龍頭石水電站廠區(qū)樞紐布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

熊先濤，尹葵霞，農(nóng)情革

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072 )

1 前 言

龍頭石水電站裝機(jī)容量700MW。岸邊式地面廠房布置于龍頭石Ⅱ級(jí)基座階地下游邊緣附近，地形平坦，地基巖性為細(xì)粒花崗巖，發(fā)育有七條輝綠(輝長(zhǎng))巖脈，巖體完整性較差，以Ⅲ類巖體為主，局部裂隙密集帶、小斷層及巖脈破碎帶等為Ⅳ類巖體。邊坡主要由風(fēng)化卸荷的細(xì)粒花崗巖和覆蓋層組成，發(fā)育有多條軟弱結(jié)構(gòu)面。邊坡巖體總體為塊裂結(jié)構(gòu)，局部碎裂結(jié)構(gòu)，以Ⅳ、Ⅴ類為主，穩(wěn)定條件較差；斜坡上部覆蓋有厚達(dá)10～30m的崩坡積含礫碎石土層，結(jié)構(gòu)較松散，開(kāi)挖后穩(wěn)定性差。地質(zhì)部門建議開(kāi)挖坡比：Ⅳ類巖體1∶0.75，Ⅴ類1∶1，覆蓋層1∶1.25。

2 原廠區(qū)樞紐布置方案

廠區(qū)建筑物主要包括主廠房、副廠房、主變場(chǎng)、中控樓、GIS樓、尾水平臺(tái)、尾水渠、進(jìn)廠公路及回車場(chǎng)等。

在可研階段為了兼顧主廠房地基要求和后邊坡的高度，并考慮到后邊坡地質(zhì)條件較差，后坡開(kāi)挖坡比采用地質(zhì)部門建議值。經(jīng)過(guò)水工、機(jī)電、建筑等專業(yè)的多方案布置、論證和比較，確定廠區(qū)建筑物采用全地面布置方式。根據(jù)廠區(qū)地形、地質(zhì)條件，選定廠房軸線為NW80°，主廠房的安裝間、主機(jī)間呈“一”字形布置，安裝間位于主機(jī)間左側(cè)，副廠房位于主廠房下游側(cè)的尾水平臺(tái)之下，尾水平臺(tái)部分兼作主變場(chǎng)，中控樓位于安裝間下游側(cè)，GIS樓緊鄰中控樓下游側(cè)布置。

GIS發(fā)電機(jī)電壓配電裝置及主變壓器設(shè)置在主廠房下游側(cè)副廠房?jī)?nèi)和尾水平臺(tái)上，開(kāi)關(guān)站布置在安裝間下游側(cè)進(jìn)廠公路旁，主變壓器高壓側(cè)與開(kāi)關(guān)站配電裝置采用500kV SF6管道母線連接。GIS樓頂為出線場(chǎng)，高壓并聯(lián)電抗器及出線門形架布置在開(kāi)關(guān)站樓前。

原廠區(qū)樞紐布置(下游開(kāi)關(guān)站方案)見(jiàn)圖1。

本方案各建筑物基礎(chǔ)均座落在基巖上，地基承載力滿足要求；后邊坡最大高度約100m，坡度較緩，支護(hù)工程量較小；建筑物間布置滿足電站運(yùn)行要求。但各建筑物相對(duì)分散，運(yùn)行維護(hù)不便；主變壓器放置在尾水平臺(tái)上，機(jī)組振動(dòng)對(duì)電氣設(shè)備的振動(dòng)影響較大；GIS樓距機(jī)組較遠(yuǎn)，所需電纜費(fèi)用較高。因此，可研審查基本同意以上樞紐布置方案，但要求結(jié)合研究尾水建筑物和設(shè)備隔振、減振及防振等工程措施，優(yōu)化500kV高壓配電裝置及廠區(qū)樞紐的布置。

3 優(yōu)化方案比選

根據(jù)可研審查意見(jiàn)，結(jié)合廠區(qū)地形、地質(zhì)條件，開(kāi)展了廠區(qū)樞紐布置優(yōu)化。

3.1 方案擬定

由于下游開(kāi)關(guān)站方案將主變壓器布置在尾水平臺(tái)上，機(jī)組振動(dòng)對(duì)電氣設(shè)備的影響無(wú)法避免，因此合理布置廠區(qū)各建筑物以解決設(shè)備隔振和減振是本次優(yōu)化需要解決的問(wèn)題。參考類似工程，如將主變壓器、相關(guān)電氣設(shè)備置于主廠房上游側(cè)，并在主廠房設(shè)置永久縫能有效降低振動(dòng)的影響。但是將主變和GIS布置在主廠房上游側(cè)，機(jī)電布置需要的主變室尺寸為110.04m× 14.50m(長(zhǎng)×寬)。本工程對(duì)廠房地基基礎(chǔ)承載力要求較高，最大承載力為0.8MPa，為滿足地基承載力要求需盡量將主廠房后靠，使廠房基礎(chǔ)座落在基巖上；而后邊坡最大高度已近100m，向后擴(kuò)挖必然增加邊坡高度和工程量，開(kāi)挖和支護(hù)難度也進(jìn)一步加大。因此，處理好廠房基礎(chǔ)高承載力和后邊坡高度的矛盾成為本次優(yōu)化的難點(diǎn)。

圖1 下游開(kāi)關(guān)站方案廠區(qū)樞紐布置

考慮到廠房一期開(kāi)挖已經(jīng)基本完成，開(kāi)挖揭示的邊坡地質(zhì)條件略優(yōu)于預(yù)期，可以適當(dāng)加大邊坡坡度而維持一期邊坡開(kāi)口線不動(dòng)；同時(shí)為了盡量減少?gòu)S區(qū)優(yōu)化布置對(duì)整個(gè)樞紐格局的影響，維持原來(lái)主廠房軸線方位、壓力管道軸線方位不變。由于主變移至廠房上游，尾水平臺(tái)寬度減小了8.50m，相應(yīng)將廠房軸線位置沿壓力管道軸線方位向下游平移8.50m，向靠山側(cè)平移3.26m。廠后985.00～955.00m高程邊坡由1∶0.75調(diào)整為1∶0.65；955.00～915.50m高程廠房后邊坡開(kāi)挖坡比從1∶0.75調(diào)整為1∶0.5。經(jīng)過(guò)以上調(diào)整后，廠后空間加大，滿足了主變室和主變搬運(yùn)道的布置需要。因此將GIS樓從安裝間下游側(cè)移至廠房1～3號(hào)機(jī)上游側(cè)，將控制樓從安裝間下游側(cè)移至廠房4號(hào)機(jī)上游側(cè)，其余安裝間后的空地可作為主變組裝場(chǎng)，廠區(qū)其余建筑物位置基本不變。

調(diào)整相應(yīng)的電氣設(shè)備布置。發(fā)電機(jī)電壓配電裝置、主變壓器、開(kāi)關(guān)站及出線設(shè)備均布置在GIS樓內(nèi)。GIS樓增加至3層，地下一層和地上兩層，第一層為發(fā)電機(jī)電壓配電裝置層，布置有IPB、GCB、高壓廠變、電壓互感器等設(shè)備；第二層為主變壓器層，布置有2組主變壓器及1組高壓并聯(lián)電抗器；第三層為GIS層，布置有500kV GIS設(shè)備；樓頂為出線場(chǎng)，布置有出線設(shè)備及出線構(gòu)架。

優(yōu)化后廠房后坡變陡，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，對(duì)后坡支護(hù)進(jìn)行了適當(dāng)加強(qiáng)。支護(hù)方案為：巖石開(kāi)挖邊坡主要采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù)處理，并對(duì)邊坡上部強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體設(shè)置框格梁支護(hù)，每級(jí)邊坡設(shè)置兩排錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索布置范圍和數(shù)量較優(yōu)化前有所加大。

優(yōu)化后的廠區(qū)樞紐布置方案(上游開(kāi)關(guān)站方案)見(jiàn)圖2。

3.2 綜合比較

上游開(kāi)關(guān)站方案中主變和GIS樓、中央控制樓均布置在主廠房上游側(cè)，使得下游側(cè)尾水平臺(tái)寬度和尾水管長(zhǎng)度有所減小，廠區(qū)各建筑物更緊湊，樞紐布置更合理。兩方案比較如下：

3.2.1 土建綜合比較

兩方案主要土建工程量和相對(duì)投資見(jiàn)表1。

從表1可見(jiàn)，兩方案土建工程量及相對(duì)投資沒(méi)有明顯差異。雖然上游方案減小了尾水平臺(tái)寬度和尾水管長(zhǎng)度，使混凝土和鋼筋量有所減小，但由于增大了廠房中下部開(kāi)挖邊坡，因此增加了較多的邊坡支護(hù)工程量。兩方案互有增減，總體差別不明顯。

在施工條件上，兩方案施工場(chǎng)地布置條件相當(dāng)，施工難度及土建工程量無(wú)大的差別，施工工期基本相同。

在運(yùn)行管理上，上游方案各建筑物布置緊湊，主變壓器及其組裝場(chǎng)、GIS樓緊鄰廠房后面布置，離安裝間較近，檢修、維護(hù)及運(yùn)行較方便。

綜上分析，廠區(qū)樞紐布置的兩個(gè)方案從土建工程量、樞紐布置、施工條件、運(yùn)行管理?xiàng)l件等方面綜合比較，上游方案相對(duì)較優(yōu)。

圖2 上游開(kāi)關(guān)站方案廠區(qū)樞紐布置

項(xiàng)目下游開(kāi)關(guān)站方案上游開(kāi)關(guān)站方案差值土方明挖/萬(wàn)m338.6137.43-1.18石方明挖/萬(wàn)m3104.77105.781.01主副廠房及安裝間混凝土/萬(wàn)m323.1722.33-0.84鋼筋/t18 03016 026-2 004噴混凝土/萬(wàn)m30.260.590.33掛網(wǎng)鋼筋/t3011282.00排水孔/萬(wàn)m0.450.940.49錨桿/根8 6509 276626錨索/根14623892錨桿束/根0160160GIS樓和控制樓混凝土/萬(wàn)m30.631.380.75磚砌體/萬(wàn)m30.1050.180.08鋼筋/t11401 769629相對(duì)投資/萬(wàn)元30 406.4830 336.63-69.85

3.2.2 機(jī)電綜合比較

下游開(kāi)關(guān)站方案：利用尾水平臺(tái)的空間布置發(fā)電機(jī)電壓配電裝置、主變壓器和主變壓器運(yùn)輸?shù)溃瑘?chǎng)地利用率較好。但為了布置設(shè)備，延長(zhǎng)了尾水管長(zhǎng)度，對(duì)機(jī)組的性能有一定影響；主變壓器、GCB等設(shè)備布置在尾水渠上，將受到機(jī)組振動(dòng)的影響；由于主變高壓側(cè)到開(kāi)關(guān)站的引出設(shè)備無(wú)法采用架空線連接，增加了高壓引出線設(shè)備的投資，使得總投資較大。此外，各部位之間電纜通道關(guān)系復(fù)雜，中、低壓電纜路徑較長(zhǎng)，運(yùn)行維護(hù)不太方便。

上游開(kāi)關(guān)站方案：尾水管長(zhǎng)度縮短，提高了機(jī)組性能；升壓樓布置在主廠房上游側(cè)與主廠房結(jié)構(gòu)分開(kāi)，電器設(shè)備不受機(jī)組振動(dòng)的影響，電站運(yùn)行安全性和舒適度均較高；設(shè)備布置較為寬松；電纜通道易于規(guī)劃，且長(zhǎng)度較短；升壓設(shè)備布置集中，占地面積小，運(yùn)行維護(hù)方便。

兩方案主、副廠房主要機(jī)械與電氣設(shè)備布置以及工程量相同，主要差別體現(xiàn)在GIS出線設(shè)備上。兩方案開(kāi)關(guān)站主要電氣設(shè)備工程量及相對(duì)投資比較見(jiàn)表2。

表2 兩方案開(kāi)關(guān)站主要電氣設(shè)備工程量及相對(duì)投資比較

從表2可見(jiàn)：上游方案的設(shè)備投資有較大減少。

綜上分析，廠區(qū)樞紐布置的兩個(gè)方案從機(jī)電布置、設(shè)備投資等方面綜合比較，上游方案優(yōu)勢(shì)較大。

3.3 結(jié) 論

經(jīng)以上比較表明，上游開(kāi)關(guān)站方案有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)工程投資較省，節(jié)省投資約1 213.45萬(wàn)元。

(2)機(jī)組運(yùn)行可靠性進(jìn)一步提高，有效地降低了機(jī)組振動(dòng)對(duì)電氣設(shè)備的影響。

(3)樞紐布置更緊湊、合理，運(yùn)行維護(hù)更方便。

4 結(jié)束語(yǔ)

龍頭石水電站廠區(qū)樞紐布置調(diào)整是為了滿足電氣設(shè)備的防振和隔振而提出的。在調(diào)整過(guò)程中充分考慮了地形、地質(zhì)條件和整個(gè)樞紐布置的影響，尤其在地質(zhì)條件進(jìn)一步明朗的前提下對(duì)后坡坡度進(jìn)行了調(diào)整，滿足了建筑物布置的需要，使得在對(duì)整個(gè)樞紐格局改動(dòng)較小的前提下獲得了較大效益，滿足了工程的要求。