浅谈渔滩水电站扩容厂房的设计

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　　【摘要】 渔滩水电站扩容厂房的建设是在上游朝阳市电站的基础上，与朝阳市电站扩容后的装机引用流量相匹配，充分利用本河段的水能资源而投资建设的，设计遵循经济合理、安全可靠和不影响原厂发电的原则，对原大坝及厂房建筑物影响最少。本厂房设计按国家规程规范进行，整个设计做到布置合理、工程量少以及施工方便，以较少的投资获取最大的经济效益。该工程装机2×8MW，目前已经全部并网发电，发电机组运行良好。
　　【主题词】 小型水电站 扩建工程 工程设计 工程施工 经济效益
　　峰荷装机容量效率水库发电机水轮机
　　1 概 述
　　 渔滩水电站位于重庆市黔江区冯家镇附近阿蓬江干流上，为阿蓬江干流梯级规划中的五级电站，于1990年建成投产，原渔滩电站大坝设计为自由泄流砼重力坝，最大坝高32m，水库正常蓄水430.72m，相应库容2180万m3，死水位425.9m，相应库容745万m3，调节库容1435万m3，电站设计水头17m，装机容量4×3MW，引用流量82.8 m3/s。由于上游朝阳寺电站增机扩容后装机引用流量为176.74 m3/s，朝阳寺至渔滩电站坝址多年平均区间流量为26.1 m3/s，枯期平均区间流量为9.79 m3/s，故渔滩电站坝址处多年平均流量为93.9 m3/s，所以朝阳寺装机引用流量加上朝阳寺至渔滩坝址处区间流量后为203 m3/s。而原渔滩水电站装机引用流量为82.8 m3/s，朝阳寺电站增机扩容后的装机引用流量加上区间流量后，原渔滩电站机组则有120 m3/s的流量不能利用，因此为了充分利用本河段的水能资源及促进该地区社会经济发展的需要，以及缓解乌江电力集团电力系统供用电矛盾的现状，所以渔滩水电站扩容厂房的建设于2004年12月正式启动。
　　 经可行性研究及综合比较，扩容工程是在左岸坝后建地面厂房，坝前库内取水，取水口占有6.81m溢流坝段，与原渔滩电站共用同一水库，轴流转浆式机组，装机为2×8 MW。单机单管引水，单机引用流量位65.1 m3/s，引水洞内布置直径为5.33m的压力引水钢管，厂房布置于左岸坝段后，厂房机组纵轴线与坝轴线平行布置距轴线46.7m，方位角NW∠8°20″21′。
　　 主厂房基岩面高程为404.088m，为新鲜完整的紫红色、灰绿色砂质泥（页岩）夹泥质粉砂岩，裂隙不发育，强风化层深8～10m，地质构造简单，地质条件良好，岩层产状走向北东20～28度，倾北西，倾角50～56度。主厂房基础及安装场上下游墙体均坐落于基岩上。厂区工程地质及水文地质条件较好，无大的断裂通过，基础进行了固结灌浆处理。本工程的地震基本烈度按6度考虑。
　　2 厂房设计
　　2.1 厂房设计标准
　　 按国家规程规范划定，渔滩水电站属于四等工程（小（Ⅰ）型），厂房为4级建筑物。考虑渔滩电站在扩建中溢流坝将被占6.81m，溢流坝段长度将由原来的170m减少为163.19m，因此坝址处的下泄流量将增加，但渔滩电站坝址以下对工程无防洪要求，故厂房采用30年一遇洪水设计，百年一遇洪水校核，相应的设计、效核洪水位为424.2m、425.43m。
　　2.2 厂房布置特点
　　 本次扩容厂房设计，遵循经济合理、安全可靠和不影响原厂发电为原则。故对厂房厂址作了如下考虑：
　　 若厂房紧贴坝后，太靠近岸边，会受到挑流影响，靠岸里侧一些，则进水口需要加宽，增大了山体开挖量。暴雨季节，山体滑坡，进水口会逐渐淤死。且岸边距愉怀铁路桥墩只有60m左右，离桥墩太近会引起桥墩的不稳定，所以取水口考虑宽度为6.81m，即占原溢流坝段6.81m，溢流坝段长度即由原来的170m减少为163.19m。
　　 在左岸从坝轴线向下游50米左右，山体坡度较缓，开挖方量小，不易引起滑坡，而且护坡较为方便。若直接在大坝下游紧靠大坝建电站，由于山体坡度较大，而开挖方量较大，再者，由于厂房与坝距离太近，洪水时大坝跳流会波及厂房，易形成雾化，对厂区设备及安全有较大影响。所以考虑将厂房布置在距离大坝约50米处的凹向左岸的山窝处，初步估计最远挑距为60米，厂房稳定性可不受影响，洪水时有少量水雾现象，不影响厂房得安全运行，若再将距离拉远一些，引水距离则显得过长，增加了不必要的工程量。综上所述得其如下布置特点：
　　1)根据渔滩水电站已建成的工程总体布置，通过综合分析比较，该二期工程利用原大坝，共用同一水库，在左岸大坝下游顺河布置主厂房，主厂房机组纵轴线与坝轴线平行布置，距坝轴线为46.7m，且厂房岸边护坡距愉怀铁路桥墩60m，超过建筑物之间的安全距离，故厂房的建设对原大坝及愉怀铁路的稳定性不影响，可以安全的进行施工，同时厂房的独立施工可以减少因施工场地受限而带来的施工干扰，为加快工程进度提供了条件。
　　2)引水管末端与主厂房之间设置伸缩缝，便于引水道砼管的施工及厂房砼浇注互不干扰，可以同步进行，且该施工缝离坝轴线为40m，是坝体外的最佳安全距离。
　　3)考虑到愉怀铁路的桥墩离大坝左岸仅70m左右，故厂房布置与桥墩须保持安全距离，考虑到进水口的布置，则厂房与桥墩距离为60m，且在开挖施工中尽量不放炮或控制装药量，以减少对已有建筑物安全的影响。
　　4)本电站下游效核水位较高为424.3m，为节约开挖工程量，减少土建投资，确定厂房安装间高程为425m，高于发电机层422.475m，且厂房下游侧及左侧均采用防洪墙挡水。
　　5)本电站机组采用轴流转浆式，建基面高，施工方便，下游围堰低，水下工程量少，易布置、易渡讯，对原挡水坝及周围建筑物无较大破坏。
　　6)厂房出线电网与原右岸厂房电网共用，统一调度管理。
　　7)根据选定的厂房与引水道的布置，经调节保证计算，当引水管直径为5.33m时，GD2=240t・m，ΣLV=822m2/s，有效关闭时间TS=14s，压力上升率ξ=76.6%，速率上升β=60%，尾水管真空度1.25m，显然计算成果较规范有所突破。考虑到本电站机组容量小，且系统投入主网运行，对电网影响小，为了不增加工程投资，在引水管直径不变的情况下，在调速系统中设置了导叶分段关闭装置。同时，严格控制压力钢管制造工艺，从而减轻和防止水轮机在反水锤时的抬机现象。
　　8)为使尾水渠水流平顺，尾水管出口宜在离机组中心线下游52.3m处以140度角与原河床411.01m高程底部相接，有利于电站的出力，同时减少了尾水渠段的开挖及进厂公路的稳定。
　　2.3 厂房布置
　　1)主厂房布置
　　 主厂房主机间长42m、宽18.83m、高12.5m，内装2台型号为ZZ660-LJ-340及SF8000-36/4870型的水轮发电机组，装机容量为2×8000kW，引用流量为65m3/s。从上至下分为发电机层、水轮机层、涡壳层。
　　 发电机层地坪高程为422.475m，内设80/20t双梁电动桥式起重机一台，轨距16m，轨顶高程435m，轨顶高程考虑了安装间的抬高，满足主机安装检修要求，吊车梁为钢筋砼T型梁。机电设备布置为油压装置，调速器布置在厂房上游侧，励磁屏和机旁盘布置在厂房上游侧，在2＃机组第Ⅱ象限布置有吊物孔用于起吊闸阀等设备。在1＃机组第Ⅱ象限和2#机组第Ⅲ象限有楼梯下至水轮机层。发电机层楼盖采用钢筋砼板梁结构，其上部结构形式为钢筋砼框架填充墙，屋顶设彩钢板轻型屋盖，梁顶铺设预制钢筋砼屋面板。

　　 水轮机层地面高程417.00m，层高5.475m，该层主要布置发电机母线及油气水管路系统。母线及电缆主要布置在上层，油、气、水管路布置在下层，发电机母线出线布置在第Ⅱ象限与＋Y轴夹角为45°，中性点出线布置在第Ⅰ象限与＋Y轴夹角为45°。水机层层面布置如下：第Ⅰ象限布置阀坑，－Y方向布置机墩进人孔。机墩为钢筋砼圆筒式，墩体内径4.4m，墩厚1.8m。2＃机组第Ⅳ象限布置有楼梯与阀坑相连，两台机组之间有通往水泵房的楼梯。
　　 阀坑地面高程408.852m，层高8.148m，布置在涡壳上游侧，宽3.5m，除布置水轮机进水装置外，各机组涡壳、尾水管进人孔也在该层设置。在该层还设有排水廊道将水排入集水井中，排水廊道位于两台机组之间，廊道中心线距1＃机组中心线10.493m，廊道底板高程410.00m廊道宽2.4m，高2m，长13.4m。
　　 水轮机安装高程413.608m，尾水管底高程404.088m，出口尾水顶高程408.375m，孔口高4.287m，主厂房建基面高程402.50m。
　　 安装间紧靠主机间左侧，长18m，宽18.83m。本工程由于厂房尾水效核洪水位高程为424.30m，若安装间高程与发电机高程同高，安装间段还需深挖2.5m，增加了安装间段厂房的开挖，增大了主厂房排水量，进厂公路需增设45m长的防洪墙，故为满足进厂公路交通及防洪要求，减少工程量，抬高了安装间的高程，即为425.00m，安装间平面尺寸满足机组各主要部件大修空间。安装间屋盖高程与发电机层高程同为440.50m，其上部结构也与主机间相同。安装间与发电机层高差较大，在安装间靠主机间的下游侧设有楼梯与主机间相连。
　　 2)副厂房结构布置
　　 副厂房分两部分布置，分别布置在主厂房的上、下游两侧。
　　 上游侧副厂房紧靠主厂房，主副厂房之间设伸缩缝，副厂房长41.575m，高15.502m，电气副厂房分三层布置，自下而上为：第一层管道间，宽4.2m，地面高程417.573m，层高4.902m，管道间地坪高程比水轮机层地坪略高，与水轮机层楼梯相连；第二层为6.5KV高压开关室，楼面高程为422.475m，层高4.5m，有两处水平通道与发电机层相通，6.5KV高压开关室下部宽5.4m，上部宽8.0m；第三层为35KV开关室，地面高程为427.375m，层高6.1m，宽8.0m，35KV开关室上游侧布置主变场，主变压器检修时由轨道推进安装间检修。
　　 下游侧副厂房布置在尾水管上层。尾水管道较长，从结构布置以及工程量节省等方面考虑，在主厂房下游侧尾水管上层布置水泵房，水泵房长5.6m，宽4.2m，地面高程410.00m，层高6.885m，冲砂管从水泵房上层穿过。水泵房上层布置有油气层、空压机房和油库，长41.6m，宽5.785m，高8.0m,地面高程417.00m，油气层设有两处水平通道与水机层相通。
　　 3)尾水建筑物结构布置
　　 尾水建筑物包括尾水闸门、尾水平台和尾水渠，将发电尾水导入河床。
　　 水轮机尾水扩散段设宽1.2m的中隔墩，形成一机两个尾水孔，设两扇尾水闸门，双机共用。每个尾水孔宽4.8m，高4.287m。闸墩与厂房下游侧钢筋砼防洪墙联成整体，以增强主厂房下游挡水结构的刚度。
　　 尾水平台高程425.00m，高出最高尾水为0.7m，平台长49.6m，宽10.385m，平台布置QPT-1R250-13台车式起闭机起闭尾水闸门。平台直接与进厂公路相连。
　　 尾水渠布置在尾水平台与河床之间，引导发电尾水平顺进入河床。渠底宽30.088m，长约25m，其中反破段长20m，反坡坡比为1：2.9，水平段长5.0m。尾水渠底板出口高程为411.01m，尾水渠底板用钢筋砼衬砌，尾水渠两边设1.5m厚钢筋砼导墙。为使水流平顺进入主河床，尾水渠水平段后，尾水渠内侧设尾水导墙，将尾水引入主河床。
　　3 施工中的重点、难点及变更
　　施工重点：
　　 本次设计中，厂房施工工期的把握是本次设计的重点，因此现场施工中施工工序的先后成了本次设计的关键所在，所以本次设计厂房的施工程序确定为逆向施工，即先把主厂房的排架柱形成，目的是为了形成行车梁，有利于桥机的运行，便于吊装金属涡壳、水轮机、发电机等设备。水轮机层和发电机层楼板和柱整体浇注，只是在水轮机层和发电机层留出机墩预留孔，主要施工顺序为尾水管施工、涡壳施工、水下墙施工、下游副厂房施工、主厂房排架柱施工，水轮机层、发电机层楼板施工，行车梁施工，屋盖封顶，机墩施工，油水气管路安装，电气安装，上游副厂房施工。
　　施工难点：
　　 本设计中引水砼压力管的模板制作，又本次设计中的压力砼管为不均匀的弧形段，加上现场条件（没有定型模板，工人师傅只能用木模板现场组装，而且熟练程度不高），所以在立模板上花了很长的时间，甚至还出现了施工错误，因此本段施工对工期造成了延误，相应的损失也增加了。所以我认为在以后的设计中要考虑到现场的施工情况及施工队伍的质量，必要时可以考虑压力钢管，以方便施工，减少因工期延误带来的损失。
　　施工变更：
　　设计中，尾水渠平直段与尾水渠出口成140度角连接，施工中业主为减少开挖及现场施工方便，尾水平直段与出口段开挖成70度角，对尾水出力无影响。
　　设计中，安装间长为18m，实际施工中考虑到边坡的稳定情况，安装间长度按16m施工。
　　4 结束语
　　 扩容工程设计应根据已建工程的布置，充分利用有利的地形地质条件及已有闲置建筑物和设施，施工时对现有建筑物影响要小，做到方案较优、结构合理、施工简单及造价较低。本工程自投产发电以来，厂房机组运行情况良好，达到了预期目的。
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