摘要：山區(qū)小型水電站壓力管道是引水系統(tǒng)的一個(gè)組成建筑物，是該電站的關(guān)鍵工程，并制約著工程的安全與投資，其平面布置應(yīng)根據(jù)管道形式、當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)條件和工程的總體布置要求確定，同時(shí)考慮安全、經(jīng)濟(jì)、利用率等因素。
關(guān)鍵詞：山區(qū)，水電站，壓力管道，平面布置
中圖分類號(hào)：TV7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
前言
壓力管道是指從前池或調(diào)壓室向水輪機(jī)輸送水量的管道。其一般特點(diǎn)是坡度陡，內(nèi)水壓力大，承受水錘的動(dòng)水壓力，而且靠近廠房。因此它必須是安全可靠的。萬(wàn)一發(fā)生事故，也應(yīng)有防止事故擴(kuò)大的措施，以保證廠房和運(yùn)行人員的安全。
建于山區(qū)的小型水電站，水源河流特性多為坡降陡，落差大，多年平均徑流量小，洪水流量相對(duì)較大，泥沙含量多，所以開(kāi)發(fā)方式主要為引水式。前池位置大多選在山梁子的山腰上，地形自然坡度陡，易形成高陡邊坡，所以山區(qū)小型水電站樞紐的布置，應(yīng)優(yōu)先選定發(fā)電廠房及前池的位置，設(shè)計(jì)人員在壓力管道布置過(guò)程中，除了按規(guī)范要求外，也應(yīng)考慮地形、地質(zhì)條件對(duì)壓力管道布置的影響。本文用正在運(yùn)行的湖北省保康縣堰林二級(jí)水電站的壓力管道布置經(jīng)驗(yàn)對(duì)山區(qū)小型水電站壓力管道的布置進(jìn)行探討與研究。
工程概況
堰林二級(jí)水電站工程所在流域位于湖北省襄陽(yáng)市�？悼h境內(nèi)，屬于南河流域，涉及河流為南河流一級(jí)支流——林川河，西與神農(nóng)架林區(qū)接壤，北與十堰市為鄰。工程的主要任務(wù)是發(fā)電，為引水式小型水電站，該水電站為2水源1廠1主變型式，總裝機(jī)為3400kW(1×1600kW+1×1000kW+1×800kW)，引水系統(tǒng)、主副廠房均布置在河道右岸。目前已運(yùn)行兩年，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
根據(jù)總體布置，發(fā)電引水系統(tǒng)由無(wú)壓引水渠系、壓力前池及壓力管道組成，發(fā)電水流由前池經(jīng)壓力管道進(jìn)入廠房的水輪機(jī)組發(fā)電。水電站的主水源來(lái)自具有旬調(diào)節(jié)能力的小型水庫(kù)，屬引水式小型水電站，無(wú)壓引水隧洞總長(zhǎng)3068m，前池為洞內(nèi)式擴(kuò)大前池，壓力管道(以下稱主管)為單管聯(lián)合供水方式，高差254m，主管道長(zhǎng)425.3m，鋼管直徑700mm，裝機(jī)為2400kW(1600kW+800kW)；第二水源來(lái)自堰林一級(jí)水電站尾水(屬另一小流域乾溪溝)，同樣屬于無(wú)壓引水方式，經(jīng)引水系統(tǒng)(有明渠、隧洞)至洞內(nèi)式擴(kuò)大前池，壓力管道(以下稱副管)為單管單供方式，高差405.85m，管道長(zhǎng)650.9m，鋼管直徑350mm，裝機(jī)1000kW。
壓力管道的線路選擇和平面布置
壓力管道是引水系統(tǒng)的一個(gè)重要組成建筑物，壓力管道的平面布置應(yīng)根據(jù)其形式、當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)條件和工程的總體布置要求確定。
3.1 壓力管道的地質(zhì)條件
堰林二級(jí)水電站工程地處山區(qū)，其裂隙多為應(yīng)力構(gòu)造卸荷裂隙，主要分布在褶皺核部以及斷裂附近，裂面光滑平直，少數(shù)充填石英脈，方解石脈，泥土，多數(shù)無(wú)充填。本區(qū)屬于典型的喀斯特地貌，各種地形均有出現(xiàn)，比如溶溝、孤峰、峽谷等，發(fā)電廠房布置在彎曲山脊突斷的河道岸邊，壓力鋼管的布置則須通過(guò)順下陡崖、跨過(guò)深溝、順過(guò)峽谷和穿越山脊等方式克服多種地形條件，其布置有一定難度。由于管線長(zhǎng)、落差大，管道通過(guò)的地段地形錯(cuò)綜復(fù)雜，地勢(shì)陡緩變化不一，孤石飄零出露，為此，合理布置管線，是該電站管道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
3.2 壓力管道的平面布置
管線的平面布置應(yīng)符合電站總體布置要求的同時(shí)，其平面布置考慮了復(fù)雜地形地質(zhì)條件，結(jié)合壓力隧洞出口及電站廠房位置，根據(jù)該電站發(fā)電水頭高、管線長(zhǎng)的特點(diǎn)和制作安裝條件、運(yùn)行要求等，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，來(lái)確定壓力管道的平面布置方式。
3.2.1 平面布置線路選擇原則
壓力管道的線路選擇結(jié)合壓力前池和水電站廠房的布置統(tǒng)一考慮，選擇在地形和地質(zhì)條件優(yōu)越的地段。線路選擇的原則為：
�。�1）管道路線應(yīng)盡可能短而直，以降低造價(jià)，減少水頭損失，降低水擊壓力，改善機(jī)組運(yùn)行條件。因此，明鋼管常敷設(shè)在陡峭的山坡上，以此來(lái)縮短管線距離。
�。�2）選擇良好的地質(zhì)條件，要求地基穩(wěn)定、地下水位低，避開(kāi)山洪、滑坡、塌方及滾石威脅地段等。管線應(yīng)敷設(shè)在堅(jiān)固而穩(wěn)定的山坡上，以免因地基滑動(dòng)引起坡道破壞；支墩和鎮(zhèn)墩應(yīng)盡量設(shè)置在堅(jiān)固的基巖上，表面的覆蓋層應(yīng)予以清除，以防止支墩和鎮(zhèn)墩發(fā)生有害的位移。
�。�3）管線設(shè)置盡量減小上下起伏，保障管道順直，同時(shí)保證轉(zhuǎn)彎半徑減少局部水頭損失對(duì)于明鋼管在支墩上設(shè)置，一般距離地面不小于60cm，以便于維護(hù)和檢修。管道受力明確，在自重和水重作用下，水管在支墩上相當(dāng)于一個(gè)多跨連續(xù)梁，不超過(guò)120~150m或在鋼管軸線轉(zhuǎn)彎處設(shè)置鎮(zhèn)墩，將水管完全固定，相當(dāng)于梁的固定端。
�。�4）避開(kāi)可能發(fā)生山崩或滑坡地區(qū)。明管應(yīng)盡可能沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷之中，若明管之上有墜石或可能崩塌的峭壁，則應(yīng)事先清除。
�。�5）為了避免鋼管一旦發(fā)生意外事故時(shí)，危機(jī)電站設(shè)備和人身安全，明鋼管的首部應(yīng)設(shè)置事故閘門，并應(yīng)考慮設(shè)置事故排水和防沖設(shè)施。與水渠、道路、輸電線、通信線路等交叉時(shí)，要設(shè)置必要的交叉建筑物和防護(hù)設(shè)施。
�。�6）水頭高線路長(zhǎng)的管線，要滿足鋼管運(yùn)輸安裝和運(yùn)行管理、維修等交通要求。
此外，沿管線一般要設(shè)置交通道路，并有照明設(shè)施。根據(jù)工程具體情況，可在交通道路沿線設(shè)置休息平臺(tái)、扶手欄桿、越過(guò)鋼管的爬梯或管底通道等。
3.2.2 壓力管道的平面布置方式
根據(jù)壓力管道的線路選擇原則，同時(shí)考慮到周邊實(shí)際地質(zhì)狀況，堰林二級(jí)水電站工程的壓力管道平面布置如下：
�。�1）經(jīng)濟(jì)原則。壓力管道的布置盡量短，以降低造價(jià)，減少水頭損失，降低水擊壓力，并減少管槽開(kāi)挖、鎮(zhèn)墩支墩及管道金結(jié)工程量，減少投資，改善機(jī)組運(yùn)行條件。
�。�2）安全原則。壓力管道的布置必須保障發(fā)電廠房的安全，防止因夏季暴雨、冬季凍溶、山體落石或突然全拋負(fù)荷等引起的管道爆裂。同時(shí)確保管道地基穩(wěn)定、地下水位低，避開(kāi)山洪、滑坡、塌方及滾石威脅地段等。故將0+328.7斜井上口封堵，而與鎮(zhèn)墩合并，并在管道的左側(cè)修建排水渠，來(lái)預(yù)防暴雨以及管道爆裂等狀況而形成的洪水，以確保電站安全。
�。�3）利用率原則。在布置上盡量減少水平轉(zhuǎn)角，減少水頭損失，同時(shí)也盡量減小管道線路的上下起伏和波折，避免出現(xiàn)反坡，以利于管道排空，故選擇在主管0+078和0+328.7處采取斜進(jìn)方式已達(dá)到此目的。
�。�4）適用原則。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)論證，結(jié)合前池、廠房位置，主副管在主管0+076處重疊布置，主管在下，副管在上，主副鋼管共用管槽、鎮(zhèn)墩、支墩共347m。
�。�5）本工程水頭高線路長(zhǎng)，管線要滿足運(yùn)輸安裝和運(yùn)行管理、維修等交通要求。
根據(jù)以上原則，并結(jié)合實(shí)際的地形地質(zhì)條件、交通條件等進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終確定壓力管道壓力管線前段總體上大致沿壓力前池到廠房間的山脊布置，末段采用斜井，穿過(guò)山脊方式布置。這樣設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是管線短，水流平順，減小了水擊壓力和水頭損失，保障了發(fā)電廠房的安全。
4 結(jié)論
壓力管道是引水系統(tǒng)的一個(gè)組成建筑物。壓力管道的平面布置應(yīng)根據(jù)其形式、當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)條件和工程的總體布置要求確定，同時(shí)考慮安全、經(jīng)濟(jì)、利用率等因素。所以山區(qū)小型水電站樞紐的壓力管道的布置應(yīng)按以下原則：（1）路線盡可能短、直，以達(dá)到降低造價(jià)、水頭損失小的目的；（2）地質(zhì)條件好，山體穩(wěn)定、地下水位低、避開(kāi)山崩、雪崩地區(qū)；（3）盡量減小起伏，避免出現(xiàn)負(fù)壓，轉(zhuǎn)彎半徑；（4）避開(kāi)可能發(fā)生山崩或滑坡的地區(qū)以及山水集中的地區(qū)，可沿山脊布置，明鋼管首部設(shè)控制閘門，并考慮事故排水等。
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