二滩水电站引水压力管道型式研究

电力18讯：    摘  要：工程建设规划设计阶段，决策者除对工程功能及效益进行研究外，还应了解当今先进施工技术，将先进技术的信息应用到工程设计中，优化设计，使工程建设更好地节约投资，加快施工进度，提高工程综合效益。以二滩水电站引水压力管道竖井和斜井两种型式为例，从地质，水能利用，施工工艺、进度等方面进行对比分析，从而得出斜管方案优于竖管方案的结论。

    笔者所阐述的内容是关于已建的二滩水电站6个压力引水管道的方案比较，依据自1992年8月二滩主体工程开工以来所获得的机械设备资料及施工资料，对竖管型式和斜管型式作了施工组织设计比较，力求从施工工艺、施工条件、施工技术方面证明斜管型式的压力管道具有优先的可行性，同时为不使该文失之空谈，对水力学和工程地质也作了粗浅的演算和交代。特别强调文中只对斜管型式和竖管型式作对比研究，其他参数都是按照设计院提供的相同参数，并遵循下列条件：①压力管道进口和下部位置高程不变；②压力管进口和下部锥管形状长度不变；③斜管型式的弯管位置较竖管型式上移和下移，而弯管幅度变缓；④其他参数不变。
    下面就斜管型式和竖管型式的优劣进行对比。

1竖管型式和斜管型式布置比较
    竖管、斜管型式的布置比较见图1及表1。



    从图1及表1明确知道，斜管型式的每条压力管的长度均比竖管型式的压力管长度减少80m左右，总长度减少447.96 m，总计减少开挖工程量39 521.0 m3。




2工程地质条件
    引水压力管道设6条，内径9.0 m，开挖直径10.6 m。上平段高程1 132.5 m，下平段1 004.5 m。
    管道围岩为正长岩及蚀变玄武岩，总体分布：由外侧的6号管至内侧1号管，正长岩所占比例由少渐多，蚀变玄武岩则反之。工程地质条件较好。局部蚀变玄武岩中可能出现零星的裂面绿泥石化玄武岩，两大岩组中存在个别分布的小破碎带或接触破碎带。下平段的蚀变玄武岩中，实测地应力两组δ=384kg／cm2，方向SN～N22°E、L-8°～26°，应力相对集中，开挖中应有专门措施。从地质资料可看出，没有影响压力管道型式布置的地质因素。
3水力学计算
    这里只计算水头损失。进口正常蓄水位1 200 m，下游正常水位1 015.56 m，沿程水头损失及局部水头损失基准水位1 015.56m，当6台机组同时发电而没有弃水时，总流量：Q总=2 226 m3／s，每台机组利用流量：Q=Q总÷6=371 m3／s；粗糙度△=0.42；粘滞系数ν：二滩水库常年平均水温t=14.6℃时，ν=1153×10-6m2／s。
    下面以6号压力管作为例子进行计算比较。
3.1竖管型式的沿程水头损失和局部水头损头
    (1)局部水头损失hj竖=2.52 m。
    (2)沿程水头损失hf竖=3.94 m。
    (3)总水头损失h竖=hj竖+hf竖=2.52+3.94=6.461 m。
3.2斜管型式的沿程水头损失和局部水头损失
    (1)局部水头损失hj斜=2.86 m。
    (2)沿程水头损失hf斜=2.95 m。
    (3)总水头损失h斜=hj斜+hf斜=2.86+2.95=5.81 m。
    从以上计算结果表明，斜管型式水头损失h斜较竖管型式水头损失h竖减少0.65 m，能增加发电量。
    以上计算均为恒定流状态下的水力计算，至于非恒定流状态下的水力计算，目的在于减少水击压力对管壁产生的压强，现在每条压力管长度斜管型式比竖管型式均减少80 m左右，这对于减少水击压力及水击时间是有利的。
4施工组织设计比较
    二滩水电引水压力管开挖直径10.6 m，设计为全段面混凝土衬砌。上部进口到压力管施工支洞1032.0 m高程为钢筋混凝土衬砌，占总洞长的68.4%；压力管施工支洞至蜗壳均为压力钢管衬砌，占总洞长的31.6%。根据实际情况，将上部进口(高程1 132.5 m)至压力管施工支洞(高程1 032.0m)作为主要施工区；压力管施工支洞至蜗壳段为次施工区，该段从厂房998.0 m高程进入压力钢管段施工，两个施工区在排除相互干扰的情况下可同期作业，会加快施工进度。机组投产的顺序依次为6号、5号、4号、3号、2号、1号，因此，首先进行6号压力管施工作业，然后按顺序开挖其他隧洞，这里把6个压力管看作是一个项目工程，由6个单项工程组成，相互联系和制约，根据下列计算强度就可作出开挖网络计划图，计算出它们的工期。
4.1开挖施工
4.1.1开挖技术条件
    Ⅱ标联营体拥有凿岩台车7部，出渣车7辆25 t和15辆32 t。开挖高峰期至少有10个工作面以上要利用凿岩台车，它们出渣最高强度405 t／h，以每天工作20 h计算，出渣能力只能达到8 100t／d，而10个工