1、浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 其他類型廠房其他類型廠房2007年年7月月 前面所述水電站廠房的布置設計主要是引水式地面廠房為例，其布置基本原理對其它型式的廠房也適用，本節主要說明其它類型廠房布置上的一些特點。 第一節 壩后式、溢流式、壩內式廠房 一、壩后式廠房 布置在非溢流壩后、與壩體銜接的廠房。 壩址河谷較寬，河谷中布置溢流壩外還需布置非溢流壩時，通常采用這種廠房。 廠壩連接方式 （1）廠壩連接處設縱向沉降伸縮縫將廠壩結構分開。廠壩各自獨立承受荷載和保持穩定，結構受力比較明確。壓力鋼管穿過縱縫處應設置伸縮節。 （2）廠壩連接處不設縱向沉降伸縮縫，廠房下部結

2、構通常與壩體連接成整體，廠壩共同保持整體穩定。壩體的變位會影響廠房，壩體承受的荷載一部分要傳給廠房承擔，連接處需要傳遞較大的推力和剪力，因而廠壩連接段的結構強度應足夠。布置特點v廠房上部與壩體之間的空間較大，主變與副廠房往往可布置于此，開關站有時也以高架型式布置在壩的下游面上。 二、溢流式廠房 v廠房布置在溢流壩后，洪水通過廠房頂下泄。v溢流式廠房適用于中、高水頭的水電站，壩址河谷狹窄、洪水流量大，河谷只夠布置溢流壩，采用壩后式廠房會引起大量土石方開挖，這時可以采用溢流式廠房。v溢流式廠房布置緊湊，由于廠房通常布置在河床中央，泄洪時下游水流條件較好。 新安江水電站(一) 溢流式廠房布置特點v

3、廠房頂泄洪，溢流式廠房通常是全封閉的，一般不設窗戶。上游被大壩所擋，因此需要人工照明、通風和防潮等措施。中央控制室、發電機層和各主要通道的照明最為重要，必須全天照明，以便運行人員監視和巡回檢查以及處理緊急事故；通風機室一般布置在廠房的兩端，便于進風和排風。 v 溢流式廠房的廠壩之間往往留有較大的空間，常將副廠房布置在廠壩之間，可節省投資。但由于廠壩之間陰暗潮濕，空氣不好，設計時要進行必要的裝飾，使副廠房具有較好的通風、照明和防潮功能，為運行人員和機電設備提供良好的工作條件。 v 尾水平臺在泄洪時受到較大的吸力，而且在泄洪開始和終了時受到水舌的沖擊，所以尾水平臺上不宜設副廠房。v 溢流式廠房的安

4、裝間結合進廠交通條件，一般設于主廠房的一端或兩端，很少設于中間。安裝間大門設計要考慮泄洪時防止濺水或地面水進入廠房發電機層，防止水滲入安裝間下面的房間，必要時設置臨時防洪設施。v 為了減小溢流頂板的跨度，主廠房內除布置主機及必要的附屬設備并留有主通道外，盡量不布置輔助設備和電氣設備，后者宜布置在廠壩之間。v 由于溢流廠房頂承受巨大的水重、頂板自重及水平推力(來自大壩及溢流時)，廠房排架通常由整片很厚的鋼筋混凝土箱形結構組成，而不另設柱子。 新安江水電站橫剖面新安江水電站橫剖面(二) 溢流式廠房廠壩之間的下部連接型式(1) 廠壩分開。在廠壩之間設永久性沉降伸縮縫。鋼管通過廠壩之間必須設伸縮節，以

5、適應地基不均勻沉陷。(2) 廠壩整體連接。廠壩之間不設永久縫，施工縫進行回填灌漿，并有騎縫鋼筋相連，使廠房底板與壩體連成整體，廠壩之間不設伸縮節。(3) 廠壩縫面接觸式連接。這種連接方式介于廠壩分開和整體連接之間。在廠壩之間留施工縫，待混凝土達到穩定溫度后再進行接觸灌漿，縫面不放插筋，不做鍵槽。這種縫面能傳遞水平推力，不能傳遞很大彎矩和剪力。廠壩之間的連接方式主要取決于地質條件，地基條件好可采用整體連接方式，地基條件差的宜采取分開布置。三、壩內式廠房v布置在壩體空腔內的廠房稱為壩內式廠房 v壩內式廠房布置在溢流壩內，泄洪以及洪水期的高尾水位不直接作用于廠房。但壩內空腔削弱了壩體，使壩體應力復雜

6、化。v壩內式廠房壩體空腔的大小和形狀對壩體的應力影響很大。空腔的大小和形狀應結合壩型、壩高、廠房布置的要求，選擇優化斷面。壩內廠房的布置設計應與大壩剖面形狀的擬定密切配合進行v壩內式廠房機組容量的確定、機電設備的選擇和布置必須與壩內空腔的大小相適應。應采取一定的措施盡量減小主廠房的高度或寬度。v壩內式廠房副廠房的布置要視壩體空腔的大小而定。當廠房空腔寬度較大，副廠房可平行布置在同一空腔內主廠房的上、下游側。當廠房空腔寬度較小時，可將大部分副廠房布置在壩外。v壩內廠房布置有需特別注意防滲、防潮、通風、照明問題。壩內空腔周圍需設有隔墻，空腔壁與隔墻間布置排水溝管，主廠房頂部設有頂棚，上鋪防水層。壩

7、內廠房應有完善的通風、照明系統。第二節 河床式廠房大化水電站橫剖面大化水電站橫剖面v廠房與擋水建筑物一起座落在河床上，成為擋水前沿的一部分，廠、壩在結構上合為一體。v河床式廠房布置和結構計算的特點： 1廠房即是擋水建筑物，廠房上游側設置比較擋水墻來承受上游水壓力，因此必須進行廠房總體穩定分析和計算，包括抗滑穩定、基礎防滲、地基應力等一系列問題。2河床式水電站的進水口是與廠房的主機室連接成為一個整體結構, 進口段的設計即為廠房設計的一部分。一、裝置立軸軸流式水輪機的河床廠房一、裝置立軸軸流式水輪機的河床廠房3廠房的上游側一般不設吊車梁，將吊車軌道直接鋪設在由上游擋水墻伸出的帶形牛腿上。另外由于機

8、組容量大，水輪發電機組的尺寸較大，發電機的重量大，廠房橋吊、立柱、吊車梁的負荷也較大。4由于水電站的水頭低，單機引用流量大，通常采用鋼筋混凝土蝸殼。為了縮短機組段長度，蝸殼包角為為了縮短機組段長度，蝸殼包角為135225，常用，常用的為的為180；由于引用流量大，尾水管尺寸大，尾水平臺加寬，平臺由于引用流量大，尾水管尺寸大，尾水平臺加寬，平臺下面空間較大，可以布置很多輔助設備。下面空間較大，可以布置很多輔助設備。5低水頭大容量的水輪機（即軸流轉漿式機組）氣蝕性能較差，要求安裝高程較低，因此基礎開挖很深，水下混凝土方量很大。為了減少方量，尾水管擴散段底板常常上翹。6河床式電站的水庫容量不大，水庫

9、中流速較大，泥沙、漂浮物均會被帶到廠房前面，要考慮排沙、防淤及排污措施。泥沙問題處理不當，可能淤死進水通道，加快水輪機磨損。防污措施不當，也能壓垮攔污柵，造成停電事故。7河床式電站落差不大，洪水期落差更小。尾水位高，除出力受阻外，對電站廠房設計也會造成不利的影響。一是進廠道路高，發電機層低，因此安裝間與發電機層不在一個高程上。二是下游墻受到的水壓力也大，幾乎使廠房兩面受壓。二、裝置貫流機組的河床廠房二、裝置貫流機組的河床廠房虎跳巖電站廠房虎跳巖電站廠房( (軸伸式機組軸伸式機組) )v水頭低于水頭低于20m的大中型河床廠房常采用貫流式機組。的大中型河床廠房常采用貫流式機組。v機組轉輪部分裝置于

10、轉輪室內，發電機部分設于位機組轉輪部分裝置于轉輪室內，發電機部分設于位于水輪機上游的燈泡體內。于水輪機上游的燈泡體內。v燈泡體固定于混凝土墩上，有的水電站廠房中燈泡燈泡體固定于混凝土墩上，有的水電站廠房中燈泡體用輻射布置的混凝土支承結構固定于流道中，以體用輻射布置的混凝土支承結構固定于流道中，以改善流道中的流態。改善流道中的流態。v燈泡體外殼可以拆開以便裝卸發電機，電機轉子直燈泡體外殼可以拆開以便裝卸發電機，電機轉子直徑不大時可從轉輪室吊出燈泡體，否則需在燈泡體徑不大時可從轉輪室吊出燈泡體，否則需在燈泡體流道上方設專用吊孔吊運發電機。流道上方設專用吊孔吊運發電機。v燈泡的首尾部設有通道供運行人

11、員進出和引出母線。燈泡的首尾部設有通道供運行人員進出和引出母線。通道也可設在燈泡體支撐結構的空腔內。通道也可設在燈泡體支撐結構的空腔內。v通往廠房上部和下部的水輪機固定支柱，其空腔用以通往廠房上部和下部的水輪機固定支柱，其空腔用以引出各種輔助管道和電纜，尺寸適宜時也可兼作通道。引出各種輔助管道和電纜，尺寸適宜時也可兼作通道。v燈泡式貫流機組：發電機裝置在燈泡體內，發電機定燈泡式貫流機組：發電機裝置在燈泡體內，發電機定子是燈泡體的組成部分，燈泡體的直徑由發電機確定。子是燈泡體的組成部分，燈泡體的直徑由發電機確定。v軸伸式貫流機組：發電機裝置在外部。軸伸式貫流機組：發電機裝置在外部。v水頭較小時，

12、與采用立軸軸流機組比較，貫流機組廠水頭較小時，與采用立軸軸流機組比較，貫流機組廠房的機組段長度和安裝場尺寸減小，結構簡單，廠基房的機組段長度和安裝場尺寸減小，結構簡單，廠基面可以提高，廠房鋼筋混凝土和開挖土石方可減少，面可以提高，廠房鋼筋混凝土和開挖土石方可減少，施工安裝方便。施工安裝方便。v在水輪機方面，貫流機組的效率高于豎軸軸流機組。在水輪機方面，貫流機組的效率高于豎軸軸流機組。v由于允許將機組裝得低些也不致引起深開挖，水輪機由于允許將機組裝得低些也不致引起深開挖，水輪機的氣蝕問題可得以減輕。的氣蝕問題可得以減輕。三、泄流式河床廠房三、泄流式河床廠房v泄流式河床式廠房簡稱泄流式廠房，也稱混

13、合式泄流式河床式廠房簡稱泄流式廠房，也稱混合式廠房。其典型的布置有：廠房。其典型的布置有：n泄水道可布置在蝸殼與尾水管之間，以底孔形式泄水道可布置在蝸殼與尾水管之間，以底孔形式泄水；泄水；n布置在蝸殼頂板上布置在蝸殼頂板上(發電機置于井內發電機置于井內)，發電機層上，發電機層上部或主機房頂上，以堰流方式泄水；部或主機房頂上，以堰流方式泄水；n在尾水管之間布置泄水廊道，或將機組段與泄水在尾水管之間布置泄水廊道，或將機組段與泄水道間隔布置，稱閘墩式廠房。道間隔布置，稱閘墩式廠房。泄水式河床廠房的特點泄水式河床廠房的特點v 利用廠房機組段布置泄水道，可以減少泄水閘的長度，利用廠房機組段布置泄水道，可

14、以減少泄水閘的長度，有的工程甚至可以完全不建單獨的泄水建筑物。有的工程甚至可以完全不建單獨的泄水建筑物。v 在多沙河流上利用廠房的泄水底孔排沙效果顯著。我在多沙河流上利用廠房的泄水底孔排沙效果顯著。我國某電站進行的現場側驗表明，廠房泄水底孔的單位國某電站進行的現場側驗表明，廠房泄水底孔的單位流量排沙能力為水輪機進水口的流量排沙能力為水輪機進水口的78倍，排沙量則為倍，排沙量則為89倍，底孔排沙時期進入水輪機的泥沙顆粒級配較入倍，底孔排沙時期進入水輪機的泥沙顆粒級配較入庫泥沙細得多，底孔排沙對廠房起到庫泥沙細得多，底孔排沙對廠房起到“門前清門前清”的作用，的作用，為專門的沖沙閘所不及。為專門的沖

15、沙閘所不及。v 河流漂污問題嚴重和有排冰要求時，利用廠房的溢流河流漂污問題嚴重和有排冰要求時，利用廠房的溢流堰泄水可順暢地排除廠房前的漂污和浮冰，防止或減堰泄水可順暢地排除廠房前的漂污和浮冰，防止或減輕污物，冰塊堆積在進水口前封堵攔污柵。輕污物，冰塊堆積在進水口前封堵攔污柵。泄水式河床廠房的特點泄水式河床廠房的特點v 河床狹窄時采用閘墩式廠房可減少開挖和占用河岸的河床狹窄時采用閘墩式廠房可減少開挖和占用河岸的場地。場地。v 從流態來看，采用閘墩式廠房的樞紐，不論在洪水期從流態來看，采用閘墩式廠房的樞紐，不論在洪水期還是在平枯水期，樞紐上下游河流的水流狀態幾乎與還是在平枯水期，樞紐上下游河流的水

16、流狀態幾乎與未建樞紐前相同，排沙、排污和排冰的效果較好。未建樞紐前相同，排沙、排污和排冰的效果較好。v 閘墩式廠房的缺點是機組分散，施工和運行不便。閘墩式廠房的缺點是機組分散，施工和運行不便。v 泄流式廠房利用泄水道泄水時產生的增差作用，可以泄流式廠房利用泄水道泄水時產生的增差作用，可以部分地恢復水頭，減少受阻出力，增加發電量。但要部分地恢復水頭，減少受阻出力，增加發電量。但要注意，根據經驗，廠房泄水底孔和水輪機的流量比不注意，根據經驗，廠房泄水底孔和水輪機的流量比不宜大于宜大于1。第三節 地下式廠房 v把水電站廠房等主要建筑物布置在山巖洞室之中就是地下廠房 v目前國外建成的地下水電站約有35

17、0座，總裝機容量達40000MW。我國已建成的地下水電站有40余座，總裝機容量約5000MW。v由于開挖機械的不斷改進和施工技術的不斷提高，地下開挖的進度越來越快，造價越來越低，因此近年來國內外地下水電站建設速度加快。溪洛渡水電站地下廠房錦屏二級水電站地下洞室群一、地下廠房的優缺點v廠房位置可以選擇地質條件較好的區域，廠房布置較靈活。v河道比較狹窄、洪水流量較大的情況下，采用地下廠房可減少與泄洪建筑物的矛盾，并便于施工導流。v可以全年施工，不受雨、雪、酷暑、嚴寒的影響。v與其它建筑物的施工干擾少，有利于快速施工。v雪崩、山坡塌方造成的危害小些，人防條件也好。v可以降低安裝高程，改善水輪機運行條

18、件。在下游尾水位變幅很大時，對廠房也無大影響。v有可能縮短高壓管道，并可能取消調壓室。采用地下鋼管比露天鋼管要安全些，并可節省鋼材。地下廠房的缺點：v 地下巖石開挖量很大，增加了工程的開挖費用。v 通風、防潮、照明條件較差，要有專門措施，否則對設備和管理人員都不利。v 地質條件較差時，用于支護方面的費用將要增加。二、地下廠房的布置型式 根據根據廠房廠房在在引水系統中引水系統中的位置，地的位置，地下廠房的布下廠房的布置有置有首部式、首部式、中部式和尾中部式和尾部式部式三種。三種。1首部式地下廠房首部式地下廠房 廠房位于電站引水系統的首部。 特點： 有壓引水隧洞較短，尾水隧洞較長，有可能需要設置尾

19、水調壓室。 不設上游調壓室，單元供水，可不設下端閥門。 因而可以降低造價。 2尾部式地下廠房特點：v具有較長的引水隧洞和較短的尾水隧洞，一般均設有上游調壓室。v廠房靠近地表，尾水洞短，廠房的交通、出線及通風等輔助洞室的布置及施工和運行管理比較方便，因而采用較多。v尾部式地下水電站適用水頭范圍較大，最高水頭達1000m以上，目前高水頭電站多采用尾部布置方式，我國已建成的地下水電站尾部式占70%以上。 3中部式地下廠房 廠房位于引水系統的中部 同時具有較長的上游引水道和下游尾水道，當引水道和尾水道均為有壓時需要同時建引水調壓室及尾水調壓室。 地下廠房的布置型式的選擇，要結合水電站水能規劃、當地的地

20、形、地質、交通運輸、出線條件、施工和運行條件，經過技術經濟比較確定。三、地下廠房的洞室組成 主廠房洞室+附屬洞室洞室群。 附屬洞室主要布置：機電設備、交通運輸、出線、通風道。 1交通運輸洞和安裝間 交通運輸洞是地下廠房的主要對外通道。 形式：平洞、豎井。 位置：與安裝間位置直接關連，兩者應一起考慮確定。安裝間：主廠房一端、廠房中間機組段之間。 2地下副廠房地下副廠房v必須靠近主機的附屬設備集中布置在緊靠主機房的地下副廠房內。v其他可以利用己有洞室分散布置或放在地面副廠房內。v為避免增加主洞室的跨度，地下副廠房往往設于主廠房的一端。v機組尺寸不大，圍巖穩定性好時，也可將地下副廠房放在主廠房一側，

21、主副廠房集中布置在同一主洞室內。 3主閥門洞室主閥門洞室v水輪機前設有快速閥門時，主閥室可布置在主廠房內，利用廠房橋吊吊運，以免另開閥門洞和增設專用橋吊。v主閥室可布置靠近廠房上游側的單獨閥門室內。 這種布置有利于減小主廠房洞的跨度，閥門爆破后不致危及主廠房。4尾水洞、尾水閘門洞、尾水調壓室尾水洞、尾水閘門洞、尾水調壓室v尾水隧洞比較長時，可采用聯合出水或分組出水方式；尾水隧洞不長時，采用單獨出水，即一機一洞出水。v每臺機組一般均應設置尾水閘門井，上部設有尾水閘門洞室，用以吊運和操縱啟閉尾水閘門。v尾水隧洞為有壓而長度又較長時，尾水隧洞首部還需建尾水調壓井。5主變洞、開關洞和出線洞主變洞、開關洞和出線洞v大中型地下水電站，主變一般放在地下主變洞內，以縮短發電機母線長度。需設專門的通風、排煙、防火和防爆措施，洞內設防爆門和防爆隔墻。v主變洞應靠近主廠房以便于變壓器的運輸、安裝和維修，減小母線長度。v當地面地形陡峻而不宜布置開關站時，開關站也可布置在