四川宝兴河民治水电站尾水系统优化

尹 葵 霞

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 611130)

四川宝兴河民治水电站尾水系统优化

尹 葵 霞

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 611130)

民治水电站采用长引水开发+地下厂房布置型式。为进一步降低工程造价，尾水系统进行了三方案比较的优化设计，最终推出最优方案“尾闸+无压洞方案”，有效降低了工程投资，提高了经济效益。目前该电站已投产运行，地下厂房及尾水系统运行正常。

民治水电站，尾水系统布置，优化

1 概述

民治水电站为四川宝兴河梯级开发的第二级，其上游为硗碛水电站，下游接宝兴水电站。电站为长引水式，装机3台，总装机容量为105 MW。首部枢纽为拦河闸坝，最大高度19 m。引水系统建筑物包括引水隧洞、上游调压室与压力管道，引水隧洞总长约7.9 km，调压室采用气垫式。厂房为地下发电厂房布置型式。

原引水隧洞调压室采用常规水室式调压室方案，该方案技术成熟，合理可行。工程开工后，为克服调压室场内施工交通布置和出渣运输相对困难、建设期对环境的影响以及工期保证性较差等问题，结合施工探洞揭示的地质条件将引水隧洞水室式调压室改为气垫式调压室。

采用气垫式调压室后，原尾水调压室断面需相应增加，为进一步降低工程投资，根据新揭示的地质条件对尾水系统的布置开展了优化设计，提出了经济合理的尾水系统布置。

2 原尾水系统设计方案及优化设计

尾水系统建筑物原设计方案包括尾水管连接洞、尾水调压室、尾水隧洞、尾水渠。

尾调室位于主变及GIS室下游侧。根据尾水调压室在3台机突然丢弃全负荷时的最低涌浪水位及最高涌浪水位，尾调室尺寸为34.0 m×10.0 m×24.57 m(长×宽×高)。尾调室内布置尾水检修闸门。

尾水隧洞为有压洞，全断面钢筋混凝土衬砌，长145 m，尺寸为4.4 m×5.7 m(宽×高)，城门洞型。出口设检修闸门以便于尾水隧洞检修。

尾水渠根据交通要求分为暗渠段、明渠段，总长45.0 m。出口段靠河侧设拦沙坎防止河床泥沙进入尾水渠内。

厂房上游的气垫式调压室在发生水位波动时，对尾水影响明显放大，根据计算分析，尾调的稳定断面将要达到485 m2以上，为降低尾水系统工程投资，开展了优化设计。

3 尾水系统优化设计

3.1优化思路

1)根据厂区地质条件，主洞室不具备外移条件，因此，基于原方案，通过尽量增加尾水洞断面以尾闸室来代替尾水调压室进而降低工程投资。2)可考虑将有压尾水洞改为无压尾水洞，尾调室改为尾闸室的布置型式。3)可考虑将尾闸室与主变室合二为一，从而大幅度降低工程投资。

3.2优化方案拟定

根据现场实际地形，尾水出口位置不变，拟定了以下三个方案进行比选：方案一：主机间、主变室、尾闸+有压尾水洞的三洞室方案；方案二：主机间、主变室、尾闸+无压尾水洞的三洞室方案；方案三：主机间、主变尾闸结合+无压尾水洞的两洞室方案。

3.3方案比选

3.3.1方案一

根据计算，为满足不设置调压室条件，需将有压尾水洞面积加大至34.8 m2以上，根据布置尾水洞断面面积为34.82 m2。

尾水系统布置：主厂房、主变室、尾闸室三大洞室平行布置。考虑检修平台和交通要求，尾闸室开挖跨度为9.0 m，上部长度为34 m，下部长度32 m，总开挖高度24 m；上部采用喷锚支护；下部采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌，考虑部分随机锚索。有压尾水洞长145 m，底坡为平坡，城门洞型，净尺寸5.4 m×7.7 m，采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌。尾水洞出口设检修闸门室；闸室后设尾水暗渠+明渠段。具体布置如图1所示。

3.3.2方案二

将方案一的有压尾水洞改为无压洞方案，尾闸室及尾水洞底板高程抬高，同时尾闸室仅考虑闸门布置，开挖断面减小。

尾水系统布置：主厂房、主变室、尾闸室三大洞室平行布置。考虑检修平台和交通要求，尾闸室开挖跨度、长度同方案一，总开挖高度18.7 m；采用方案一相同的支护强度。闸室后尾水洞由反坡渐变为平坡；无压尾水洞全长145 m，城门洞型，净尺寸5 m×6.75 m，采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌。尾水洞出口设检修闸门室；闸室后设尾水暗渠+明渠段。具体布置如图2所示。

3.3.3方案三

尾水系统布置：将主变室和尾闸室合二为一，洞外交汇；主厂房、主变及尾闸室平行布置。主变及尾闸室洞室宽度为18 m，尾闸室净宽为2.6 m，总长度为57.3 m，上部采用喷锚支护，考虑随机锚索；下部闸门井采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌；三条尾水支洞为有压洞，过流断面为马蹄形断面，尾水支洞采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌，于闸室下游采用洞外交汇方式汇入尾水主洞。无压尾水洞主洞长146 m，城门洞型，净尺寸5 m×6.75 m，采用喷锚支护+钢筋混凝土衬砌。尾水洞出口设检修闸门室；闸室后设尾水暗渠+明渠段。具体布置如图3所示。

3.4各方案比较及结论

1)工程量与工程投资。

三个方案中，主机间及主变室布置基本相同，仅尾闸及尾水洞布置型式和工程量有差异，对三个方案的尾闸及尾水洞的工程量和工程投资对比如表1所示。

表1 三个方案工程量及工程投资比较表

2)各方案综合比较见表2。

表2 三个方案优缺点比较表

综上所述，三个方案中，方案二优势明显，推荐方案二。

4 推荐方案尾水系统设计

4.1尾水系统结构布置

主厂房、主变室、尾闸室三大洞室平行布置。

尾水连接洞采用单机单洞的布置方式，断面为马蹄形。尾闸

室上部开挖跨度为9 m，长度34 m，下部跨度为8.5 m，长度32 m，闸室净高17.7 m。闸室上游侧设有尾水管检修闸门。闸室检修平台以上采用喷锚支护，平台以下为0.7 m厚衬砌。

尾水洞按单一流态(无压流)设计。尾水洞断面为城门洞型，其断面尺寸为5 m×6.75 m(宽×高)。出口底板高程需综合考虑水能利用、地质条件、枢纽布置等方面确定。尾水洞总长145 m，纵坡为i=0，衬砌厚度0.6 m，洞室顶拱范围内进行回填灌浆。

尾水洞出口设置检修闸门室，闸室段顺水流向长3.8 m，底板宽为5 m。闸室后接尾水渠，分为暗渠及明渠段。1∶3反坡段为暗渠，长24.2 m，最大边墙高度14 m，兼交通功能；尾水明渠长17 m，为防止泥沙进入渠内，靠近河床侧设有一1.5 m高挡坎。

4.2尾水建筑物水头损失计算

尾水洞过流流量54.18 m3/s，断面5 m×6.75 m，洞内最高流速4.1 m3/s。

计算糙率值为：糙率nmax=0.016。

尾水系统水头损失见表3。

表3 尾水系统水头损失计算成果表

4.3尾水出口水面线计算

1)水力计算假定：a.尾水洞水流为恒定均匀流；b.不考虑机组在增减负荷时尾水洞内的水位变化。2)水面线计算。尾水在尾闸室内交汇，无压，下游尾水出口正常运行水位1 349.62 m，尾水洞流速按小于6.0 m/s设计，故在下游天然河道，正常尾水位时为控制工况，确定尾水洞底板高程为1 347.0 m，流速为4.1 m/s。

5 结语

民治水电站采用长引水开发，为降低工程建设对周围环境影响，采用了地下厂房布置型式，并设有尾水调压室。因引水隧洞采用气垫式调压室，尾水调压室断面较大，为了进一步降低工程投资，设计人员结合工程揭示的地质条件及厂房三大洞室布置，开展了尾闸+有压洞方案，尾闸方案+无压洞方案，两洞室闸门井方案的优化设计比较，最终通过工程投资、运行可靠性、施工条件、水流条件等综合比较，选择了最优的尾闸+无压洞方案，有效降低了工程投资，并保证了运行的可靠，目前该电站已运行投产，各项监测成果表明地下厂房及尾水系统运行正常。

[1] DL/T 5353—2006,水电水利工程边坡设计规范[S].

[2] NB 35047—2015,水电工程水工建筑物抗震设计规范[S].

[3] DL/5195—2004,水工隧洞设计规范[S].

[4] 陈祖煜,汪小刚,杨 健，等.岩质边坡稳定分析——原理方法程序[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

[5] DL/T 5176—2003,水电工程预应力锚固设计规范[S].

OptimizationoftailwatersystemofSichuanBaoxingriverMinzhihydropowerstation

YinKuixia

(PowerChinaChengduEngineeringCorporationLimited,Chengdu611130,China)

Minzhi hydropower station adopts long water diversion development + underground plant layout type. Three schemes comparison have been proceeded to reduce the construction costs. As a result, “tail water gate chamber and non-pressure tunnel” has been adopted asthe optimized scheme. At present, the plant has been put into operation, the underground plant and the tail water system operate normally.

Minzhi hydropower station, tail water system layout, optimization

1009-6825(2017)32-0195-02

2017-09-07

尹葵霞(1978- )，女，硕士，高级工程师

TV731

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