KYET水电站气垫式调压室设计

李 超

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

KYET水电站气垫式调压室设计

李 超

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

随着KYET水电站开发工作的推进，需要对引水系统调压井进行优化设计，为解决调压井深挖方与施工场内交通的问题，结合气垫式调压室所需满足的地形地质条件，通过对KYET水电站基本条件的分析，探讨了其布置型式，计算了气垫式调压室的气体参数。

气垫式调压室；气室布置；稳定气体体积

1 工程概况

KYET水电站工程坝址断面多年平均年径流量9.02亿m3，总库容921万m3，水库正常蓄水位1345m，相应库容797万m3，死水位1335m，调节库容696万m3，死库容101万m3。主电站装机容量110MW，引用流量80.2m3/s。多年平均年发电量2.42亿kW·h，装机年利用小时数2202h。

枢纽布置由混凝土重力坝、表孔、底孔、发电引水系统及厂房组成。根据DL5180—2003《水利枢纽工程等级划分及设计安全标准》规定，该工程规模属中型，工程等别III等。

发电引水系统布置在左岸，隧洞水平全长7080m，最大引用流量80.2m3/s；发电厂房位于卡依尔特河出山口，Ⅲ级阶地山前冲洪积扇前缘上，距坝址直线距离7km，主机间内设2台45MW，加1台20MW水轮发电机组。电站最大水头173.46m，最小水头150.58m。

原设计调压井距离主厂房770.164m，调压井型式为阻抗式，底板高程1186m，该处发电洞底板高程1158.096m，顶高程1363.5m，由阻抗孔、竖井组成。阻抗孔为圆型断面，直径3.4m；竖井为圆型断面，直径16m，断面面积201.06m2。由于调压井挖深200m，故本次拟优化为气垫式调压室方案作为调压设施，省去了山体明挖及上井公路，布置位置更灵活。

2 地质条件

气垫式调压室结合3#施工支洞设置，距离厂房机组中心线1107m。根据NB/T 35080—2016《水电站气垫式调压室设计规范》，气垫式调压室应满足的基本地质条件是：岩体质量与成洞条件、埋深条件、地应力条件和渗透性条件。

2.1 岩体质量与成洞条件

气垫式调压室的内水压力较大，应利用围岩承担内水或气体压力，围岩宜为中硬岩或坚硬岩，以不低于Ⅲ类较完整的岩体为主。3#交通洞围岩类别除进洞口20m为Ⅳ类围岩外，洞身围岩类别以ⅢA为主，局部为ⅢB。基本满足要求。

2.2 埋深条件

气垫式调压室最小上覆岩体厚度应满足下列经验公式，并应复核最大气室压力条件下的最小上覆岩体厚度。

式中 CRM为除去覆盖层及全、强风化岩体后的最小埋深厚度（m）；H0为气垫式调压室设计压力，即调压室设计最大静水头（m）；γw为水的重度（N/m3）；γR为岩体的重度（N/m3）；α为地形边坡平均倾角（°），当α＞60°时，取60°；F为经验系数，一般取1.3～1.5，当复核最大气室压力条件下的最小上覆岩体厚度宜大于1.1。

经计算最小允许埋深CRM=102.29m，3#支洞长250m，满足要求。

2.3 地应力条件

气垫式调压室岩体最小主应力σ3应满足如下经验公式：

式中 σ3为调压室岩体最小主应力（MPa）；γw为水的重度（N/m3）；Pmax为气垫式调压室内最大气体压力水头。

气垫式调压室内最大气体压力水头由调保计算结果而得，由于本阶段无实测地应力成果，参照同区域水电站地下厂房地应力成果，最小主应力3.3MPa。调压室初始气压1.82MPa，待下阶段进行地应力补测工作。

2.4 渗透性条件

气垫式调压室区域宜有较高天然地下水位，或能形成稳定渗流场。设计压力下高压压水岩体渗透率宜小于5Lu。3#支洞透水率在5Lu以下，长298m。

3 稳定气体体积计算

根据NB/T 35080—2016《水电站气垫式调压室设计规范》，气垫式调压室体积应满足稳定条件要求，结构尺寸经水利过渡计算过程确定。气垫式调压室底板安全水深不宜小于2m，校核工况下应不小于1.5m。本工程取初始安全水深4m。依据气垫式调压室稳定气体体积公式：

式中 V0为稳定气体体积（m3）；KV为稳定气体体积安全系数，1.2～1.5， 取1.35；Vth为临界稳定气体体积（m3）；m为理想气体多变指数，宜取m=1.4；P0为气室设计静止工况的室内气体绝对压力水头（m）；L为压力引水道长度（m）；f为断面面积（m2）；g为重力加速度（m/s2）；αmin为压力引水道最小水头损失系数（s2/m）；Zumax为电站发电运行最高水库水位 （m）；Zd为与Zumax相对应的电站最高尾水位（m）；Z0为气室设计静止工况的室内水位（m）；ha为当地大气压（m）；hw0为引水道最小水头损失，包括局部水头损失和沿程水头损失（m）；v为压力引水道流速（m/s）。

经计算稳定气体体积V0=13606m3。

4 闭气型式选择

地下埋藏式气垫式调压室防止气体渗漏措施主要有3种：①围岩闭气一般要求围岩的透水率在0.1～0.001Lu范围，适应性较窄。布置形式灵活，断面形状多样。②水幕闭气时一般要求围岩透水率小于1Lu，布置灵活，断面形状多样。③罩式闭气一般要求围岩透水率小于5Lu，适应性较广。罩体和平压系统设计相对较复杂。气室一般采用钢筋混凝土衬砌，平面布置宜采用条形。

3#交通洞岩石自身的抗渗能力不能达到岩石闭气要求。结合已建工程经验，水幕闭气效果并不理想，罩体闭气可以有效地减少漏气量。本工程气垫式调压室防止气体渗漏措施拟采用罩式闭气。鉴于目前国内钢罩式气垫式调压室均采用条形布置，故本工程拟定平面结构为条形。

罩式闭气的气垫式调压室每小时气体渗漏量可按式（7）估算：

式中 Vq为气室内气体渗漏量（m3）；P0为气室设计静态工况的室内气体绝对压力水头（m）；A为气垫与水面接触面积（m2）。

经计算Vq=0.362～0.966m3。

5 断面设计

结合透水率及岩体埋深要求，洞室拟采用窄高式城门洞型，初拟尺寸8m×14m×190m（宽×高×长）。连接洞室长36m。连接洞室尺寸按原支洞尺寸。如图1。

图1 调压室横断面

边墙衬砌厚1m，底板衬砌厚0.6m，断面顶拱和两侧边墙设置系统锚杆φ25@2m×2m，长4.5m，挂φ8钢筋网，C30混凝土喷护，厚100mm。根据地质情况判断，岩石自身的抗渗能力不能达到岩石闭气要求。

本工程气垫式调压井采用罩式闭气，即在边墙和顶拱混凝土衬砌中间设置钢板，厚12mm，防止气室内气体外漏。钢板外侧设置平压系统，由纵横平压管和岩石平压孔组成。横向平压管直径采用φ100mm的钢管，侧向平压管采用φ50mm的钢管，长0.1m，与横向平压管相连；侧向平压管另一段接入岩石平压孔中，岩石平压孔深入围岩4m，间排距2m，方形布置，孔径76mm。

6 结语

（1）KYET水电站设置常规阻抗调压井，由于受地形限制，调压井井筒高度过高，开挖难度较大。结合3#支洞布置调压室在工程地质条件方面均满足要求。

（2）由于支洞位置距离电站厂房1107m，需通过调保计算确定机组蜗壳末端、机组转轮出口（即尾水管进口）、输水道全线洞顶最大内水压力及机组最大转速上升率等参数，进一步研究设置气垫式调压室可行性。

［1］NB/T 35080—2016，水电站气垫式调压室设计规范［S］.

［2］张伟.克屯那木水电站气垫式调压室设计［J］.小水电，2013（2）：32-35.

［3］刘宇，陈绍英，蔡庆.民治水电站的气垫式调压室设计［J］.建筑工程技术与设计，2014（9）：561，571.

［4］王志敏.气垫式调压室在水电厂的应用［J］.青海电力，2001（1）：36-39.

［5］张良，蒋文胜.钢罩式气垫式调压室在金康水电站的应用［J］.四川水力发电，2007（6）：14-16，44.

（责任编辑：尹健婷）

Application of air cushion chamber in KYET hydropower station

LI Chao
（Xinjiang Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower， Urumqi 830000，China）

With the development of KYET hydropower station， it is necessary to optimize the design of the surge tank of the diversion system.In order to solve the problem of the deep excavation of the surge well and the construction site，combined with the terrain and geological conditions which the air cushion surge tank needs to meet.Based on the analysis of the basic conditions of KYET hydropower station，the layout type of KYET hydropower station is discussed，and the gas parameters of air cushion surge chamber are calculated.

air cushion surge chamber； air chamber layout； stable gas volume

TV732.5+6

B

1672-9900（2017）03-0046-03

2017-03-27

李 超（1982-），男（汉族），四川内江人，工程师，主要从事水工结构设计工作，（Tel）18140862815。