東江水電站設(shè)計開題報告

1、東江水電站設(shè)計開題報告學生：周魁2011401413指導老師：彭輝老師三峽大學水利與環(huán)境學院1. 工程概況1.1地位以及自然條件 東江水電站 Dongjiang Hydroelectric Power Station中國80年代湖南省內(nèi)最大的水電站。裝機容量50萬kW，并兼有防洪、航運、養(yǎng)殖和工業(yè)供水等綜合效益。位于資興縣羅霄山脈西麓湘江支流耒水上，地理坐標：東經(jīng)，北緯。峽谷兩岸山高大于500米，岸坡，兩岸對稱，呈典型“V”型河谷，高程285m以下。河谷寬高比約為2：1，基巖堅硬完整，地形地質(zhì)條件較優(yōu)越。常水位時水面寬2040米，水深13米，水下覆蓋有砂卵石夾塊石。厚2.54.65米。岸坡基石

2、裸露，沖溝發(fā)育，巖石受節(jié)理裂隙切割。崩潰巖石形成攤險激流。距資興市10km。壩址上游控制流域面積4719平方公里,多年平均流量144 立方米/秒。上游盛產(chǎn)木材，有鎢、鐵礦藏。河谷呈V形，兩岸山勢雄偉,植被茂密?；鶐r為堅硬致密的花崗巖，地質(zhì)構(gòu)造簡單，是一優(yōu)良水電開發(fā)地址。主要送往來陽和衡陽兩地。壩址區(qū)氣候溫和，多年平均氣溫。最高氣溫，最低氣溫。壩址以上多年平均降水量1607毫米，雨量多集中在春夏之交，歷年平均風速為2m/s，歷年最大風速為25m/s。壩址上游為中高山峽谷區(qū)，盛產(chǎn)木材，壩址中下游屬低山丘陵和丘陵盆地區(qū)，是湖南產(chǎn)糧區(qū)之一，有我國南北交通大動脈京廣鐵路通過，主要城鎮(zhèn)有衡陽、長沙等市。

3、水電站距郴州市約45公里，有公路相接，壩址右岸有新修鐵路15公里與京廣鐵路的許一三支線木根橋車站通接，對外交通方便。壩址以下17公里有鯉魚江火電廠，現(xiàn)在裝機22.4萬千瓦，是本電站施工的主要電源。1.2功能電站樞紐主要由混凝土雙曲拱壩、兩岸潛孔滑雪式溢洪道各一座、左岸放空兼泄洪洞一條、右岸泄洪洞一條、過木道一條和壩后式廠房等組成。壩高157m，是20世紀80年代中國大陸上最高的混凝土雙曲薄拱壩。壩內(nèi)裝設(shè)有自動安全監(jiān)測系統(tǒng)。它的建成標志中國拱壩建設(shè)進入成熟時期。水庫正常蓄水位285m，總庫容81.2億立方米，具有多年調(diào)節(jié)性能。泄洪建筑物采用較新穎的窄縫挑流消能方式。發(fā)電廠房位于壩下游，長106m

4、、寬23m、高55.1m，安裝單機容量12.5萬kW水輪機組4臺,總裝機50萬kW，是耒水干流上13個梯級水電站中庫容和裝機容量最大的主導電站。電站擔負華中電網(wǎng)中補償調(diào)節(jié)及調(diào)峰，對提高電網(wǎng)的質(zhì)量有重要的作用；聯(lián)合運行時，保證出力提高至30萬kW。水庫的調(diào)蓄功能在一般年份可免除下游3.0萬畝農(nóng)田的洪澇災害，并使京廣鐵路灶市段的防洪標準提高至100年一遇水平；庫區(qū)回水長160km，可發(fā)展航運。下游9km峽谷出口處建有小東江水電站，形成反調(diào)節(jié)水庫,可保證泄放不小于30立方米/秒的流量時，下游永興至耒陽段的航運得到改善。壩址處呈“V”形河谷，兩岸對稱，寬高比21。常水位時，河面寬2040m，一般水深1

5、3m。河床沙礫石覆蓋厚度35m?；鶐r主要為燕山期花崗巖，巖性致密、堅硬均一，主要斷層有F3，主要裂隙有K6，壩址基本地震烈度7度，設(shè)計裂度8度。壩址以上流域面積4719平方公里，多年平均流量144立方米/秒，實測最大洪水流量5310立方米/秒，調(diào)查歷史最大洪水流量8400立方米/秒。大壩按千年一遇設(shè)計，洪峰流量13900立方米/秒，相應(yīng)庫水位289m；萬年一遇加20%校核，洪峰流量24100立方米/秒，相應(yīng)庫水位293.4m，總庫容91.5億立方米。正常蓄水位285m，相應(yīng)庫容81.2億立方米，死水位237m，調(diào)節(jié)庫容56.7億立方米，屬多年調(diào)節(jié)水庫。水庫面積160平方公里。共遷移人口4910

6、0人，淹沒耕地3824公頃。1.3電站樞紐東江水電站主要由混凝土雙曲拱壩、兩岸潛孔滑雪式溢洪道各一座、左岸放空兼泄洪洞一條、右岸泄洪洞一條、過木道一條和壩后式廠房等組成。壩高157m，是20世紀80年代中國大陸上最高的混凝土雙曲薄拱壩。壩內(nèi)裝設(shè)有自動安全監(jiān)測系統(tǒng)。它的建成標志中國拱壩建設(shè)進入成熟時期。水庫正常蓄水位285m，總庫容81.2億立方米，具有多年調(diào)節(jié)性能。泄洪建筑物采用較新穎的窄縫挑流消能方式。發(fā)電廠房位于壩下游，長106m、寬23m、高55.1m，安裝單機容量12.5萬kW水輪機組4臺,總裝機50萬kW，是耒水干流上13個梯級水電站中庫容和裝機容量最大的主導電站。電站擔負華中電網(wǎng)中

7、補償調(diào)節(jié)及調(diào)峰，對提高電網(wǎng)的質(zhì)量有重要的作用；聯(lián)合運行時，保證出力提高至30萬kW。水庫的調(diào)蓄功能在一般年份可免除下游3.0萬畝農(nóng)田的洪澇災害，并使京廣鐵路灶市段的防洪標準提高至100年一遇水平；庫區(qū)回水長160km，可發(fā)展航運。下游9km峽谷出口處建有小東江水電站，形成反調(diào)節(jié)水庫,可保證泄放不小于30立方米/秒的流量時，下游永興至耒陽段的航運得到改善。1.4工程特性表樞紐水位特性表序號名稱數(shù)量單位備注1流域面積11905平方公里壩址以上4719平方公里2利用水文系列年限34年3多年平均年徑流量45.4億立方米4代表性流量施工期導流流量1790立方米/秒設(shè)計洪水流量13900立方米/秒校核洪水

8、流量18600立方米/秒保壩洪水最大流量31100立方米/秒實測最大流量5310立方米/秒1961年8月2日調(diào)查歷史最大流量8400立方米/秒1971年8月1日5泥沙實測最大懸移質(zhì)含量4.7公斤/立方1967年7月1日多年平均輸沙律32.0公斤/秒34年統(tǒng)計多年平均輸沙量101萬噸水庫特性表序號名稱數(shù)量單位備注1水庫水位正常高水位285米設(shè)計洪水位289.58米校核洪水位291.15米保壩洪水位293.75米死水位237米淤沙高程170米2水庫面積200平方公里3水庫庫容總庫容81.2億立方米正常水位以下有效庫容56.7億立方米死庫容24.5億立方米4庫容系數(shù)1.35調(diào)節(jié)特性多年調(diào)節(jié)6徑流利用

9、系數(shù)0.991.5工程施工 東江水電站工程土石方總開挖量423萬立方米，其中主體工程137萬立方米；混凝土澆筑171萬立方米，其中主體工程146萬立方米；鋼材10萬t。 初期導流采用枯水期隧洞導流、汛期圍堰過水方式。導流標準為20年一遇流量1760立方米/秒。導流隧洞為城門式，高13m、寬11m，包括上、下游明渠全長636m。上、下游圍堰為混凝土圍堰，高度分別33.8m和15.5m，共澆混凝土5.1萬立方米。后期采用導流洞與放空洞導流、壩身不過水的方式。 大壩混凝土澆筑采用2臺20t輻射式纜機配6立方米吊罐吊運入倉，1臺10t平移式纜機作輔助吊運。后期采用了振搗車振搗。共布置有3個混凝土拌和系

10、統(tǒng)?；炷翞樗募壟?，水灰比一般在0.5以下，摻用減水劑。大壩不設(shè)縱縫，薄層通倉澆筑。層厚為基礎(chǔ)部位1m，其余2m。溫度控制措施包括骨料預冷、埋設(shè)水管及倉面噴霧等措施。機口溫度控制到10左右。初期混凝土澆筑時，出現(xiàn)了108條裂縫，其中1/4是貫穿性的，采用多種措施進行了處理。壩基帷幕灌漿共4.5萬米，固結(jié)灌漿4.2萬秒。由于F3斷層對壩體應(yīng)力影響不大，未作專門處理。K6裂隙斜切左岸壩基，影響拱壩應(yīng)力和拱座穩(wěn)定，并構(gòu)成上下游的滲漏通道，采用在裂隙面深孔灌漿處理。1.6采用的新技術(shù)壩基開挖采用三面預裂爆破技術(shù)；混凝土表面保護采用保溫被和雙層氣墊塑料薄膜。保溫被是粒狀聚苯乙烯泡沫塑料裝入編織袋內(nèi)縫制而

11、成，由插筋掛貼在橫縫或上下游立面上。雙層氣墊塑料薄膜是由2層帶氣泡的塑料薄膜重疊而成，預先粘貼在模板上，或在拆模后立即貼到混凝土表面。2. 東江水電站設(shè)計的目的和意義2.1課題意義用工程實例作為畢業(yè)設(shè)計可以使我們將過去在學校所學的書本知識運用到實際工程中去，完成從理論學習研究到解決實際工程問題的第一步，是檢驗學生學習成效、獲得學校及社會認可的一種有效形式。完完整整地做完一個工程項目，可以使學生對大學所學知識全面、系統(tǒng)的回顧和總結(jié)，為今后工作打下堅實的理論基礎(chǔ)，通過體驗從理論知識到工程成果轉(zhuǎn)化的過程，提高了實際的動手能力，使我們今后能更快地適應(yīng)我們的從事的工作。2.2課題目的 本設(shè)計課題是以東江

12、電站工程為設(shè)計背景，根據(jù)所提供的工程概況和初步設(shè)計資料，按照設(shè)計規(guī)范和相關(guān)要求，完成電站總體布置，包括引水系統(tǒng)、廠房樞紐、基礎(chǔ)等機構(gòu)型式的選擇，水力計算，電站設(shè)計，支承機構(gòu)設(shè)計，基礎(chǔ)設(shè)計，細部構(gòu)造設(shè)計。與水工、施工及監(jiān)理專業(yè)聯(lián)系緊密；通過畢業(yè)設(shè)計課題的開展，提高同學們的動手能力和獨立思考能力以及查閱科技文獻的能力；培養(yǎng)同學們的科學研究素質(zhì)。3. 東江水電站設(shè)計的具體內(nèi)容、步驟3.1壩型選擇該樞紐壩址為V形河谷，由壩址地形地質(zhì)資料可知其地質(zhì)條件較好，由地形圖可知兩岸有厚實的山體。參照壩址地形地質(zhì)資料和壩址地形圖及河谷地質(zhì)剖面圖可知，該處具備建造拱壩的良好條件。拱壩系兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)，材料強能充

13、分利用，依靠岸坡維持安全性高，壩型輕韌，抗震性能好，壩的體積小，混凝土用量少。拱壩工程量小，施工速度快，投資少；雖然拱壩對地質(zhì)地形條件要求較重力壩為高，但該地區(qū)的地質(zhì)地形條件較為理想。綜上所述，在此修建拱壩較為合理。3.2設(shè)計依據(jù)根據(jù)設(shè)計分等指標表來判別工程等級3.3拱壩幾何尺寸的擬定拱圈形狀以變厚拱最為理想，但等截面圓弧固有豐富的使用經(jīng)驗，設(shè)計和施工都較為方便，故本設(shè)計采用等截面圓弧拱圈，設(shè)計該拱壩為優(yōu)先考慮的雙曲拱壩。再進一步確定壩址和壩高。由地支圖上強風化層地質(zhì)線可確定其開挖線，再根據(jù)開挖后的地質(zhì)圖畫出可利用基巖等高線地形圖。大壩設(shè)計標準為一級建筑物，按千年一遇洪水設(shè)計，可能最大洪水保壩

14、，拱冠斷面由兩條光滑曲線組成，底部高程137米，壩頂高程294米，壩高157米，底部厚35米，厚高比0.22，壩頂寬7米。擬定壩頂拱圈中心角及與壩軸線半徑軸，壩頂拱圈中心角常視作一個控制性數(shù)據(jù)，它會影響整個壩的曲率，曲率不夠會導致拱中產(chǎn)生不利的拉應(yīng)力，在“V”型河谷中拱壩的較低部位常出現(xiàn)這樣的情況。一般情況下頂拱的最大實用中心角約為90110。由基巖石等高線地形圖上可以確定開挖后壩頂高程處，所以，根據(jù)拱壩壩址對地形的要求，理想的地形應(yīng)是左右兩岸對稱，岸坡平順無突變，在平面上向下游收縮的峽谷段。壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支承，以保證壩體的穩(wěn)定。再擬定壩頂厚度，拱圈厚度。擬定這些參數(shù)的原則是：控制懸

15、臂梁由自重產(chǎn)生的拉應(yīng)力不超過0.30.5MPa，對高壩還可適當加大，并使壩體在正常荷載組合情況下具有良好的應(yīng)力狀態(tài)。壩的下部向上游倒懸，由于自重在壩踵產(chǎn)生的豎向壓應(yīng)力可抵消一部分由水壓力產(chǎn)生的豎向拉應(yīng)力，但倒懸度不宜太大，一般不超過0.3。各高程拱圈的厚度，中心角，半徑及圓心位置的擬定。在確定每一層拱圈的半徑、半中心角及圓心位置時，應(yīng)該注意和遵循以下原則： a、沿壩高每隔10米左右取一層，本設(shè)計全壩高60米，分成5層拱圈，前四層每層12.5米，最后一層10米。 b、為使各拱圈的布置應(yīng)盡量接近對稱河谷，各拱圈的左右半中心角相差應(yīng)控制在3度以內(nèi)。 c、為保證壩面在水平和鉛直方向都是光滑的，園心的軌

16、跡線宜是光滑的連續(xù)曲線并必須位于基準面上（基準面為穿過拱冠梁與拱壩軸線園心的鉛直面）。檢查調(diào)整。在不同高程沿徑向（指該高程拱圈的徑向）切取若干垂直剖面檢查兩岸懸臂梁輪廓是否光滑連續(xù)是否有過大的倒懸度。將各層拱圈的半徑、中心角與園心位置分別按高程點繪，各連成曲線以檢查其是否平順光滑。檢查壩底與基巖接觸面的輪廓線是否光滑連續(xù)，無突變。繪制沿拱軸線展開的縱剖面圖檢查沿河谷開挖表面的坡度是否連續(xù)均勻變化以求得到光滑的縱剖面展開圖。拱冠梁法計算壩體應(yīng)力。采用拱冠梁法程序計算各高程拱圈的拱冠與拱端應(yīng)力。3.4壩尖穩(wěn)定分析取單位高度拱圈分層校核壩肩的局部穩(wěn)定，首先應(yīng)根據(jù)拱壩平面布置圖和壩址地質(zhì)情況通過分析選

17、取那些拱端推力較大而下游巖體單薄的拱圈。在壩肩的巖石無明顯的節(jié)理裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)滑動面情況下為簡便起見可假設(shè)最危險的滑動面為平行于拱圈基準線。即滑動面走向大致平行于河谷且其傾角地與岸坡是平行的。3.5邊坡開挖計算（1） 壩基開挖。拱壩應(yīng)位于比較新鮮完整的巖石層上，應(yīng)根據(jù)實際情況確定開挖深度，整個開挖輪廓應(yīng)均勻緩變，不的有突變尖角、倒坡等現(xiàn)象，壩肩按徑向開挖。在開挖時土層、巨風化層采用1：1開挖，強風化層采用1：0.5開挖，弱風化采用1：0.3開挖。3.6溢流壩以及泄水建筑物堰面曲線：下游面采用工程中最常采用的WES曲線，定型設(shè)計水頭，取堰頂最大水頭的75%95%。壩身兩岸潛孔滑雪道式溢洪道，左右

18、各設(shè)置兩孔、潛孔進口底板高程256怒，孔口尺寸為187.5米（寬乘高）?；┎垩仄渥呦虮M量按接近地表表面布置，挑流鼻坎與大壩分離，布置原則使溢洪道既有允裕的泄洪能力，又將能量大速度高的水流送到遠離樞紐建筑物的下游，右岸右孔總長143.0米，右岸左孔總長113.02米，左岸右孔總長122.775米，左岸左孔總長152.775米，在正常高水位285米，水舌跳距165米或170米。為加大汛期泄洪量，并考慮人防和對大壩維修檢修，設(shè)置了兩條防空洞，均設(shè)置在右岸，分別稱為一級防空洞和二級防空洞。一級防空洞：進口底板高程為222.0米，兼作為泄洪洞，當庫水位達289.52米時參加泄洪。二級防空洞：進口高程為

19、170米，用于水庫放空，后期導流及導流洞關(guān)閉后供水，大壩維修檢修時可利用上游圍堰將庫水位降到175.3米高程以下，圍堰與大壩之間的基坑可以抽水。消能方式：挑流消能一般不需對下游河床設(shè)置保護工程，因而大大節(jié)省工程費用，同時設(shè)計與施工均較方便簡單，應(yīng)用也較安全可靠。只要有足夠的水頭，能保證水舌有一定的挑距，使沖坑遠離建筑物，而且下游河床地址良好，尾水有足夠的深度，水墊足以消殺大部分能量，均可采用。鼻坎高程：挑射角和反弧半徑的確定挑砍末端與堰頂之間的高差大約為堰頂設(shè)計水頭Hd的1.5倍。溢流剖面擬定。3.7大壩細部構(gòu)造廊道設(shè)計，地基處理，固結(jié)灌漿，接觸灌漿，壩基排水，閘墩的設(shè)計。3.8電站總體布置水

20、電站廠房是將水能轉(zhuǎn)為電能的綜合工程設(shè)施，包括廠房建筑、水輪機、發(fā)電機、變壓器、開關(guān)站等，也是運行人員進行生產(chǎn)和活動的場所。水電站廠房的主要任務(wù)：(1)將水電站的主要機電設(shè)備集中布置在一起，使其具有良好的運行、管理、安裝、檢修等條件。(2)布置各種輔助設(shè)備，保證機組安全經(jīng)濟運行，保證發(fā)電質(zhì)量。(3)布置必要的值班場所，為運行人員提供良好的工作環(huán)境。主廠房設(shè)計：布置水電站的主要動力設(shè)備(水輪發(fā)電機組)和各種輔助設(shè)備，設(shè)置裝配場。副廠房設(shè)計：布置控制設(shè)備，電氣設(shè)備和輔助設(shè)備，是水電站運行、控制、監(jiān)視、通訊、試 驗、管理和工作的房間。主變壓器場，高壓開關(guān)站，進水道、尾水道和交通道路等設(shè)計。主要副廠房參

21、考面積表達式序號名稱數(shù)量單位備注1機旁盤7塊2發(fā)電機母線洞2.61.4米長寬3發(fā)電機中性點2.02.2米4廠用低壓配電室60平方米干式變壓器三臺5近區(qū)開關(guān)柜室90平方米油浸變壓器兩臺6勵磁彎壓器室140平方米油浸式四臺（3.31.8）長寬7發(fā)電機出線電壓配電裝置室600平方米占一層8高壓實驗室80平方米9中控室100平方米1010（不包括計算機室）10繼電保護室198平方米11蓄電池室、酸室159平方米12壓氣機室140平方米13通風機室140平方米14管通間150平方米15油庫及油處理室250平方米16排水泵室45平方米17尾水閘門式啟閉機230噸軌寬3.6米水電站廠房的基本類型選擇：壩后式廠房。廠房位于攔河壩的下游，緊接壩后，在結(jié)構(gòu)上與大壩用永久縫分開，發(fā)電用水由壩內(nèi)高壓管道引入廠房?；舅C械資料：水輪機主要參數(shù)表序號名稱數(shù)量單位備注1水輪機型號HL160-LJ-4102單機容量127600千瓦3機組設(shè)計流量123立方米/秒4機組轉(zhuǎn)速n166.7轉(zhuǎn)/分5飛逸速度n365轉(zhuǎn)/分6調(diào)速器D