埋藏式调压室结构布置优化研究

2017-11-15，，，，，，

四川水利 2017年5期

关键词：调压室闸门井筒

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(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳，550081)

埋藏式调压室结构布置优化研究

祁伟强，贺双喜，张高，韩纯杰，王志鹏，杨鹏，余志超

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳，550081)

埋藏式调压室一般会设置上室来降低竖井高度、减小竖井断面，并设置施工交通洞，若将施工交通洞兼做上室，可简化布置，减少投资；调压室内下游侧一般会布置事故检修闸门，但考虑目前压力钢管设计制造技术、事故检修闸门下闸速度、日常锁锭等问题，调压室内是否必须设置事故检修闸门值得研究。本文以某长引水式电站埋藏式调压室为例，研究了埋藏式调压室上室结合施工交通洞布置和不设置事故检修闸门的可行性，对类似工程的埋藏式调压室上室布置、是否设置事故检修闸门等提供参考。

埋藏式调压室上室交通洞事故检修闸门优化

1 概述

埋藏式调压室是长引水式电站常用的调压设施，调压室可以有效缩短压力管道长度、减小水流惯性、充分反射水击波。在埋藏式调压室设计时，若将机组甩负荷产生的涌波全部由埋藏式调压室的竖井来容纳，会导致竖井高度过高、断面过大，故一般都设置上室来共同承担涌波。同时，布置施工交通洞满足施工、交通需求。这样布置虽然满足了需要，但是导致结构布置复杂，工程量较大。

调压室内下游侧一般会布置事故检修闸门以便压力钢管和厂房出现意外事故时快速截断水流，保证下游安全。但根据国内已投运的部分长引水电站工程，调压室内事故检修闸门悬置于调压室顶部，在机组增、甩负荷时的涌浪作用下，存在一定的风险；当机组发生事故需检修时，闸门的下闸速度往往较慢，快速挡水检修的目的无法达成，作为事故闸门的作用基本丧失；少量电站在厂内蝶阀(球阀)检修时将该门作为检修门使用。目前压力钢管设计制造技术十分成熟，施工阶段可加强过程控制，保证钢管制造安装的规范性，结合国内项目调研，压力管道或厂内蝶阀发生事故爆管的可能性相对较低。基于以上考虑，调压室内是否必须设置事故检修闸门有必要进一步研究。

2 施工交通洞兼做上室分析

位于埋藏式调压室竖井上部的施工交通洞，是调压室施工期开挖、结构衬砌，运行期永久交通的通道。而调压室上室为调压室承担部分涌波的结构，若将两者单独布置，会有工程量大，作业面多，弃渣多等一系列问题，两者运行期并行既是一种浪费，又增加了后期的维护工作。因此，将施工交通洞与上室合二为一，在满足施工期通道和永久交通的同时，又能在运行期利用施工交通洞来兼做上室，满足调压室的功能要求。可以优化调压室结构和总体布置，降低竖井高度，减少工程量和施工风险，也可充分利用施工交通洞。

3 是否设置事故检修闸门分析

3.1 规范说明

《水电站压力钢管设计规范》(NB/T35056-2015)3.1.3条文“……水轮机前设置进水阀的管道，除应在管道首端设置必要的检修闸门外，还应根据工程具体情况决定是否在管道首段设置事故闸门(阀)……”，即管道首端(引水隧洞进口部位)应设置必要的检修闸门。对引水系统设置的上游调压室内是否设置检修闸门，应结合调压室前引水隧洞的长度、充放水时间、电量损失等因素综合研究确定。因此，从规范来看，在引水隧洞进口部位设置检修闸门后，压力钢管前的上游调压室是否设置检修闸门，应根据工程实际来综合研究。在条件允许时，可以考虑不设检修闸门。

3.2 未设置事故检修闸门的工程运行情况

国内已建长引水式水电站调压室内不设事故检修闸门的工程案例也不胜枚举，如：贵州大花水水电站、四川沙坪水电站、卧罗桥水电站、新马水电站、卡基娃水电站等。在以上电站的运行过程中，对引水系统定期检修并未因调压室内不设事故检修闸门而产生实质性影响。部分长引水式电站调压室事故检修闸门设置情况见表1。

表1部分长引水式电站调压室事故检修闸门设置情况

3.3 压力钢管设计制造技术

目前压力钢管设计制造技术十分成熟，施工阶段可加强过程控制，保证钢管制造安装的规范性，结合国内项目调研，压力管道或厂内蝶阀发生事故爆管的可能性相对较低。对压力钢管前调压室内设事故检修闸门的必要性不大。

3.4 调压室内事故检修门的实际运用

根据国内已投运的类似工程，调压室内事故检修闸门大部分悬置于调压室顶部，在机组增、甩负荷时的涌浪作用下，存在一定的风险；当机组发生事故需检修时，闸门的下闸速度往往较慢，快速挡水检修的目的无法达成，作为事故闸门的作用基本丧失；少量电站在厂内蝶阀(球阀)检修时将该门作为检修门使用。

4 工程实例

某电站引水发电系统位于右岸山体中，引水系统由岸塔式进水口、引水隧洞、调压室、压力钢管主管段、岔管段、三条支管段、尾水隧洞、尾水出口组成。引水发电系统等均为3级建筑物。引水隧洞后接调压室，经压力钢管接入地下厂房。采用一洞三机联合供水方式。调压室为圆筒阻抗+上室式，内径为16.5m，井筒高89.3m，采用钢筋混凝土衬砌，厚度1.2m。内设一道事故检修闸门，闸门孔口尺寸4.5m×5.4m(宽×高)。上室长110m，城门洞型，断面8m×10m(宽×高)，采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.6m。

井筒围岩为三叠系下统领麦沟组第一段(T1l1)厚层夹少量薄层状玄武岩，岩石处微新状态，岩质坚硬。调压室岩层单斜，岩层产状N50°～60°W，NE∠59°～62°，无规模较大断层，主要优势结构面为层面、裂隙。岩层倾角与井壁夹角为28°～31°。主要结构面倾角多为55°～87°，与井壁夹角亦较小。井筒围岩以厚层状玄武岩为主，岩质坚硬、岩石处于微风化至新鲜状态，岩体较完整，地下水不活跃。围岩整体稳定，以Ⅲ类围岩为主，不利的裂隙与层面组合部份洞段为Ⅳ类。

以本工程为例，进行施工交通洞兼做上室、不设调压室内事故检修闸门的研究分析。

4.1 施工交通洞兼做上室分析

原设计布置调压室交通洞通往井筒，分出岔洞通往上室，上室与隧洞轴线垂直，如图1。通过优化将施工交通洞后期兼做上室，在施工交通洞靠近调压室侧按照上室长度及断面开挖支护，满足上室功能，同时节省了单独开挖上室引起的工程量，实现一洞两用，如图2。

图1 原设计调压室布置

图2 施工交通洞兼做上室时调压室布置

4.2 不设事故闸门分析

4.2.1 结构布置

在保证水力学过渡过程计算成果基本不变，即保证阻抗孔面积基本不变的前提下，不设事故检修闸门后，则不需设置闸门门槽、闸门检修平台、启闭机平台框架结构及上下交通楼梯间等，井筒内部结构大为简化；调压室井筒底部流道断面可取与压力钢管一致的圆形断面，受力条件更好，与压力钢管连接部位不需再设置渐变段，结构更为简化；调压室内最高涌浪水位由原2338.08m高程降为2337.93m高程，引水隧洞、调压室结构受力更有利。不设事故检修闸门后调压室主要由井筒、阻抗孔、上室等组成，井筒采用圆形断面，内径由16.5m减小到15.5m，衬厚1.2m，井筒高度由89.3m减小到80.7m，阻抗孔直径4.2m。水力学过渡过程计算结果见表2。

表2 水力学过渡过程计算结果及结构尺寸对照

4.2.2 施工难度及工期

不设调压室事故检修闸门后，井筒石方井挖量减少，调压室井筒结构简化，不再设置闸门门槽、闸门检修平台、启闭机平台框架结构及上下交通楼梯间等构筑物，混凝土衬砌量减少，调压室衬砌施工程序简化，井筒衬砌可采用滑模施工，施工难度降低；调压室井筒断面减小，更有利于施工期安全；同时取消了相应配套的一系列机电设备，不存在闸门及埋件的制作、安装和调试施工、不存在机电设备的安装和调试施工，不设事故检修闸门后，施工组织更方便、流程更简单、有利于缩短施工工期；不设调压室事故检修闸门后，对压力钢管的施工和检修通道无影响。由于不需要运输闸门，施工期安全风险降低、调压室施工临时道路标准以及施工难度降低。同时，调压室内不设事故检修闸门，可节省工期2个月，加快了水电站建设，同时，促进工程安全、快速、优质完建，产生发电效益。

4.2.3 机电布置

不设调压室事故检修闸门后，相应的闸门制作、安装与相应的闸门启闭设备、动力配电设备、附属现地盘柜以及辅助照明系统均相应取消，节省了机电设备的采购、制作、安装等费用。

4.2.4 环境保护

原设计调压室布置见图1，方位N40.00°E，需通过厂区1#施工支洞(120m)、1#岔洞(101m)、调压室交通洞(63m)及4#岔洞(109m)进入调压室及上室进行施工。不设置调压室事故检修闸门布置见图2，调压室上室作为8#公路2#隧洞的一部分进行开挖，进而进行调压室开挖施工。两种方案洞挖长度基本未发生变化，不设调压室事故检修闸门后，由于不需要运输闸门，调压室施工临时道路标准降低(路面宽度由6m减少到3.5m)，占地减小，植被破坏减少，同时降低了运输、保存、加工、制安等各环节中能源(燃油、电能)消耗、人工成本及其它材料的消耗，能耗的降低使得废气、废渣等工业废料排放量减少，噪声污染降低。符合节能、环保、安全、经济的发展要求，有效降低了对环境破坏和影响。

4.2.5 运行管理

不设调压室事故检修闸门后，调压室的功能变得较为单一，仅作为引水发电系统的过渡过程保护之用。调压室不用设置用于闸门运行与检修的金属结构与机电配套设备，运行管理更为简便、运行管理、维护等费用降低。

4.2.6 工程投资

不设调压室内事故检修闸门的经济性比较，主要是蝶阀大修或高压管道事故处理时，引水隧洞及高压管道上平洞充放水时间增长导致电量效益损失与不设闸门所节省的工程投资的对比。经计算，设置与不设调压室内事故检修闸门的投资比较见表3。由表3可见，不设调压室内事故检修闸门方案较设置闸门方案可节省投资约为955.17万元。