制氣式調(diào)壓室在帶有長(zhǎng)尾水隧洞的水電站中的應(yīng)用

龍灘水電站尾水系統(tǒng)設(shè)置敞開(kāi)式尾水調(diào)壓井。本文對(duì)改用氣勢(shì)式調(diào)壓室的穩(wěn)定斷面、漏氣充氣、沿群布置、洞群布置、運(yùn)行安全等問(wèn)題做了探討，認(rèn)為：由于水頭、流量、地質(zhì)、安全等因素所限，龍灘尾水調(diào)壓井不宜改用氣墊調(diào)壓室。

2014年3月28日．由水利水電第十四工程局擔(dān)負(fù)施工的四川長(zhǎng)河壩水電站引水發(fā)電系統(tǒng)重要地下工程尾水調(diào)壓室開(kāi)挖順利結(jié)束．實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。

采用瞬變流計(jì)算方法,論證了博瓦水電站不良地質(zhì)條件下采用尾閘室替代尾水調(diào)壓室設(shè)計(jì)方案的可行性,給出了水力計(jì)算原理和計(jì)算內(nèi)容。博瓦水電站尾閘室替代尾水調(diào)壓室后電站調(diào)節(jié)保證計(jì)算滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求,機(jī)組丟棄負(fù)荷后的尾水管最大真空度3.30m,電站輸水系統(tǒng)小波動(dòng)是穩(wěn)定的。尾閘室替代尾水調(diào)壓室可以避免不良地質(zhì)條件下大尺寸尾水調(diào)壓室開(kāi)挖帶來(lái)的施工風(fēng)險(xiǎn)。

概述了國(guó)內(nèi)外水電站氣墊式調(diào)壓室的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀,對(duì)氣墊式調(diào)壓室的工程地質(zhì)、氣體動(dòng)態(tài)特性、模型試驗(yàn)、安全水深和運(yùn)行控制等方面的研究成果進(jìn)行綜述,指出了需進(jìn)一步研究的方向和應(yīng)用前景。

結(jié)合設(shè)置上下游雙調(diào)壓室的長(zhǎng)引水式水電站輸水系統(tǒng)的水力特性,探討了上下游調(diào)壓室的共振分析、引水道和尾水道內(nèi)水體的共振分析以及水力干擾穩(wěn)定性分析等特殊水力學(xué)問(wèn)題,指出在合適的條件下采用取消尾水調(diào)壓室的方案,可以有效改善水力—機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)特性和穩(wěn)定性。進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際算例進(jìn)行了取消尾水調(diào)壓室的優(yōu)化分析,結(jié)果表明在合適的條件下長(zhǎng)引水式水電站中取消尾水調(diào)壓室的可行性和優(yōu)越性。

國(guó)內(nèi)外已建的氣墊調(diào)壓室都是利用經(jīng)過(guò)處理的圍巖自身或再輔以在其周邊設(shè)置的水幕來(lái)防止氣室漏氣。但據(jù)國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐,即使對(duì)巖體采取了復(fù)雜而昂貴的工程處理措施,也難以確保氣室的氣密性。金康電站的地質(zhì)條件較差,氣墊室采用鋼板防止氣室漏氣,克服了氣室閉氣難的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了工期省、投資省、調(diào)壓室運(yùn)行可靠的目標(biāo)。鋼罩式氣墊調(diào)壓室在金康電站的成功應(yīng)用,將對(duì)引水式電站具有較大的推廣價(jià)值。

二灘水電站尾水調(diào)壓室是典型的高邊墻、大跨度、特大斷面地下洞室，施工中采取了合理的開(kāi)挖施工方案，如施工道路的布置以及施工支洞的設(shè)置等。根據(jù)高大洞室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用了有效的綜合性支護(hù)方式，尤其是在開(kāi)挖支護(hù)施工階段跟蹤進(jìn)行圍巖應(yīng)力應(yīng)受監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整施工方案，確保了整體圍巖穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全，在進(jìn)度和質(zhì)量方面都達(dá)到了預(yù)期的目的。對(duì)于施工中出現(xiàn)的各種不利情況，如巖爆、邊墻頂拱局部變形大等，采取了一系列處理措施，取得了良好的效果，為類(lèi)似的高大洞室開(kāi)挖支護(hù)施工提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

目前，水電站的尾水調(diào)壓室大多采用簡(jiǎn)單式型式，為了比較它與差動(dòng)式和阻抗式尾水調(diào)壓室的優(yōu)劣，作者對(duì)三種型式的尾水調(diào)壓室從水擊波的反射特性、調(diào)壓室的涌浪高低、水頭損失的大小，以及工程結(jié)構(gòu)的難易等方面進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)．本文通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析和研究，評(píng)述了選用至動(dòng)式或阻抗式尾水調(diào)壓室比選用簡(jiǎn)單式尾水調(diào)壓定更為經(jīng)濟(jì)適用，文中并有舉例計(jì)算．

目前,水電站的尾水調(diào)壓室大多采用簡(jiǎn)單式形式,為了比較它與差動(dòng)式和阻抗式尾水調(diào)壓室的優(yōu)劣。作者對(duì)三種形式的尾水調(diào)壓室從水擊波的反射特性,調(diào)壓室的涌浪高低,水頭損失的大小,以及工程結(jié)構(gòu)的難易等方面進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),本文通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析和研究,評(píng)述了選用差動(dòng)式或阻抗式尾水調(diào)壓室比選用簡(jiǎn)單式尾水調(diào)壓室更為經(jīng)濟(jì)適用,文中并有舉例計(jì)算。

地下水電站的氣墊式調(diào)壓室 [挪威]d．c．戈達(dá)爾h．葛霍特t．特克爾e．布羅赫 [提要]在挪威，自7o年代開(kāi)始采用氣墊式調(diào)壓室以來(lái)t目前已有9處投入運(yùn)行，其中有6址質(zhì)量奇人浦意．右 2址為醯步空氣扳失曾進(jìn)行垃修補(bǔ)處理．車(chē)文舟紹了這類(lèi)謂壓室的幾何形狀、動(dòng)力特性、運(yùn)行情況等t并對(duì)硐室 中的空氣撮失計(jì)算．氣處理方法及設(shè)計(jì)打案等作了簡(jiǎn)要探討． 一 、 一般特性和布置 表l列出了挪威現(xiàn)有帶氣墊式謂壓室水電站的 特性數(shù)據(jù)和投入運(yùn)行的年份，其中托爾帕電站正在施 據(jù)弓f水隧嗣通過(guò)區(qū)域的地質(zhì)條件確定．奧薩電站由 于緊靠廠房的巖石滲透性強(qiáng)．故只能在距廠房上游 1100m處布置謂壓室。這樣，弓f水道的值與水輪 機(jī)制造廠要求的限制值十分接近。從表2可以看出， 工中。除2十電站外．其余電站從水輪機(jī)到謂壓室的距離都 氣墊式謂壓室可更靠近廠房上游側(cè)

超長(zhǎng)引水隧洞水電站設(shè)置氣墊式調(diào)壓室可以有效抑制過(guò)渡過(guò)程中調(diào)壓室涌浪振幅，但蝸殼壓力的變化規(guī)律也因氣墊式調(diào)壓室的影響變得更為復(fù)雜。本文通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法，分析了設(shè)氣墊式調(diào)壓室超長(zhǎng)引水隧洞水電站大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程中，導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間、引水隧洞水流慣性、壓力管道水流慣性及調(diào)壓室參數(shù)∥等因素對(duì)蝸殼最大動(dòng)水壓力的影響；并與常規(guī)調(diào)壓室進(jìn)行對(duì)比，討論了氣墊式調(diào)壓室對(duì)超長(zhǎng)引水隧洞水電站甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中反射水擊波特性的作用。結(jié)果表明：氣墊式調(diào)壓室對(duì)水擊波的反射效果不如常規(guī)調(diào)壓室，且氣墊和涌浪壓力之和最大值大于常規(guī)凋壓室最大水壓力，更容易發(fā)生蝸殼最大動(dòng)水壓力，此壓力由調(diào)壓室壓力極值決定、不受導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律控制的影響。

構(gòu)皮灘水電站5臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組中有4臺(tái)機(jī)組采用2臺(tái)機(jī)組共用一尾水調(diào)壓室的布置方式,鑒于尾水調(diào)壓室底部原設(shè)計(jì)采用矩形交匯的體型致使水流狀態(tài)紊亂,導(dǎo)致水頭損失較大。為此,應(yīng)用最新的cfd技術(shù)對(duì)岔管體型進(jìn)行優(yōu)化先確定設(shè)計(jì)方案,然后進(jìn)行了模型試驗(yàn),并對(duì)數(shù)值計(jì)算和模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,為工程設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的依據(jù)。

大朝山水電站尾水系統(tǒng)采用長(zhǎng)尾水隧洞，需設(shè)置尾水調(diào)壓室。經(jīng)可研、初設(shè)、招標(biāo)、技施設(shè)計(jì)，對(duì)于尾調(diào)的形式、水力穩(wěn)定面積、阻抗孔口尺寸和體形、水力過(guò)渡形態(tài)、橫向水流和立軸漩渦、疏流墩、最高最低滲浪水位及確定的尾水調(diào)壓室總體高度、洞室襯砌形式、洞室圍巖穩(wěn)定、圍巖開(kāi)挖和支護(hù)、結(jié)構(gòu)分析諸問(wèn)題，逐步深入分析、隨設(shè)計(jì)階段進(jìn)展、施工的進(jìn)程，不斷根據(jù)新出現(xiàn)的問(wèn)題，不斷根據(jù)新出現(xiàn)的問(wèn)題，跟蹤進(jìn)行修改、優(yōu)化，做了有益的探索

糯扎渡水電站整個(gè)尾水系統(tǒng)開(kāi)挖過(guò)程中,五岔口部位是開(kāi)挖的重點(diǎn)又是難點(diǎn)。由于五岔口部位開(kāi)挖掏空率高達(dá)52%,圍巖應(yīng)力分布發(fā)生變化,導(dǎo)致圍巖變形,如果應(yīng)力應(yīng)變過(guò)大,超過(guò)圍巖允許的范圍,就會(huì)影響正常施工,所以五岔口部位開(kāi)挖施工程序、施工方法及爆破參數(shù)的確定,直接影響施工進(jìn)度及圍巖的穩(wěn)定。

目前水電站的調(diào)節(jié)品質(zhì)已成為水電界所關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。本文從基本方程出發(fā),分析了帶尾水調(diào)壓室水電站負(fù)荷擾動(dòng)下調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì),得出了機(jī)組頻率尾波波動(dòng)過(guò)程調(diào)節(jié)時(shí)間的計(jì)算方法。最后通過(guò)計(jì)算實(shí)例,研究了調(diào)速器參數(shù)、調(diào)壓室面積及尾水隧洞水流慣性對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的影響。

利用1:40比尺模型,模擬了烏江構(gòu)皮灘地下電站1號(hào)和2號(hào)機(jī)組共用的調(diào)壓室和尾水隧洞,并通過(guò)控制錐形閥開(kāi)度來(lái)模擬通過(guò)水輪機(jī)的流量過(guò)程.通過(guò)恒定流試驗(yàn)測(cè)量每一種阻抗孔型式下流入和流出調(diào)壓室的流量系數(shù),并對(duì)阻抗孔口大小、形狀進(jìn)行優(yōu)化；通過(guò)非恒定流試驗(yàn)測(cè)量不同工況時(shí)調(diào)壓室阻抗孔口不同大小、形狀時(shí)調(diào)壓室內(nèi)的最高最低涌浪、阻抗孔板正反向壓差、尾水洞沿程測(cè)點(diǎn)的壓力變化過(guò)程等參數(shù),探討了不同阻抗孔口尺寸、形狀對(duì)調(diào)壓室內(nèi)水力參數(shù)的影響.

基于超長(zhǎng)引水隧洞水電站調(diào)壓室最高涌浪限制值取決于蝸殼壓力控制值這一前提,根據(jù)阻抗式、阻抗上室式和簡(jiǎn)單上室式調(diào)壓室在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)水位波動(dòng)的顯示計(jì)算公式,分別推導(dǎo)了這3種型式調(diào)壓室水力設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)表達(dá)式,同時(shí)引入臨界值的概念,明確了上述3種型式調(diào)壓室的適用條件.且將關(guān)聯(lián)表達(dá)式應(yīng)用于工程實(shí)例,進(jìn)行了調(diào)壓室型式的選擇與水力設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化選取,探討了超長(zhǎng)引水隧洞水電站調(diào)壓室水力設(shè)計(jì)的方法,得到了不同調(diào)壓室在滿足最高涌浪限制值要求時(shí)各自體型參數(shù)的選取依據(jù).

糯扎渡水電站的最大工作水頭為215m,安裝了9臺(tái)機(jī)組;其尾水系統(tǒng)采用3臺(tái)機(jī)共用一個(gè)調(diào)壓室和一條尾水隧洞的布置方式,無(wú)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)借鑒,應(yīng)進(jìn)行水擊和調(diào)壓室涌浪的研究.為此,采用特征線法,以尾水支洞與調(diào)壓室連接處的壓力為紐帶,對(duì)該水電站尾水管水擊和調(diào)壓室涌浪進(jìn)行了聯(lián)合求解,模擬了典型工況尾水管的水擊時(shí)間過(guò)程和調(diào)壓室涌浪時(shí)間過(guò)程,得出了尾水管的最大水擊壓力和其發(fā)生的位置,以及調(diào)壓室的最低涌浪水位.數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合.尾水位在最低和正常水位之間變動(dòng),突甩負(fù)荷時(shí),尾水系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生真空;調(diào)壓室最低涌浪水位高于設(shè)計(jì)所要求的最低涌浪水位,說(shuō)明該尾水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的.

調(diào)壓室是一種修建在水電站壓力引水隧洞與高壓水道之前或長(zhǎng)的壓力引水管道之間的建筑物。根據(jù)其布置形式,可以分為調(diào)壓井或調(diào)壓塔,調(diào)壓井為利用地形從山中開(kāi)挖出的井筒式,調(diào)壓塔為在地面上修建的塔式。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)突然增加或丟棄負(fù)荷時(shí),水輪機(jī)的導(dǎo)葉將會(huì)關(guān)閉,在此時(shí)壓力水道中將產(chǎn)生水錘,水錘波在壓力水道中往返傳播,引起壓力的升降,在正水錘時(shí),由于水錘波引起水壓力增加,此時(shí)就需要加強(qiáng)整個(gè)壓力引水道的結(jié)構(gòu)和水輪機(jī)的強(qiáng)度,在負(fù)水錘時(shí),為了防止產(chǎn)生真空,可能要求降低引水道的高程,從而加大設(shè)計(jì)水壓力。過(guò)大的水錘壓力不僅增加水工建筑物和水輪發(fā)電機(jī)組的造價(jià),同時(shí)也給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)生影響,因此需要修建調(diào)壓室來(lái)改善水錘壓力波。

大朝山水電站長(zhǎng)尾水隧洞施工——由中國(guó)水利水電第十西工程局承建的太朝山水電站長(zhǎng)尾水隧洞工程，開(kāi)挖設(shè)備先進(jìn)，施工措箍合理，上層開(kāi)挖順利通過(guò)了那戈河底．開(kāi)挖質(zhì)量選到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平．混凝土拌和接實(shí)行徽機(jī)控制，直徑15m的圓形洞室采用針粱鋼摸和鋼模臺(tái)車(chē)兩次...

世界上已建的10座地下氣墊式調(diào)壓室的水電站均位于挪威。近年來(lái),為解決環(huán)保問(wèn)題和節(jié)約工程投資,我國(guó)已在四川自一里、小天都兩座水電站設(shè)計(jì)中采用了氣墊式調(diào)壓室方案。氣墊式調(diào)壓室的主要設(shè)計(jì)問(wèn)題包括設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、布置設(shè)計(jì)、氣體體積及尺寸的估算、水幕設(shè)計(jì)、防滲處理等方面內(nèi)容。

由中國(guó)水利水電第十四工程局承建的大朝山水電站長(zhǎng)尾水隧洞工程，開(kāi)挖設(shè)備先進(jìn)，施工措施合理，上層開(kāi)挖順利通過(guò)了那戈河底，開(kāi)挖質(zhì)量達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，混凝土拌和樓實(shí)行微機(jī)控制，直徑１５ｍ的圓形洞室采用針梁鋼模和鋼模臺(tái)車(chē)兩次澆筑成形，為爭(zhēng)創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。