垫层的管段按明管设计。厂坝间分缝灌浆至385.5 m高程。在压力管与外包钢筋混凝土联合受力时，管下方90°范围进行接触灌浆，灌浆压力为0.2 MPa，管道上方不再进行灌浆处理。在厂坝分缝处的压力管环焊缝预留在大坝蓄水后焊接。

2.4蜗壳外围混凝土结构

2.5厂房结构抗震设计

电站厂房抗震设防烈度为7度，抗震概率水准采用基准期50年超越概率5%，基岩水平峰值加速度0.12g。厂房主体结构按DL 5073—2000《水工建筑物抗震设计规范》和GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》进行抗震设计。

上游副厂房及GIS楼为框架和框架剪力墙结构，结构抗震计算采用结构设计软件PKPM系列中的SATWE进行抗震设计分析，并按规范要求采用抗震构造措施。厂房内、外部砖墙按照现行国家标准GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中7度地震区砖墙抗震构造要求进行抗震构造措施设计。

2.6主厂房下部结构

厂房下部结构主要包括厂房底板、尾水管、蜗壳、挡水墙、尾水闸墩。采用平面简化计算和三维有限元方法对厂房下部结构的应力和变形进行分析，根据DL/T 5057—2009《水工混凝土结构设计规范》进行配筋计算。

尾水管的型式为弯肘形，出口扩散段为平坡，出口处断面尺寸为13.76 m×5.5 m(宽×高)，内设2.5 m厚中墩将扩散段分隔为2孔，单孔宽度5.63 m。扩散段长14.52 m，进口处高3.07 m，出口处高5.5 m。因单孔尾水管宽度不大，仅为5.63 m，尾水管顶板混凝土采用现浇。

电站厂房不设下游副厂房，布置十分紧凑，为满足厂房检修尾水闸门的布置和尾水管长度的要求，尾水闸门布置在尾水管中部。

2.7主厂房上部结构

主厂房上部结构主要包括主厂房上下游排架结构、屋盖结构等。厂内布置2台175 t/10 t桥机，桥机单个最大轮压450 kN。上下游承重结构采用排架柱结构，柱牛腿支承桥机轨道梁。排架柱间设连系梁，兼做柱间支承，同时加强排架柱的整体刚度。排架柱间墙采用砖墙。为满足现场施工工期和施工条件的要求，安装间吊车梁采用单跨预制钢筋混凝土梁，1#～3#机上游侧吊车梁采用单跨预制钢筋混凝土梁，1～3 号机下游侧吊车梁采用钢筋混凝土连续梁。厂房屋顶跨度21.1 m，在比较了现浇钢筋混凝土屋面和网架结构屋面结构型式后，选择自重轻、抗震性能好的正放四角锥空间螺栓球网架结构。

2.8副厂房结构

副厂房及GIS楼399.70 m高程以下为半地下结构，399.70 m高程以上为框架-剪力墙结构。主变层根据功能需要采用1.5 m的厚板结构，其余各层采用梁板式结构。结构抗震计算采用结构设计软件PKPM系列中的SATWE进行抗震设计分析。副厂房(含中控楼)总长140.57 m，按规范要求，纵向分为三个结构单元，每个单元设一道100 mm的结构缝，上游副厂房与主厂房之间设一道100 mm的结构缝。

3　结　语

南欧江五级水电站引水发电系统具有结构复杂、荷载分布不规则、局部荷载较集中等特点，设计中充分考虑上述特点，在可研设计成果的基础上，对引水发电系统结构进行多次优化设计。电站进水口、压力钢管、厂房蜗壳、厂房上下部结构等重要部位分别进行详细研究，均满足了设计阶段的设计要求。

[1]SL 266—2001水电站厂房设计规范[S]．

[2]蔡雄， 杨建强， 鲁宏， 等. 阿海水电站引水发电系统设计[J]. 水力发电， 2012， 38(11)： 45- 47．

[3]DL 5073—2000水工建筑物抗震设计规范[S]．

[4]DL/T 5057—2009水工混凝土结构设计规范[S]．

[5]DL 5077—1997水工建筑物荷载设计规范[S]．

[6]GB 50011—2010建筑抗震设计规范[S]．

(责任编辑高瑜)

Design of Diversion-Generating System of Nam Ou 5 Hydropower Station

LU Hong, LI Shuangbao

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

The diversion-generating system of Nam Ou 5 Hydropower Station is composed of intakes, penstocks on downstream face of dam and powerhouse at dam-toe. Some key technical issues, including the design of intake structure, the form of penstock, the treatments of penstock passing through the joint between dam and powerhouse, the design of external concrete structures of scroll case, are specially studied, and the design optimizations which are feasible in technology, reasonable in economy, convenient in construction and easy in operation and management are also put forward．

diversion-generating system; general layout; structural design; Nam Ou 5 Hydropower Station

2016- 03- 08

鲁宏(1979—)，男，云南安宁人，高级工程师，主要从事水电站的设计工作．

TV731.5(334)

A

0559- 9342(2016)05- 0050- 03