第十一章 抽水蓄能電站及地下廠房

1、第十一章第十一章 抽水蓄能電站及地下廠房抽水蓄能電站及地下廠房 11.1 11.1 抽水蓄能電站廠房抽水蓄能電站廠房 一、類型一、類型 純抽水蓄能電站純抽水蓄能電站：發(fā)電引水無天然徑流。：發(fā)電引水無天然徑流。 混合式抽水蓄能電站混合式抽水蓄能電站：發(fā)電引用流量中有部：發(fā)電引用流量中有部 分天然徑流分天然徑流 。 二、廠房形式二、廠房形式 中低水頭常采用地面廠房；中低水頭常采用地面廠房； 高水頭大容量，多采用地下或半地下式廠房。高水頭大容量，多采用地下或半地下式廠房。 三、廠房機組類型三、廠房機組類型 三機式三機式：每臺機組包括發(fā)電機、水輪機和水：每臺機組包括發(fā)電機、水輪機和水 泵三種機器。泵三

2、種機器。其中發(fā)電機兼做電動機其中發(fā)電機兼做電動機。 二機式可二機式可 逆機組逆機組：每臺機：每臺機 組包括發(fā)電機和組包括發(fā)電機和 水輪機。水輪機。其中發(fā)其中發(fā) 電機兼做電動機，電機兼做電動機， 水輪機兼做水泵水輪機兼做水泵。 每種又可分為每種又可分為豎軸豎軸和和橫軸橫軸兩類。兩類。 11.2 11.2 地下水電站地下水電站 一、地下式廠房適用條件一、地下式廠房適用條件 受地形、地質(zhì)條件限制受地形、地質(zhì)條件限制，在地面上找不到合適，在地面上找不到合適 位置建造地面式廠房，而地下具有良好的地質(zhì)條件位置建造地面式廠房，而地下具有良好的地質(zhì)條件 或是國防上需要，可將廠房布置在地下山巖中，稱或是國防上需

3、要，可將廠房布置在地下山巖中，稱 為地下式廠房。為地下式廠房。 二、地下廠房的優(yōu)越性二、地下廠房的優(yōu)越性 (1)在深峽谷、大泄量的河道內(nèi)，采用地下廠在深峽谷、大泄量的河道內(nèi)，采用地下廠 房有利于水工樞紐的總體布置。房有利于水工樞紐的總體布置。 (2)在山巖不穩(wěn)定地區(qū)，廠房和壓力管道可避在山巖不穩(wěn)定地區(qū)，廠房和壓力管道可避 免山坡崩坍的危害，并且具有良好的人防條件。免山坡崩坍的危害，并且具有良好的人防條件。 (3)有可能降低建筑物的工程造價。有可能降低建筑物的工程造價。 (4)在嚴(yán)寒、酷熱或多雨地區(qū)，廠房的施工和在嚴(yán)寒、酷熱或多雨地區(qū)，廠房的施工和 運行可不受氣候的影響。運行可不受氣候的影響。

4、(5)有利于保持地面景觀。有利于保持地面景觀。 三、地下廠房的缺點三、地下廠房的缺點 (1)地下巖石開挖量很大，增加了工程的開挖費地下巖石開挖量很大，增加了工程的開挖費 用。用。 (2)通風(fēng)、防潮、照明條件較差，要有專門措施，通風(fēng)、防潮、照明條件較差，要有專門措施， 否則對設(shè)備和管理人員都不利。否則對設(shè)備和管理人員都不利。 (3)地質(zhì)條件較差時，用于支護方面的費用將要地質(zhì)條件較差時，用于支護方面的費用將要 增加。增加。 四、地下廠房的總體布置四、地下廠房的總體布置 1 、地下廠房的布置型式、地下廠房的布置型式 首部式首部式 尾部式尾部式 中部式中部式 根據(jù)地下廠根據(jù)地下廠 房在引水發(fā)電系房在引

5、水發(fā)電系 統(tǒng)中的位置，地統(tǒng)中的位置，地 下水電站可分為下水電站可分為： 首部式首部式 中部式中部式 尾部式尾部式 (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(tǒng)的首部。廠房位于電站引水系統(tǒng)的首部。其特點為其特點為： 有壓引水隧洞較短，尾水隧洞較長。有壓引水隧洞較短，尾水隧洞較長。 不設(shè)上游調(diào)壓室。不設(shè)上游調(diào)壓室。 可采用單元供水，不設(shè)下端閥門?？刹捎脝卧┧?，不設(shè)下端閥門。 因而可以降低造價。因而可以降低造價。 首部式首部式 (2)尾部式地下廠房尾部式地下廠房:廠房位于引水系統(tǒng)的尾部。廠房位于引水系統(tǒng)的尾部。 具有較長的引水隧洞和較短的尾水隧洞，具有較長的引水隧洞和較短的尾水隧洞，

6、一一 般均設(shè)有上游調(diào)壓室。般均設(shè)有上游調(diào)壓室。 尾部廠房靠近地表，廠房的交通、出線及通尾部廠房靠近地表，廠房的交通、出線及通 風(fēng)等輔助洞室的布置及施工運行比較方便。風(fēng)等輔助洞室的布置及施工運行比較方便。 適用水頭范圍較大，最高水頭達適用水頭范圍較大，最高水頭達1000m以上，以上， 目目前高水頭電站多采用尾部布置方式，我國已建成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的地下水電站尾部式占70%以上以上。 尾部式尾部式 (3)中部式地下廠房中部式地下廠房 廠房位于引水系統(tǒng)的中部。廠房位于引水系統(tǒng)的中部。 上游引水道和下游尾水道均較長。上游引水道和下游尾水道均較長。 中部式

7、中部式 2、地下廠房的洞室組成、地下廠房的洞室組成 主廠房洞室主廠房洞室+附屬洞室附屬洞室洞室群。洞室群。 （1）主廠房）主廠房 縱軸線縱軸線避免與大斷裂系統(tǒng)方向一致；盡可能垂避免與大斷裂系統(tǒng)方向一致；盡可能垂 直于巖層走向；最好與巖體中最大主應(yīng)力方向一致，直于巖層走向；最好與巖體中最大主應(yīng)力方向一致， 否則否則 30。 （2）副廠房）副廠房 為避免增加主洞室的跨度，地下副廠房往往為避免增加主洞室的跨度，地下副廠房往往 設(shè)于主廠房的一端；設(shè)于主廠房的一端； 機組尺寸不大、圍巖穩(wěn)定性好時，也可布置機組尺寸不大、圍巖穩(wěn)定性好時，也可布置 在主廠房一側(cè)，主副廠房集中布置在同一主洞室內(nèi)。在主廠房一側(cè)，

8、主副廠房集中布置在同一主洞室內(nèi)。 副廠房可部分布置在地下，部分布置在地面。副廠房可部分布置在地下，部分布置在地面。 如：必須靠近主機的附屬設(shè)備集中布置在緊靠如：必須靠近主機的附屬設(shè)備集中布置在緊靠 主機房的地下副廠房內(nèi)，其他可以利用已有洞室分主機房的地下副廠房內(nèi)，其他可以利用已有洞室分 散布置或放在地面副廠房內(nèi)。散布置或放在地面副廠房內(nèi)。 （3）主變壓器及開關(guān)站的布置）主變壓器及開關(guān)站的布置 主變壓器布置：主變壓器布置：一般傾向于布置于地下，以縮一般傾向于布置于地下，以縮 短發(fā)電機母線長度。需設(shè)專門的通風(fēng)、排煙、防火短發(fā)電機母線長度。需設(shè)專門的通風(fēng)、排煙、防火 防爆措施，洞內(nèi)設(shè)防爆門和防爆隔墻

9、。防爆措施，洞內(nèi)設(shè)防爆門和防爆隔墻。 布置一布置一：主變壓器洞與主廠房平行，較常用。：主變壓器洞與主廠房平行，較常用。 布置二布置二：主變壓器布置在主廠房一端。：主變壓器布置在主廠房一端。 開關(guān)站布置：開關(guān)站布置：布置在地面時，通過豎井或斜布置在地面時，通過豎井或斜 井與主變相連。井與主變相連。 若因地形限制將其布置在地下洞室內(nèi)，地下開若因地形限制將其布置在地下洞室內(nèi)，地下開 關(guān)站盡量利用廢棄的洞室關(guān)站盡量利用廢棄的洞室(如施工支洞、導(dǎo)流洞如施工支洞、導(dǎo)流洞)或或 與其它洞室與其它洞室(排風(fēng)洞排風(fēng)洞)合用。合用。 (4)安裝間安裝間 可布置在主廠房一端或廠房中間機組段之間?？刹贾迷谥鲝S房一端或

10、廠房中間機組段之間。 (5)交通運輸洞：交通運輸洞：為平洞、豎井。其位置與安裝為平洞、豎井。其位置與安裝 間位置直接關(guān)連，兩者應(yīng)一起考慮確定。間位置直接關(guān)連，兩者應(yīng)一起考慮確定。 (6)主閥門洞室：主閥門洞室：可布置在主廠房內(nèi)，或布置靠可布置在主廠房內(nèi)，或布置靠 近廠房上游側(cè)的單獨閥門室內(nèi)。近廠房上游側(cè)的單獨閥門室內(nèi)。 (7)尾水洞、尾水閘門洞尾水洞、尾水閘門洞 尾水隧洞較長時，可采用幾臺機組聯(lián)合出水或尾水隧洞較長時，可采用幾臺機組聯(lián)合出水或 分組出水；較短時可采用單獨出水。分組出水；較短時可采用單獨出水。 尾水洞上設(shè)尾水閘門井，上設(shè)尾水閘門洞室。尾水洞上設(shè)尾水閘門井，上設(shè)尾水閘門洞室。 (8

11、)通風(fēng)洞：通風(fēng)洞：進風(fēng)洞、出風(fēng)洞以及通風(fēng)機室。進風(fēng)洞、出風(fēng)洞以及通風(fēng)機室。 通風(fēng)機噪聲大，通風(fēng)機室應(yīng)遠(yuǎn)離主、副廠房，通風(fēng)機噪聲大，通風(fēng)機室應(yīng)遠(yuǎn)離主、副廠房， 一般可放在洞口或單獨的洞室內(nèi)。一般可放在洞口或單獨的洞室內(nèi)。 另通風(fēng)洞可與其它洞室結(jié)合，如利用交通運另通風(fēng)洞可與其它洞室結(jié)合，如利用交通運 輸洞或無壓尾水洞進風(fēng)，利用出線洞出風(fēng)。輸洞或無壓尾水洞進風(fēng)，利用出線洞出風(fēng)。 (9)其他輔助洞室其他輔助洞室：包括出線洞、排水洞、安：包括出線洞、排水洞、安 全人行洞、施工洞等。全人行洞、施工洞等。 地下廠房輸電線由出線洞引出，引出線為母地下廠房輸電線由出線洞引出，引出線為母 線時即稱母線洞。線時即稱

12、母線洞。 出線洞可以采用平洞、斜井或豎井。地下廠出線洞可以采用平洞、斜井或豎井。地下廠 房內(nèi)為了敷設(shè)電纜和引出母線至主變洞，需要設(shè)房內(nèi)為了敷設(shè)電纜和引出母線至主變洞，需要設(shè) 置相應(yīng)的電纜和母線支洞。置相應(yīng)的電纜和母線支洞。 3、廠房洞型和洞室間距選擇、廠房洞型和洞室間距選擇 (1)廠房洞型選擇廠房洞型選擇 地下廠房頂拱地下廠房頂拱：做成曲線型，目前傾向采用無：做成曲線型，目前傾向采用無 拱座的噴錨支護頂拱。若巖體比較完整堅硬，也可拱座的噴錨支護頂拱。若巖體比較完整堅硬，也可 以不作支護或只作局部的噴錨支護措施。以不作支護或只作局部的噴錨支護措施。 地下廠房的邊墻地下廠房的邊墻： 一般直立。巖性

13、較差一般直立。巖性較差 而水平構(gòu)造應(yīng)力又比而水平構(gòu)造應(yīng)力又比 較大的情況則采用曲較大的情況則采用曲 線型邊墻或傾斜邊墻。線型邊墻或傾斜邊墻。 (2)洞室布置的一般要求洞室布置的一般要求 洞頂最小埋深可取洞室開挖寬度的洞頂最小埋深可取洞室開挖寬度的1.52.0倍。倍。 洞室的最小允許間距，一般不小于相鄰洞室洞室的最小允許間距，一般不小于相鄰洞室 中最大開挖寬度的中最大開挖寬度的1.01.5倍。倍。 洞室相交應(yīng)盡量保持正交。洞室相交應(yīng)盡量保持正交。 上下層洞室之間的巖石厚度，不小于洞室開上下層洞室之間的巖石厚度，不小于洞室開 挖寬度的挖寬度的l2倍。倍。 洞室布置應(yīng)盡可能互相結(jié)合。洞室布置應(yīng)盡可能

14、互相結(jié)合。 尾水管水平段之間以及尾水管與母線洞之間尾水管水平段之間以及尾水管與母線洞之間 的巖壁應(yīng)設(shè)法加寬加厚，的巖壁應(yīng)設(shè)法加寬加厚，可采用窄而高的尾水管可采用窄而高的尾水管。 五、地下廠房的開挖五、地下廠房的開挖 大斷面洞室多自上而下分層開挖。大斷面洞室多自上而下分層開挖。過程為：過程為： 開挖頂部中間導(dǎo)洞開挖頂部中間導(dǎo)洞橫向開挖出廠房頂拱后立橫向開挖出廠房頂拱后立 即做好支護即做好支護用臺階法開挖下一層并做好支護用臺階法開挖下一層并做好支護。 施工方法多為鉆孔爆破法，必要時可采取預(yù)裂施工方法多為鉆孔爆破法，必要時可采取預(yù)裂 爆破或打防震孔。爆破或打防震孔。 地下廠地下廠 房分層房分層 開挖

15、示開挖示 意圖意圖 分層分層起起/止高程止高程 (m) 高度高度 (m) 開挖方法簡述開挖方法簡述支護方法支護方法 452.9/447.08.2 中導(dǎo)洞先行開挖，兩側(cè)擴挖錯 距跟進的方式，噴錨支護視巖 石情況隨后跟進。 臺車造錨桿孔， 優(yōu)先采用先注漿 后插桿的施工方 式，注漿機注漿， 平臺車配合人工 安插錨桿，鋼筋 網(wǎng)片安裝利用平 臺車或自制臺架， 采用噴混凝土臺 車以濕噴方式進 行混凝土和鋼纖 維混凝土噴護， 潛孔鉆機鉆設(shè)錨 索孔。錨索的安 裝施壓采用自制 臺架或打設(shè)施工 平臺，錨索的編 制在后方綜合加 工廠進行。 444.7/436.38.4 先中部進行預(yù)裂梯段拉槽爆破， 兩邊預(yù)留巖壁梁保

16、護層，巖壁 梁開挖采用垂直鉆孔和水平鉆 孔相結(jié)合周邊光爆的方式。 436.3/430.26.1 在層巖壁梁澆筑前先進行邊 墻的預(yù)裂爆破，待巖壁梁混凝 土達到強度后，采用潛孔鉆進 行梯段爆破 430.2/423.66.6 開挖方式同層，本層穿插進 行母線洞的鎖口支護及開挖， 母線洞的開挖采用小導(dǎo)洞、短 進尺的開挖方式。 423.6/417.66.0 先中部梯段拉槽爆破，兩邊進 行光面爆破的施工方式 417.6/412.65.0 412.6/ 403.75 8.85 本層基礎(chǔ)保護層開挖采用鉆孔 直接至建基面，孔底設(shè)置柔性 墊層一次爆破的開挖方式。 第第層：考慮頂拱的穩(wěn)定成型，便于頂拱支護層：考慮頂

17、拱的穩(wěn)定成型，便于頂拱支護 施工和觀測儀器的埋設(shè)、頂拱拱角網(wǎng)架支撐砼的施施工和觀測儀器的埋設(shè)、頂拱拱角網(wǎng)架支撐砼的施 工及施工設(shè)備的工作性能，第工及施工設(shè)備的工作性能，第層高度定為層高度定為8.2m。 第第層：該層為巖壁吊車梁的施工部位。為便層：該層為巖壁吊車梁的施工部位。為便 于巖壁吊車梁的施工，第于巖壁吊車梁的施工，第層開挖至巖壁吊車梁下層開挖至巖壁吊車梁下 部部2m高程處，開挖高度為高程處，開挖高度為8.4m。 第第層：該層開挖的施工通道為進廠交通洞，層：該層開挖的施工通道為進廠交通洞， 開挖條件較好；主變運輸洞、油罐室、低壓電纜洞開挖條件較好；主變運輸洞、油罐室、低壓電纜洞 在本層，母

18、線洞的洞頂在此層出露，為了便于主變在本層，母線洞的洞頂在此層出露，為了便于主變 運輸洞、低壓電纜洞、母線洞的開挖，做好油罐室、運輸洞、低壓電纜洞、母線洞的開挖，做好油罐室、 低壓電纜洞的鎖口支護和母線洞的洞頂鎖口支護；低壓電纜洞的鎖口支護和母線洞的洞頂鎖口支護； 此層開挖高度定為此層開挖高度定為6.1m。 第第層：該層施工通道仍為進廠交通洞，且此層：該層施工通道仍為進廠交通洞，且此 層母線洞出露，為便于此層開挖與母線洞開挖平行層母線洞出露，為便于此層開挖與母線洞開挖平行 作業(yè)，此層開挖高度定為作業(yè)，此層開挖高度定為6.6m。 第第層：該層開挖的施工通道為高壓支管、壓層：該層開挖的施工通道為高壓支管、壓 力管道施工支洞，其開挖高度取力管道施工支洞，其開挖高度取6.0m。 第第層：該層與高壓支管在同一層，施工通道層：該層與高壓支管在同一層，施工通道 仍為為高壓支管、壓力管道施工支洞，故此層開挖仍為為高壓支管、壓力管道施工支洞，故此層開挖 高度取高度取5.0m。 第第層：該層開挖與尾水隧洞聯(lián)通，故將剩余層：該層開挖與尾水隧