南宛河二级水电站主体结构设计与施工

陈能乡

(福建省尤溪县水利局,福建 尤溪 365100)

1 工程概况

南宛河二级水电站主河道护国河全长12.81km,总集水面积87.5km2,装机容量为二级20MW。流域内最高海拔2300m,河口海拔1569m,落差361m,平均坡降28.18‰。该水电站采用引水混合式开发电站,主体结构主要由拦河坝、引水隧洞、压力管道、主副厂房和升压站等组成。

2 工程主体结构设计

2.1 坝型选择

电站位于滇西与缅甸接壤的陇川县,坝址以上流域属亚热季风气候区,因印度洋水气在此急速抬升,形成云南滇西强暴雨区,同时坝区河谷狭窄,两岸地形陡峻,难于布置开敞式溢洪道,不适合布置土石坝型。坝址区基岩为片理状片麻岩、风化较小、强度较高,两岸边坡稳定能满足要求。从地形、地质条件及便于泄洪消能等因素考虑,应采用重力坝型,通过对混凝土重力拱坝和浆砌石重力坝两种坝型进行比较,考虑到浆砌石重力拱坝的造价相对较低,能就近取材等特点,该工程采用砌石重力拱坝。

2.2 坝体布置与构造

选择木租坝溢流坝为主拦河坝,1#护国坝溢流坝,2#百条坝溢流坝,3#红岩河坝溢流坝,4#丰线浪坝溢流坝等坝体的结构构造也都类似,浆砌石重力拱坝都是从右至左溢流坝、冲砂孔和进水孔等建筑物组成,现以木租坝溢流坝为例进行具体分析。

木租坝溢流坝紧靠右岸布置,经风浪计算并考虑安全超高[1],确定堰顶程为1583.00m,坝顶高程1585.80m坝基础高程1573.50m,溢流坝末端采用挑流消能方式。坝体采用C15埋石混凝土砌筑,溢流面为厚200mmC25钢筋混凝土护面。冲砂孔布置在河床左岸,采用底孔冲砂,设1m×1m排砂闸,冲沙底高程1575.0m。进水口布置左岸,上游8m处,孔口尺寸为2.5m×2.5m,底板高程为 1575.30m,孔顶高程为 1577.80m。闸长度3m,闸后为平底段。

闸体采用钢筋混凝土结构,一期混凝土为C15,二期混凝土为C25,其余均为M7.5浆砌块石支护。

2.3 引水建筑物

本电站引水建筑物有进水口、引水隧洞、压力管道等。

(1)进水口。共布置五个进水口,1#隧洞进水口位于护国河坝上游10m处右侧,与河道主流方向垂直,设计流量1.8m3/s,进水口底板高程为1586.13m,孔顶高程为1587.93m;2#隧洞进水口位于百条河坝上游12m处右侧,与河道主流方向垂直,设计流量3.2m3/s,进水口底板高程为1584.57m,孔顶高程为1586.37m;3#隧洞进水口位于红岩河坝上游12m处左侧,与河道主流方向垂直,设计流量3.2m3/s,进水口底板高程为1583.7m,孔顶高程为1585.5m;4#隧洞进水口位于丰线浪河坝上游15m处左侧,与河道主流方向垂直,设计流量 1.8m3/s。进水口底板高程为1586.65m,孔顶高程为1588.45m;主洞进水口布置木租河坝左岸,上游8m处,与河道主流方向垂直,设计流量5.4m3/s,孔口尺寸为2.5×2.5m,底板高程为1575.3m,孔顶高程为1577.8m。

根据地形、地质条件及清污的要求,进水口布置75°斜面粗细双层拦污栅一道。

(2)引水隧洞。线路总长11520m,其中1#洞1560m,2#洞 3070m,3#洞2120m,4#洞 3020m,主洞1750m,87%围岩基本稳定,全为低压力隧洞。采用明渠恒定均匀流的基本公式计算[2],1#,4#隧洞设计流量为1.8m3/s,隧洞采用城门形断面型式,断面尺寸为,进出口段采用C20混凝土衬砌,衬砌断面为1.5m×1.8m。2#,3#洞隧洞设计流量为3.2m3/s,隧洞采用城门形断面型式,断面尺寸为,进出口段采用C20混凝土衬砌,衬砌断面为1.8m×2.0m。主洞隧洞设计流量为5.4m3/s,进水口底板高程为1575.3m。隧洞采用城门形断面型式,断面尺寸为,进出口段采用C20混凝土衬砌,衬砌断面为2.5m×2.5m。各隧道末端与压力管道连接,连接段采有钢管套接长80m,并采用C15混凝土回填,套管直径采用1600mm,在管道与洞露天连接处设镇墩和进人孔。

(3)压力管道。南宛河二级电站为高水头引水式电站,电站毛水头为 483m,净水头为 456m,设计流量为5.4m3/s,管道为露天式和深埋式敷设,深埋式按洞式开挖钢管铺贴形式设计,采用焊接钢管,因管线较长 (共2085m),由一根管向两机供水,管外径D=1600mm。沿管线每隔50m～80m左右设置镇墩,共布置镇墩29个,由于地形条件所限,镇墩为不等距离布置,最长一段为96m,最短为72m,主要用于承受作用在管道上的各种外力,固定钢管在任何方向发生的位移及转角。两镇墩之间用混凝土埋管减少管壁产生的温度应力。

管道设计流量按两台水机在工作水头456m,发电机发出额定功率为2×10000kW,计算流量为5.32m3/s,此时管道中流速为2.66m3/S,沿程水头损沿程水头损失16.54m,局部水头损失6.0m。

2.4 厂房

厂房布置型式为地面式,主厂房主要布置有水轮机发电机组,行车、进水阀、机旁控制盘及安装间等,为三层布置,即尾水层、水轮机层、发电机层。根据水轮机安装高程、起吊物的最大高度、行车高度等确定厂房净高为22.97m,长31.5m,宽14m,为钢筋混凝土框架结构,框架柱固结在独立基础上。

主厂房布置有主机,起吊设备为32/5t电动双梁桥式行车,跨度为12.5m。机组中心线距上游侧内墙面8m,距下游内侧墙面6m,机组中心间距10.0m;付厂房布置在在主厂房后侧,采用钢筋混凝土框架结构,高为 11.75m,长21.5m,宽8.3m,分三层布置,一层布有空压机室、厂用变、励磁变压器室、空压机室、油处理室;二层布有电缆层,三层布有中控室、高、低压开关室。

2.5 升压站

升压站位于主付厂房下游侧,与主付厂房一字行布置,长55m宽25m,布置S9的主变25MVA一台,一回110kV出线,升压站与厂房通过电缆沟联接,站址区后坡采用挡墙护砌。

3 主体结构工程施工

3.1 首部枢纽施工

坝基土石方开挖时,开挖程序采用自上而下分层开挖,先岸坡,后基坑。施工方法为全风化岩层采用1.0m3挖掘机开挖,推土机集碴,5t或10t自卸汽车出碴。强风化岩层用YT-24手风钻钻孔,松动爆破,推土机集碴,5t或10t自卸汽车运至弃碴场。

浆砌石工程采用胶轮车运输,人工搬运进行砌筑。坝体混凝土浇筑采用人力胶轮车运输进仓、人工平仓、插入式振捣器振捣。拦河坝采用C15埋块石混凝土,在拦河坝施工中分左右两段浇筑,首先完成冲砂闸所在半段,利用冲砂闸导流过水,完成另外半段的浇筑,至坝顶用C20钢筋混凝土护面。

3.2 引水隧洞施工

采用挖掘机进行引水隧洞进出口的开挖,弃土堆在洞口左侧形成平台,兼做施工设备工棚之用;洞身采用机械打孔,人工爆破,人工清渣,农用车运渣;洞衬砌采用人工装摸、人工进料方式施工。

3.3 压力管道施工

压力管道土方开挖由人工自上而下分层开挖,石方由手持式风钻钻孔,松动爆破,可用石料沿管坡两旁堆放,土石方由人工顺坡把渣溜分段集中后,1.5m3装载机装5t自卸汽车就近选择弃土场倒弃。

镇墩和支墩或包管混凝土浇筑采用搅拌机拌制,人工辅以溜槽入仓,插入式振捣器振捣,洒水养护。浆砌块石从石料场用5t自卸汽车运送至工地附近,人工搬运至工作面砌筑,搅拌机就近拌制砂浆。钢管由生产厂家就近先制成单个管节,汽车运送至工作面,坡面安装时分段架支架,用卷扬机就位,人工焊接安装。

3.4 厂区工程施工

厂区工程包括主、副厂房,升压站,围墙及室外地坪等。本电站厂房属于引水地面式厂房,其海拔高程在1100m左右,为丰线浪河第一阶台地,较平坦开阔。厂区所产生开挖工程量较大,土方开挖采用1m3反铲挖掘开挖;石方由手持式风钻钻孔,预留保护层爆破;出渣用1.5m3装载机装8t自卸汽车就近选择倒弃。混凝土浇筑采用搅拌机拌制混凝土,人工推手推车运送入仓,插入式振捣器振捣,洒水浇筑。浆砌块石用5t自卸汽车自石料场运输供给,人工搬运砌筑,搅拌机拌制水泥砂浆。回填石渣利用厂区开挖石渣,人工推手推车运输,分层回填,蛙式打夯机夯实。

4 结 语

针对云南省陇川县水能资源的实际情况,对南宛河扇形河源支流的水能资源进行开发利用,建设生成了新的电源点,有效增加了发电量,完善了该县输电骨架网络的建设,为高速发展的经济,迅猛发展的矿冶工业提供必需的能源,推动全县经济持续、快速、健康发展。

[1]《小型水力发电站设计规范》(GB50071-2002)

[2]《水工混凝土结构设计规范》(DL/T5057-1996)