维捷布斯克水电站厂房布置及结构设计

张捷++董丹丹

摘 要：维捷布斯克水电站为河床式电站，厂内安装4台单机容量10MW的灯泡贯流式机组，总装机40MW。发电厂房位于河床右岸，安装间布置在主机间的右端，副厂房布置在主厂房下游。本文主要介绍了电站厂房结构的布置以及设计中的技术特点。

关键词：维捷布斯克水电站 厂房 布置 结构

中图分类号：TV731 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0034-02

1 工程概况

维捷布斯克水电站是白俄罗斯境内西德维纳河最上游的一级电站，位于白俄罗斯维捷布斯克州州府维捷布斯克市东北约8km，距离首都明斯克约300km。维捷布斯克水电站是以发电为主，兼有航运等综合利用效益的工程，总装机容量40MW，多年平均发电量1.38亿kW·h，被白俄罗斯政府称为保障国家能源安全的重要项目之一，是目前白俄罗斯境内最大的水电站项目，有“白俄三峡”之称。

电站枢纽建筑物从左岸向右岸依次布置左岸土坝、船闸、连接土坝、泄洪闸、发电厂房和右岸土坝。河床式厂房布置在河床右岸，左侧紧邻泄洪闸坝段，右侧设混凝土挡土墙护坡，与右岸土坝相连。进厂公路从右岸进入厂区，经行政生活楼、升压站，由右侧端墙进入安装间。进厂公路在厂前区分岔，上至坝顶公路，车辆可从进水口坝顶，经泄洪闸坝段，连接坝段，船闸坝段至左岸。升压站位于进厂公路的下游侧，为户外开敞式升压站，设有2台主变压器，升压后高压线经出线塔架以两回出线接入系统。

2 厂房布置

2.1 进水口

厂房坝段坝顶宽度由拦污栅槽、检修门槽、坝顶交通及门机轨距等布置要求而确定。进水口与泄洪闸坝段共用一台双向门机，门机轨距7.5m，容量为2×500kN，同时兼顾起吊检修门、拦污栅等多种用途。厂房坝段坝顶高程142.00m，坝顶宽度为11.80m。

电站上游侧设斜向导漂排，其轴线与坝轴线夹角为14°，分别在上游左边墩与右岸填土平台上布置滑轨，导漂排将随水位升降拦截漂浮物，并将其导至泄洪闸坝段，漂浮物将随泄洪流向下游。

进水口设一道垂直式拦污栅，采用耙斗清理，拦污栅孔口尺寸为7.6m×18.90m（宽×高），平均过栅流速为0.86m/s。电站进水口为喇叭口型式，每个机组段间设5.4m宽的中墩。在坝0-001.00m处设检修闸门，闸门孔口尺寸为7.6×9.5m（宽×高），孔底高程为115.721m，孔口流速1.71m/s，门后设通气孔。

2.2 主厂房

主机间全长78.98m，宽16.8m，高47m，机组间距为13m，安装间布置在主厂房右端，长度为22m。厂内安装4台单机容量10MW的灯泡贯流式机组。主厂房建基面最低高程109.50m，机组安装高程为119.2m，运行层高程为128.2m，安装间地面高程为139.65m，桥机轨顶高程为152.00m，钢屋架底面高程为156.50m。

主机间从下至上分别为流道层、廊道层、运行层及上部结构。

流道层布置有灯泡式水轮发电机组。灯泡体上设有水轮机进人筒、水轮机检修进人筒、发电机检修进人筒，可从其顶部沿爬梯进入灯泡体，进行维护和检修设备。

水轮机流道下方设有交通廊道，底部高程112.400m。该廊道通过布置在下游副厂房左右两侧的楼梯间形成贯通整个厂房的垂直交通通道，由此廊道可通往布置于主机间两端底部的渗漏集水井与检修集水井。

廊道层高程124.70m，电缆廊道宽1.4m，内设电缆桥架，自发电机坑和水轮机坑引出至下游副厂房底层。管道廊道宽1.2m，与下游副厂房124.20m相通，发电机坑和水轮机坑的水、气管路经此廊道与全厂贯通。

运行层高程为128.20m，布置有调整器油压装置、高位油箱等。上游侧布置有发电机检修进人筒，井内设通至灯泡体内的进人孔。发电机母线及中性点引出线由布置在发电机检修进人筒及水轮机检修进人筒的电缆廊道引出。下游侧墙体设有门洞，可自主机间通往副厂房并连通厂房垂直交通。

2.3 安装间

安装间布置在主厂房右端，平面尺寸为16.8m×22m（宽×长），分两层布置。地面以上部分为安装场，高程139.65m，是机电大型设备（如发电机定子、转子、转轮、导水机构、大轴等）装配及检修的场地。安装场右端上游侧设上桥机钢梯；下游侧布置楼梯，通往安装间地下一层。进厂大门位于右侧端墙，与右岸进厂公路相连。安装间地下一层布置机电附属设备用房，布置有透平油罐、油处理室、消防泵房、通风机房等。

2.4 下游副厂房

下游副厂房包括尾水副厂房和安装间副厂房，其中尾水副厂房布置在主厂房和尾水挡墙之间，与主机间相对应，长59.94m，宽11.40m，分五层布置，地面一层、地下四层；安装间副厂房位于安装间的下游侧，与安装间相对应，长22m，宽12.58m，分两层布置。

尾水副厂房五层为：124.20m为技术供水层，布置有技术供水设备、消防供水设备、排水泵控制盘、技术供水控制盘等，主机间底板高程124.7m的电缆廊道和管道廊道都通至此层；128.20m高程布置有厂用变、励磁盘、机旁盘、励磁变压器；132.50m高程布置有0.4kV厂用电、通风机房、蓄电池室、电源室；136.50m高程為电缆夹层，1#楼梯间侧设有通风机房；139.65m高程布置有通信盘柜室、10kV配电装置室、10kV开关柜、发电机电压配电装置室、继保室及二次盘柜室。

安装间副厂房两层为：135.00m层为电缆夹层，与尾水副厂房的电缆联通，并设有通风机房；139.65m层为中控室、计算机室、会议室，在右侧端头设有卫生间与休息室。

2.5 尾水平台

尾水平台与下游尾水副厂房组成挡水结构，长度沿厂房纵向全程布置，总长度为56.94m。平台上布置一台容量为2×400kN的双向尾水门机，门机轨距4.5m，用于启闭尾水闸门。endprint

2.6 厂内排水系统

机组检修和正常运行时的检修排水和全厂的渗漏水最终汇入检修集水井和渗漏集水井中。检修集水井布置在1#、2#机组间，用于保证机组检修时，可排除蜗壳及尾水管中的水。渗漏集水井布置在3#、4#机组间，全厂渗漏水由集水管路、排水廊道自流到渗漏集水井内，用深井泵排至下游尾水渠。

3 结构设计

3.1 厂房整体稳定分析

厂房坝段上游校核洪水位139.86m，校核尾水位137.75m，在校核洪水位下厂房承受的最大水头达30.36m；而且对于贯流式机组，上游挡水结构和厂房底板联成一体，共同挡水，受力情况比较复杂，为充分了解厂房坝段在施工期和正常运行期的稳定应力情况，分别通过静力计算与动力分析验证结构布置的合理性、安全性和可靠性。计算表明吊车梁牛腿的位移满足设计和运行要求，坝体与基岩接触面处的法向应力始终为压应力，厂房坝段整体抗滑、抗浮均满足规范要求。本电站采用灯泡贯流式机组，管型座周围结构相对复杂，通过三维有限元分析计算和动力分析研究流道管型座支柱的位移与应力分析、管型座的振幅计算、有限元配筋计算、管型座刚度分析等问题，最终确定了合理的流道结构。

3.2 分缝止水设计

根据混凝土浇筑条件、温度控制要求、地基条件和结构布置等因素，设置有坝段结构缝、混凝土浇筑施工缝。厂房坝段与右侧安装间坝段、左侧泄洪闸坝段及4台机组的中间均布置有2cm的永久结构缝。

考虑灯泡式贯流机组流量较大，道内孔口尺寸大。进水口、管型座周围、尾水管等部位应力较大。为改善以上部位的应力状态，减少配筋，机组段间的永久结构缝处，上游止水布置在上游挡水胸墙靠近下游侧，下游止水布置在下游挡水胸墙靠近上游侧，水平止水在进水口和出水口布置在流道顶板下部，机组中心线附近布置在底板上部，成“U”型布置。

3.3 基础处理设计

3.3.1 主厂房地基灌浆处理

本电站厂房基础岩石为白云岩，呈块状或碎块状，岩体完整性差，强度较低。为了提高厂房基础岩石的强度和完整性，保证厂房坝段的整体问题，厂房底部采用了固结灌浆，间排距2m×2m，岩下孔深至少8m，并保证延伸至34号岩层下1m深。

为有效降低水库蓄水后的扬压力，在厂房基础的上游侧和左、右两侧设置“U”形防渗帷幕，帷幕间排距2m×2m，岩下孔深至少15m，其中上游侧防渗帷幕左侧与泄洪闸基础的防渗墙相接，右侧与安装间上游门库段的防渗墙相接，形成整体。

3.3.2 水泥碎石桩的应用

安装间及其副厂房下部基础为回填的原状土，属于非岩基，经稳定计算，回填土承载力不满足地基承载力需求，故进行了基础处理，安装间坝段下部布置间排距3m、桩直径0.6m的水泥碎石桩。

水泥碎石桩是CFG桩的一种，不添加粉煤灰，增大地基承载力同时提高地基的密实度。水泥碎石桩复合地基是由桩间土和桩体共同承担荷载[2]，综合桩长、桩径、桩间距、桩身强度和天然地基承载力5个因素进行优化，在理论计算基础上结合实际工程施工经验，得出最佳的设计。水泥碎石桩具有施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉等特点，在我国应用比较广泛，但在白俄却是首次应用，通过多次沟通，最终白俄设计院认可该方案。在厂房设计中，水泥碎石桩被应用在安装间坝段、右岸上、下游部分挡土墙段基础处理中。单桩承载力1515kN，与结构面之间设10cm厚C15素混凝土垫层，和20cm厚碎石褥垫层，桩顶进入碎石褥垫层20cm，桩端作用于岩基表面。

3.3.3 承压水的处理

由于厂房基坑在开挖过程中，揭开了承压水顶板盖层，同时围堰的防渗未按照要求施工、未达到预期效果，使得较大地下水涌入厂房基坑，在基坑渗水较长时间的涌入及强排过程中，产生了基坑周围土质边坡渗透破坏，尤其以厂房上游侧和泄洪闸侧比较严重，造成边坡的局部坍塌。最终处理原则：（1）基坑周圈设置排水沟，将基坑内积水排出，保证基岩面无积水浇注。（2）建筑物岩基基础下部及周边5m范围内的空洞采用C15素混凝土回填密实。（3）其他部位的空洞，采用原土回填密实，并进行碾压夯实。

4 结语

维捷布斯克水电站是河床式电站，枢纽工程布置紧凑，从基本设计到施工详图设计，与白俄设计审查人员共同探讨，厂内布置逐步完善合理。通過本项目的历练，我们认识到在国际工程中，设计人员需要因地制宜，了解当地采用的规范法则，了解业主需求，充分沟通，积极推广应用我国的成熟工程经验，才能更好地进行设计。

参考文献

[1] 李守义，安学民，杨胜，等.灯泡贯流式水电站厂房水平止水布置研究[J].水资源与水工程学报，2009，20（1）：68-71.

[2] 方润林，朱寿增.水泥碎石桩在地基处理中的应用[J].山西建筑，2009，35（8）：99-100.endprint