水利樞紐工程布置的原則和方案選定,水利工程論文

水利樞紐工程布置的原則和方案選定,水利工程論文1)為使工程能發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益，樞紐布置應(yīng)綜合考慮防洪、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、漁業(yè)、林業(yè)、交通、生態(tài)及環(huán)境等各方面的要求。應(yīng)確保樞紐中各主要建筑物，在任何工作條件下都能協(xié)調(diào)地、無干擾地進(jìn)行正常工作。2)為方便施工、縮短工期和能使工程提早發(fā)揮效益，樞紐布置應(yīng)同時(shí)對工程施工的導(dǎo)流方式、導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)流程序、主要建筑物的施工方式方法及施工進(jìn)度計(jì)劃等進(jìn)行綜合分析研究。工程實(shí)踐證明，統(tǒng)籌得當(dāng)不僅能方便施工，還能使部分建筑物提早發(fā)揮效益。樞紐布置應(yīng)做到在知足安全和運(yùn)用管理要求的前提下，盡量降低樞紐總造價(jià)和年運(yùn)行費(fèi)用;如有可能，應(yīng)考慮使一個(gè)建筑物能發(fā)揮多種作用。例如，使一條隧洞做到灌溉和發(fā)電相結(jié)合;施工導(dǎo)流與泄洪、排沙、放空水庫相結(jié)合等。3)在不太多增加工程投資的前提下，樞紐布置應(yīng)與周圍自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，應(yīng)注意建筑藝術(shù)、力求造型美觀，加強(qiáng)綠化環(huán)保，因地制宜地將人工環(huán)境和自然環(huán)境有機(jī)地結(jié)合起來，創(chuàng)造出一個(gè)完美的、多功能的宜人環(huán)境。2、水利樞紐布置方案的選定水利樞紐設(shè)計(jì)需通過論證比擬，從多項(xiàng)樞紐布置方案中選出一項(xiàng)最優(yōu)方案。最優(yōu)方案應(yīng)該是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、施工期短、運(yùn)行可靠以及管理維修方便的方案。需論證比擬的內(nèi)容有下面6個(gè)方面:2.1主要工程量如土石方、混凝土和鋼筋混凝土、砌石、金屬構(gòu)造、機(jī)電安裝、帷幕和固結(jié)灌漿等工程量。2.2主要建筑材料數(shù)量如木材、水泥、鋼筋、鋼材、砂石和炸藥等用量。2.3施工條件如施工工期、發(fā)電日期、施工難易程度、所需勞動(dòng)力和施工機(jī)械化水平等。2.4運(yùn)行管理?xiàng)l件如泄洪、發(fā)電、通航能否互相干擾、建筑物及設(shè)備的運(yùn)用操作和檢修能否方便，對外交通能否便利等。2.5經(jīng)濟(jì)指標(biāo)指總投資、總造價(jià)、年運(yùn)行費(fèi)用、電站單位千瓦投資、發(fā)電成本、單位灌溉面積投資、通航能力、防洪以及供水等綜合利用效益等。2.6根據(jù)樞紐詳細(xì)情況，需專門進(jìn)行比擬的項(xiàng)目如在多泥沙河流上興建水利樞紐時(shí)，應(yīng)注重泄水和取水建筑物的布置對水庫淤積、水電站引水防沙和對不游河床沖刷的影響等。上述項(xiàng)目有些可定量計(jì)算，有些則難以定量計(jì)算，這就給樞紐布置方案的選定增加了復(fù)雜性，因此，必須以國家研究制定的技術(shù)政策為指導(dǎo)，在充分把握基本資料的基礎(chǔ)上，以科學(xué)的態(tài)度，實(shí)事求是地全面論證，通過綜合分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬選出最優(yōu)方案。3、案例分析案例分析主要包括下面2個(gè)方面:3.1工程大概情況某水利工程樞紐是為解決工程來水與用水在時(shí)間和水量分配上存在的矛盾，而修建的以擋水建筑物為主體的建筑物綜合運(yùn)用體，工程樞紐由擋水、泄水、放水及某些專門性建筑物組成。在進(jìn)行樞紐布置時(shí)，主要是研究和確定樞紐中各個(gè)水工建筑物的互相位置。該項(xiàng)工作牽涉泄洪、發(fā)電、通航、導(dǎo)流等各項(xiàng)任務(wù)，并與壩址、壩型密切相關(guān)，需統(tǒng)籌兼顧，全面布置，認(rèn)真分析，全面論證，最后通過綜合比擬，從多個(gè)比擬方案中選出最優(yōu)的樞紐布置方案。3.2樞紐建筑物的布置樞紐建筑物的布置主要包括:擋水建筑物土石壩、泄水建筑物泄洪隧洞和水電站建筑物。3.2.1擋水建筑物土石壩經(jīng)過比擬選擇地形圖所示河彎地段作為壩址，并選擇Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ兩條較有利的壩軸線作為備用壩址的兩個(gè)方案通過下面幾個(gè)方面定性地加以比擬，最終確定壩軸線位置。3.2.1.1地質(zhì)條件Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案均處在以玄武巖為主，間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿過的地層中，地質(zhì)條件較為類似，但Ⅰ－Ⅰ剖面，河床覆蓋層厚平均20m，河床中部最大34m，壩肩除了10m左右范圍的風(fēng)化巖外，其余為堅(jiān)硬玄武巖，地質(zhì)構(gòu)造總體良好。Ⅱ－Ⅱ剖面出與Ⅰ－Ⅰ剖面具有大致一樣厚度的覆蓋層及風(fēng)化巖外，然而底部玄武破碎帶縱橫交織，滲流比擬嚴(yán)重，需要進(jìn)行的地基處理工程量大，進(jìn)而增加了總體工期和造價(jià)。因而從地質(zhì)條件來比擬Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。3.2.1.2地形條件Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案都位于該江中游地段的峽谷地帶，河床平緩，坡降不大是其主要地形條件。但此樞紐具有過木要求，所以必須在樞紐布置中考慮到能否對過木有利。Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案水流較為平順，壩趾附近無較明顯河道彎曲出現(xiàn);而Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案壩趾下面不遠(yuǎn)處緊接河道拐彎處，水流不利于過木。所以，從地形條件來比擬Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。建筑材料:由于Ⅰ－Ⅰ壩軸線和Ⅱ－Ⅱ壩軸線附近建筑材料都比擬豐富，覆蓋層淺，開采條件較好，而且河谷地地形平坦，采運(yùn)都比擬方便，所以，在建筑材料方面不能區(qū)分出兩種方案的優(yōu)劣。3.2.1.3施工條件及工程量從地形圖上能夠看出:Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案在布置施工場地、內(nèi)外交通運(yùn)輸和進(jìn)行施工導(dǎo)流等方面沒有明顯的區(qū)別，兩種方案都是比擬便于施工的。通過比擬兩軸線河寬，發(fā)現(xiàn)Ⅰ－Ⅰ壩軸線的河寬比Ⅱ－Ⅱ壩軸線河寬窄，這樣能夠減小工程量，降低工程造價(jià)。因而，在在施工條件及工程量方面，Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案稍優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。3.2.1.4綜合效應(yīng)對于不同壩址與相應(yīng)的壩址選擇，不僅要綜合考慮防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)等部門的經(jīng)濟(jì)效益，還要考慮庫區(qū)的淹沒損失和樞紐上下游的生態(tài)影響等，要做到綜合效益最大，有害影響最小。對于Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案，通太多方面比擬Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案稍優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。所以，綜合考慮以上因素，壩軸線選在1－1剖面處。而且擋水建筑物按直線布置，壩軸線布置于河床較窄處，以盡量減少工程量，減低工程造價(jià)。3.2.2泄水建筑物泄洪隧洞經(jīng)以上分析可知，本工程選用泄洪采用隧洞方案。水工隧洞道路的選定是設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)，關(guān)系到隧洞的造價(jià)和運(yùn)用可靠性。應(yīng)在地質(zhì)勘探基礎(chǔ)上，擬定不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬優(yōu)選，爭獲得到地質(zhì)條件良好、道路短、水流順暢以及對水利樞紐其他建筑物無互相影響的洞線方案。此處從下面3方面定性地比擬隧洞布置在左岸和右岸兩種方案:3.2.2.1地質(zhì)條件左岸的主要巖石構(gòu)成主要包括:大量的凝灰?guī)r，大量的半風(fēng)化玄武巖和少量的堅(jiān)硬玄武巖。右岸主要巖石構(gòu)成主要包括:大量的堅(jiān)硬玄武巖和半風(fēng)化玄武巖。凝灰?guī)r成土狀或頁片狀，巖性軟弱，與風(fēng)化后成為碎屑的混合物近似，遇水崩解，浸透性很小;半風(fēng)化玄武巖建議采用的抗壓強(qiáng)度為50MPa，強(qiáng)度不高，力學(xué)性質(zhì)不佳。堅(jiān)硬玄武巖一般為深灰色、灰色、含有多量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構(gòu)造，并間或有方解石脈，石英脈等貫穿華而不實(shí)，這些小巖脈都是后來沿裂隙充填進(jìn)來的。堅(jiān)硬玄武巖強(qiáng)度高，力學(xué)性質(zhì)出眾，建議采用抗壓強(qiáng)度100－160MPa。壩址附近無大的斷層，但左右岸露出的巖石，節(jié)理十分發(fā)育，所以左右岸都常見巖塊崩落的現(xiàn)象。因而，就地質(zhì)條件來比擬右岸優(yōu)于左岸。3.2.2.2水文地質(zhì)條件本地區(qū)地形高差大，表流占去大半，缺乏強(qiáng)烈透水層，故地下水不是很豐富，對工程比擬有利。但左岸多為凝灰?guī)r和半風(fēng)化玄武巖，而右岸多為堅(jiān)硬玄武巖和半風(fēng)化玄武巖，根據(jù)壓水試驗(yàn)資料，凝灰?guī)r和堅(jiān)硬玄武巖都是不透水性良好的巖層，而半風(fēng)化玄武巖則為透水性良好的巖層。所以就水文地質(zhì)條件不能充分判定左岸方案和右岸方案的優(yōu)缺點(diǎn)。3.2.2.3道路相關(guān)指標(biāo)從已給出的地形圖能夠看出，若在左岸布置泄洪隧洞則需要相當(dāng)長的道路，而且中間必然會(huì)出現(xiàn)彎段，然而盡量避免出現(xiàn)彎段是水工隧洞布置的1個(gè)基本原則。若在右岸布置泄洪隧洞，隧洞能夠直接和主河道相連，不出現(xiàn)較大角度的彎段，進(jìn)而減少了出現(xiàn)水力不利條件的幾率，進(jìn)而減少了襯砌等部位的造價(jià)，而且隧洞道路長度大大減小，減少了大量的開挖量，所以無論對于施工量和工程造價(jià)來講，右岸方案都優(yōu)于左岸。因而，為增加隧洞穩(wěn)定、縮短隧洞長度、減小開挖工程量和降低隧洞的工程造價(jià)，泄洪隧洞布置在右岸，這樣水流經(jīng)隧洞流出直接入主河道，對流態(tài)也有利。考慮到電站引水隧洞也布置在右岸，泄洪隧洞布置以遠(yuǎn)離壩腳和廠房為好。為減小泄洪時(shí)引起的電站尾水波動(dòng)，以及防止沖刷壩腳，兩者進(jìn)出口相距80～100m以上。3.2.3水電站建筑物引水隧洞、電站廠房布置在右岸，在泄洪隧洞與大壩之間;由于風(fēng)化巖層較厚，廠房布置在開挖后的堅(jiān)硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房附近。4、結(jié)語通過上述分析，可知水利樞紐的布置方案的選擇是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，應(yīng)該根據(jù)各個(gè)方面的因素，選擇合理、經(jīng)濟(jì)的布置方案。以下為參考文獻(xiàn):［1］陳建林，江權(quán)，周輝．錦屏二級(jí)水電站尾部廠樞紐布置方案研究［J］．巖土力學(xué)，2008(11):31－36．［2］李捷，大型水電樞紐工程施工中砂石骨料及混凝土系統(tǒng)布置方案優(yōu)選研究［D］．烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006．［3］鄭守仁．三峽工程在我們國家水電可持續(xù)發(fā)展中的地位及作用［J］．人民長江，2020，43(10):1－6．［4］陸宗磬．萬家寨水利樞紐布置及設(shè)計(jì)特點(diǎn)［J］．中國水利，1998(11)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