抽水蓄能電站水利樞紐工程建筑物設計方案1．1輸水系統布置1．1．1輸水系統地形地質概況輸水系統的平面布置沿水竹溝山到龍興亭山脊線布置。輸水線路上游段通過地形為丘陵，地形起伏，最低點高程66.0m，下游尾水隧洞則在龍興亭山的西山麓地形平坦處。上進出水口位于主壩轉折處山坡腳，該山坡斜度約15°～25°，屬穩定坡，該處強風化帶后約4～8m。引水隧洞全線處在弱風化~微風化的第（1）層、第（3）層灰白色熔結凝灰巖和第（2）層肉紅色熔結凝灰巖內，中部有兩條花崗斑巖脈分布。上進出水口至豎井段屬Ⅱ~Ⅲ類圍巖，其余段為Ⅱ類圍巖。在洞軸線中部有兩條陡傾角，寬0.5～1.0m的斷層(F1、F3)通過,與洞軸線近正交，對圍巖穩定影響不大。廠房至下進出水口的尾水隧洞穿過破碎帶寬約5m的F5斷層，該段巖性由熔凝結灰巖及部分安山玢巖組成，屬Ⅲ類圍巖。1．1．2輸水系統的線路位置選擇為減小上進出水口對主壩的干擾和便于上游事故檢修閘門井的布置，對上平段路線應詳細考慮。由于主壩在水竹溝山處轉折，為改善上進出水口的水流條件，減小對主壩趾板的影響，上進出水口及隧洞上平段于主壩正交。隧洞上平段軸線為NE59°1326。為盡量使隧洞有較厚的上覆巖體厚度，隧洞上平段軸線在上游事故閘門井后19m即采用豎井與下平段連接，并將下平段軸線向北轉動42°3′3″，繞過龍興亭東側山谷低點，減少了鋼襯長度。為與廠房平順連接，輸水系統軸線在平面上于點向南轉動，轉彎半徑90m。鋼支管與廠方軸線斜交，使廠房、變電站、尾水渠充分利用現有地形，減少工程量。為使兩條尾水隧洞間有足夠的巖體厚度，兩個尾水管各向外偏轉8，擴大至20m時，兩軸線改為均向內轉動8使兩條尾水隧洞的中心線與廠房軸線垂直，并與尾水渠平順連接。1．1．3輸水系統工程布置輸水系統建筑物主要由上進出水口、引水隧洞上平段、上游事故檢修閘門井、豎井高壓隧洞下平段，壓力管道、鋼岔管、鋼支管、尾水隧洞、下游事故檢修閘門井，下進出水口等組成。上進出水口寬為22.9m，長為50.0m，由防渦梁、攔污柵、擴散段、漸變段組成。進出水口底板高程為100.0m，頂高程為109.75m，防渦梁頂高程111.75m，上進出水口分為四孔，設四扇攔污柵。上進出水口后接直徑6.5的采用鋼筋混凝土襯砌的引水隧洞上平段，長70.32m（含事故檢修閘門井段）。上游事故檢修閘門設在上平段，閘門孔口尺寸5.6m*6.5m（寬高），閘門槽設在內徑7.60m的圓形閘門井內，閘門井頂高程141.0m。閘門井與壩體間設交通橋連接。為保證引水隧洞上平段末端不產生負壓，上平段底坡采用8%，后接直徑6.5m的上彎段（長29.82m，轉彎半徑R=20.0m，轉角為85°25′32″）。豎井段（長61.67m）和下彎段（長31.32m，轉彎半徑R=20.0m，轉角為89°42′49″）。下彎段后的高壓隧洞下平段底坡為0.5%，長354.02m（包括鋼襯前漸變段），洞徑6.5m。壓力鋼管直徑5.0m,壁厚20mm,末端處直徑漸縮為2.8m(同蝶閥直徑)，進入廠房后與蝶閥相接，其長度分別為30m和34m。從上進出水口至機組中心輸水道長度717.9m～721.57m，坡為10%，其底坡大小由機組安裝高程、下進出水口地板高程，變電站布置長度、隧洞施工要求等而定。為保證尾水隧洞有一定的上覆巖體厚度，同時考慮下進出水口的水流條件及尾水隧洞頂部地面建筑物的布置要求，在尾水隧洞和下進出水口之間射長15的連接管（埋管）。兩個下進出水口相同，總寬為36.4m，單個進出水口寬16.4m，長為51.0m，由防渦梁、攔污珊、擴散段、閘門段和漸變段組成。下游事故檢修閘門槽設在漸變段后的豎井內，閘門孔尺寸為4.2m×4.8m(寬×高)，豎井外輪廓尺寸5.5m×8.0m，頂面高程3.0m，與地面齊平。閘門段后接下進書水口擴散段。下進出水口采用斜底板，底坡與尾水隧洞相同。進出水口前緣底高程0.00m，高度7.20m，防渦梁頂高程為9.20m。洞頂正面邊坡（變電站側）1：1.5，兩。兩側邊坡1：2。每個進出水口分成三孔，分別設三扇攔污珊。下進出水口后設置底板高程為-2.0m（低于進出水口底板2）得下前池，后以邊坡1：5的斜坡段尾水渠相接。上、下進出水口之間輸水管道長度為890.34m～893.31m。上、下進出水口之間輸水管道線路（水平投影）長度為808.31m。1．1．4上進出水口設計1．1．4．1底板高程確定進出水口高程主要根據最低運行水位，體形布置確定的進出水口高度、最小淹沒水深和水利過度過程計算成果，地形、地質條件及水工結構布置等因素而定。最小淹沒水深一般按常規電站用戈登經驗公式決定（抽水蓄能電站進出水口的工作條件與該公式有所區別），另外國外對抽水蓄能電站進出水口水工模型實驗資料分析，不產生吸氣旋渦要求佛汝德數小于0.23，同時應保證進出水口頂板以上水深不小于0.5米。本工程上進出水口底板高程100.00m，遂洞高6.50m，竟擴散后其高度增加到9.75m。上水庫運行最低水位為116.00m，進出水口頂板淹沒水深6.25m。竟技術，進出水口頂板要求最小淹沒水深;佛如德數Fr=0.21，亦小于規定值。因此上進出水口布置符合淹沒進流、不產生吸氣旋渦條件。1．1．4．2上進出水口體形尺寸抽水蓄能電站運行是雙向水流，進出水口的水力條件比較復雜，對電站運行的影響也比一般常規水電站大。進出水口型式參照國內外已建和正在設計建設的電站，經比較采用側式進出水口。經水工模型實驗驗證，體型尺寸基本可行。上進出水口為箱形鋼筋混凝土結構，凈寬（含分流墩厚度）19.9m，凈高9.75m，其后為直線變化的漸變擴散段，變為凈面積6.5m×6.5m的方形孔口，再接方圓漸變段。進出水口總長為50m。進出水口擴散段在平面上為對稱擴散，擴散角。垂直向頂板擴散角為，用三個分流墩分成四孔，孔口首端凈寬4.0m，分流墩厚1.3m，高9.75m。攔污柵設在首端，過柵最大毛流速為0.75m/s。分流墩墩頭為半徑0.65m的半圓，敦尾為折線。為使抽水時水流均勻分配，兩個中孔的寬度各為0.22倍。在進口前端設三道防渦梁，斷面尺寸1.75×2.00（寬×高），凈距1.30m。上水庫庫區較小，污物來源很少,攔物柵檢修的概率不大,但為防萬一,在進出水口處斜坡上設滑道,另在進出水口擴散端頂板上用塊石回填至攔污柵處頂板高程111.75m，以作為攔污柵平臺高程以下。1．1．4．3上進出水口與上水庫的連接由于上進出水口基本位于上水庫庫底，為改善水流條件及防止進出水口淤積，在上進出水口前設置上前池，池底高程98.00m（低于進出水口底板2.00m），底面寬21.90m，順水流向長40.00m，并以1：3的邊坡與庫底連接，兩側的邊坡為1：1.7，池頂高程111.75m。上前池表面用混凝土保護，并在護坡上設置排水孔，以減小揚壓力。進出水口周圍地形較低，為整理庫盆，利用棄石碴將進出水口周圍115.00m高程以下的低洼處填平，一方面可少占庫外堆碴場地，另一方面亦可減小死庫容，縮短水庫儲期蓄水和檢修水庫放空時間。1．1．4．4工程處理措施根據工程布置，主壩鋼筋混凝土面板與上進出水口擴散段頂板相連。為適應主壩面板變形，在兩者連接處設置了一道水平變形。同時，在進出水口底板下亦布置了一道灌漿帷幕，與兩側主壩趾板下的帷幕連成一體。為減少揚壓力，保證上進出水口的穩定，上進出水口底板設置直徑100mm，間距150cm的冒水孔，另在底板下布置φ25@150，L=4的錨筋1．1．5上游事故檢修閘門井設計1．1．5．1閘門井布置上游事故檢修閘門井設置在主壩下游地勢較高的水竹狗山上，位于引水隧洞上平段范圍，與主壩軸線相距17.5米。事故檢修閘門井孔口尺寸5.60m×6.50m(寬×高)，采用平板閘門。閘門井圍堰屬3類，巖石節理裂隙發育，為改善結構受力條件，閘門井采用原形斷面，內徑7.60m。閘門井頂部及穿越強風化巖石段的井壁厚為1.0m，期下部襯砌厚為0.7m。閘門槽設置在井的中部，其后布有通風孔，并兼作隧洞進人孔。由于閘門井離上進出水口前緣有97.5m，在電站運行過程中有調壓井的水力現象，經水力過渡過程計算，閘門井內最高涌浪水位為138.9m，取閘門井頂高程為141.00m。閘門工作平臺設在152.00m高程，由啟閉機操作。另外，為便于操作運行，在閘門井與主壩壩頂公路間設置了交通橋。1．1．5．2工程處理措施為加強閘門井圍巖的整體性，提高其變形模量，對井周巖體進行每圈８孔、排距３m、孔深４m、壓力為0.5MPa的固結灌漿，并加設φ22@150,L=4m的錨桿。1．1．6下進出水口設計1．1．6．1下進出水口位置選擇下進出水口位置由尾水渠布置、變電站尺寸、尾水管高程、尾水隧洞底板以及地形地質條件等因素而定。在保證尾水隧洞頂部地面布置變電站和交通道路、方便隧洞施工的前提下，為縮短為水隧洞長度，隧洞地板采用10%坡度。下進出水口已采用相應地破的斜坡板，除口前緣底板高程0.00m，離廠房機組中心的水平距離為169m，為水隧洞處于弱風化巖體中，近洞點上覆巖體厚度尚有5m以上。由于位水隧洞頂部地面布置變電站和交通道路，因此下進出水口擴散頂板及部分為水洞上回填塊石，相當于埋管。下進出水口凈寬7.20m，實際最小淹沒水深為5.80m，符合淹沒進流條件。1．1．6．2地面高程確定本電站廠房下游地面高程按一百年一遇洪水（水位22.25m）設計、二百年一遇洪水（水位21.59m）校核，設計風速22.5m/s。經計算，尾水渠波高0.6m，波長7m，地面高程采用23.00m。1．1．6．3下進出水口體型尺寸下進出水口采用香型鋼筋混凝土結構，每個進出水口前緣凈寬13.4m。（含分流敦厚度），凈高7.20m，其后衛直線變化的漸變擴散段，其斷面漸變成凈寬4.20m、高4.80m的方形孔口。喉結下游事故檢修閘門井及方圓漸變段。進出水口擴散段平面擴散角22°37′12″，垂直向擴散角為55726，由兩個分流墩分成三孔，出口處孔口凈寬3.60m、高7.2m、墩厚1.30m。攔污柵設在首端，過柵最大毛流速0.77m/s。墩頭為半徑0.65m的半圓，墩尾為圓弧曲線。為使發電時水流能均勻分配，兩個邊孔寬度各位孔口寬的0.35倍，中孔寬度為0.3倍。防渦梁布置在攔污柵外側，共三道，斷面尺寸為1.60×2.00m（寬×高），凈距1.2m。攔污柵由攔污柵工作橋上的門機吊放。攔污柵工作橋頂高程23.0m，同地面高程齊平。上水庫庫區較小，污染來源很少，攔污柵檢修的概率不大，但為防萬一，在進水口處斜坡上設置滑道，另在進水口擴散段頂板上用塊石回填至攔污柵處頂板高程111.75米，以作為攔污柵安裝檢修平臺。一旦需要檢修攔污柵，須將上水庫水位降低至攔污柵平臺高程以下。1．1．6．4上進出水口與上水庫的連接由于上進出水口基本位于上水庫庫底，為改善水流條件及防止進出水口淤積，在上進出水口前設置上前池，池底高程98.00m（低于進出水口底板2.00m），底面寬21.90m，順水流向長40.00m，并以1：4的邊坡與庫底連接，兩側的邊坡為1：1.7，池頂高程111.75m。上前池表面用混凝土保護，并在護坡上設置排水孔，以減小揚壓力。進出水口周圍地形較低，為整理庫盆，利用棄石碴將進出水口周圍115.00m高程以下的低洼處填平，一方面可少占庫外堆碴場地，另一方面亦可減小死庫容，縮短水庫儲期蓄水和檢修水庫放空時間。1．1．6．5工程處理措施根據工程布置，主壩鋼筋混凝土面板與上進出水口擴散段頂板相連。為適應主壩面板變形，在兩者連接處設置了一道水平變形。同時，在進出水口底板下亦布置了一道灌漿帷幕，與兩側主壩趾板下的帷幕連成一體。為減少揚壓力，保證上進出水口的穩定，上進出水口底板設置直徑100mm，間距150cm的冒水孔，另在底板下布置φ25@150，L=4的錨筋。1．1．7下游事故檢修閘門井設計1．1．1．1閘門井布置下進出水口事故檢修閘門設在鋼筋混凝土豎井內，為平板鋼閘門，閘門孔口尺寸為4.20m×4.80m(寬×高)，共2扇，由設在高程31.0m上的卷揚機操作。閘門段長8.0m，上游為漸變段，下游為進出水口擴散段。閘門井與岸邊交通采用回填方案。豎井外輪廓尺寸為8.0m×8.0m，閘門槽上游側設通風孔兼作進人孔，其尺寸為1.0m×1.0m。豎井頂高程23.0m，與地面齊平。每個閘門井上部有啟閉設備，分開布置。1．1．1．2閘門井結構設計下游事故檢修閘門井直接澆筑在基巖上，四周回填石渣，井身結構按鋼筋混凝土構件設計，建筑物等級為三級。墻厚填料指標考慮榮容重γ＝２１ＫＮ／m３，內摩擦角=40°。完建期建啟閉機室前，主要承受土壓力及結構自重荷載，建啟閉機室后還承受風荷載和啟閉設備及上部結構物重量。運行期考慮關閘、開閘兩種工況，閘門井車功承受的荷載除上述完建期（已建啟閉機室）的荷載外，還承受揚壓力、水壓力。閘門井底板與巖基摩插系數取0.60，地面活荷載考慮10KN/m2。經對擬定的閘門井進行抗滑、抗傾、基底壓力計算，結果均滿足要求。1．2尾水渠及排水溝1．2．1尾水渠及排水溝布置本工程利用沙河水庫作為下水庫，下進出水口與下水庫之間由尾水渠連接。根據地形特點，尾水渠沿開闊的龍界溝布置，溝寬80～120m，溝內覆蓋層厚8～10m，為沖洪積砂礫石夾粘性土，基巖頂板高程9.0～0.0m，向下游微傾。兩岸邊坡較緩，基巖多已裸露，地質條件簡單。尾水渠采用梯形斷面。設計底高程10.0m，底寬50m，兩側邊坡坡度為1：2，渠底坐落在沖洪覆蓋層上。為使龍岕溝、北小溝暴雨形成的洪水在施工期不進入尾水渠基坑、運行期也不直接進入尾水渠，在尾水渠的兩側布置了排水溝，用于排泄兩溝洪水。結合總體布置需要，排水溝上游段采用暗管式，下游段為明溝式。龍岕溝排水溝和北小溝斷面尺寸分別為2.202.30m和1.5×1.5m，排水縱坡0.5%。1．2．2尾水渠設計1．2．2．1尾水渠布置尾水渠基本順原河灣布置，一端與下進出水口前池以1：5的斜坡相連，另一端接到下水庫（沙河水庫），總長45899m，其中與下進出水口連接的直線段長110.00m，彎道段長143.99(轉彎半徑250m，中心角33。)，然后再接205m長的直線段。為防止沙河水庫養殖的魚類進入電站，在距下進出水口攔污柵180.0m處的尾水渠設置了攔魚設施。1．2．2．2尾水渠斷面設計本電站最大發電、抽水流量分別為120.2m3/s和110.8m3/s，下水庫死水位13.00m。根據地形地質、水流條件及工程布置需要，確定尾水渠底高程10.0m，底寬采用50m，邊坡1：2，坡頂高程為22.50m。為防止渠道沖刷，渠底和兩側邊坡均采用漿砌塊石保護；彎道段后因地形開闊渠道不再作襯砌保護。1．2．3排水溝設計1．2．3．1龍岕溝排水溝設計龍岕溝位于尾水渠南側，基本根據地形布置線路，總長約577.50m，進出底高程20.00m，出口底高程17.15m，縱向坡度0.5%。進口堤頂高程為22.50m。1．2．3．2北小溝排水溝設計北小溝排水溝布置在尾水渠北側，總長約502.5m，進口底高程20.50m，出口底高程18.025m，縱向坡度0.5%。進口堤底高程為22.50m。1．3廠房設計1．3．1廠區布置概述廠區布置主要包括三個部分，即廠房部分、變電站部分及對外交通。廠房部分由東側主廠房和西側副廠房組成，共占地為51m×33.52m,其位置位于廠房西側。廠區交通布置充分考慮運輸車輛的便利及廠區消防的要求，與廠區北端進廠公路相連。在主廠房裝配場外設置以回車場便于運輸車輛的回轉。變電站內主要交通道設于主變壓器與開關區之間，并直接與進廠公路相連，有利于主變壓器的運輸和裝卸，同時環開關區設回車道，兼做消防通道，亦直接通向進廠公路。廠房南、東兩側隔4.0m消防通道為高達30多米的邊坡，根據地質條件采用2：1邊坡，并于38.20和53.20高程處分別設2.0米寬馬道，在馬道和坡腳射排水溝，坡面采用1.5m×1.5m間距錨桿加鋼筋網混凝土保護方式，以確保邊坡局部穩定和防止巖體進一步風化。1．3．2主廠房主廠房主要布置在內徑為29m的豎井中，靠豎井東側，占豎井約3/4的面積，安裝有2臺50MW發電動電機組，機組間距13m，機組吸出高度-21m，機組安裝高程-8m。主廠房地下分為4層，分別為蝸殼層、水輪機層、中間母線層和發電機層，各層高程分別為-11.50m、-5.50m、-1.50m和2.50m，廠房最底開挖高程為-18.50m，尾水管底板高程為-15.70m。裝配場布置高程為23.50m，與室外地平高差為0.3m，其平面尺寸考慮一臺機組擴大檢修的需要，長度為19m，布置于廠房北側，直接與外部公路相連。主廠房設置跨度21m、最大起吊重量160t單小車橋吊一臺，其軌頂高程為35.00m。裝配場凈高17m。發電機層除布置兩臺機組外，還布置有勵磁盤、機旁盤和公用動力盤。發電機組中心距井壁最小間距為7.5m。中間母線層主要布置有中性點設備，母線在本層從發電機引出通至主變壓器。除此之外，另外設置有調速器油壓裝置和調速器機器柜。水輪機層布置有技術供水泵、濾水器和滲漏排水泵，另外每臺機組都設置有主閥油壓裝置和主閥操作柜。受進水鋼管進水方向的影響，本層主閥吊物孔均斜向布置，其長向與機組縱軸夾角為16°。蝸殼層布置有檢修排水泵、真空泵，受輸水系統布置的影響，進水鋼管以與廠房縱軸線成74°夾角進入豎井，且各以廠房橫向軸線向外側偏8°的方向布置尾水管。為排除機組檢修時的尾水管內積水及滲透水，在-17.00m高程設有滲漏集水井,滲漏水、廠內消防排水等均通過各層排水溝排入集水井，由設在水輪機層的滲漏排水泵排出。另外，自上而下布置有通風豎井和吊物孔，滿足通風、排風和吊物裝配、檢修需要。1．3．3副廠房副廠房在主廠房西側（下游側），坐于尾水管及尾水隧洞上方，分地面、地下兩部分。地下部分共七層，占據豎井內約1/4面積，各層高程分別為-5.50m、-1.50m、2.50m、6.70m、10.90m、15.10m和19.30m，小層分別于主廠房水輪機層、中間母線層和發電機層相通。地下部分副廠房在各層分別布置有高壓空壓機室、制動壓氣機室、電氣制動柜、變壓柜、檢修空壓機室、專用工具室、儀表檢驗室等，并自上而下布置有多個通風井及電纜井、母線道，滿足電纜、母線、及副廠房地下部分通風、排煙的需要。地上部