南歐江五級水電站引水發電系統設計

魯　宏，李雙寶

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051)

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南歐江五級水電站引水發電系統設計

魯宏，李雙寶

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051)

南歐江五級水電站引水發電系統由電站進水口、壩后背管、壩后發電廠房組成，對電站進水口結構設計、壓力背管形式、鋼管過縫措施、蝸殼外圍混凝土結構設計等技術難點進行了詳細介紹及分析研究，提出了技術可行、經濟合理、施工方便、便于運行管理的工程優化方案。

引水發電建筑物；總體布置；結構設計；南歐江五級水電站

南歐江五級水電站位于老撾豐沙里省境內，是南歐江河流規劃中第5個梯級，該梯級壩址距下游四級壩址約50 km，距老撾萬象市公路里程731 km，距中國昆明市公路里程943 km。電站屬二等大(2)型工程，樞紐建筑物由碾壓混凝土重力壩、溢流表孔、沖沙底孔、壩式進水口及壩后廠房等組成。最大壩高74 m，水庫正常蓄水位441.000 m(具有季調節性能)，裝機容量240 MW(3×80 MW)，年發電量為977 GW·h，裝機年利用小時數4 071 h。

1　引水發電建筑物總體布置

南歐江五級水電站引水發電建筑物布置于河床和岸坡，由壩式進水口、壩后背管、壩后主廠房及安裝間、上游電氣副廠房、尾水閘室及尾水渠等主要建筑物組成。

1.1壩式進水口

壩式進水口采用單管單機引水，布置于河床部位的5、6、7號壩段，壩段寬均為22 m，進水口高程410 m，三孔進水口各設6 m×8 m檢修門和6 m×7 m事故門。進口上唇為R=2.4 m的圓弧，壓坡段長3.5 m，坡比1∶3.5。下唇為R=2 m的1/4圓弧，閘室段為水平。檢修門前胸墻厚2.625 m，門槽寬為2.35 m，采用后止水平板門。事故門門槽胸墻厚3.465 m，門槽寬度為1.68 m，采用前止水平板門。3臺機共用一扇檢修門，檢修儲門槽布置在4號壩段之間。

攔污柵平臺高程408 m，懸出壩面7 m，共布置9孔4 m×35 m攔污柵。柵墩厚2.5 m，長4.5 m，高37 m，設工作攔污柵槽，不設檢修攔污柵槽。柵墩在喇叭口上方每5.5 m設一層連系梁，柵墩間形成框架并與壩體相連。

1.2壓力鋼管

壓力鋼管結構型式為壩內埋管。采用局部半埋置和混凝土外包的結構設計，管直徑為6.3 m，管壁厚度18～22 mm，設間距2.5 m、環高0.2 m、厚20 mm的加勁環。壓力鋼管設計工況最大凈水頭59.5 m，校核工況最大凈水頭60.42 m，最大(水擊作用下)HD=475.792 m2。

1.3主廠房和安裝間

主廠房布置為壩后式廠房，屬2級建筑物，設計防洪標準為100年一遇，相應下游尾水位396.413 m，校核洪水標準為500年一遇，相應下游尾水位398.933 m，一臺機正常發電尾水位383.697 m。設計引用流量為3×190 m3/s。

主廠房長114.52 m，寬21.1 m，高52.6 m，安裝3臺80 MW水輪發電機組，安裝高程381.5 m。其中，機組間距22 m，廠房凈寬17.5 m，安裝間長42 m，機組中心線上游凈寬7.25 m、下游凈寬10.25 m。主廠房高程399.7 m以上為框架結構；以下為鋼筋混凝土墻式結構，上游墻厚1.8 m，下游墻兼作下游擋水胸墻，墻厚3～2.5 m。安裝間下部布置油罐室、通風設備層，廠區滲漏集水井和檢修集水井等。

1.4副廠房及GIS廳

電氣副廠房布置在壩與廠房之間、壓力鋼管上方混凝土回填形成的385.5 m平臺上，為4層框架結構，分別為技術供水層、發電電壓設備層、主變層和GIS層，最底層樓面高程386.5 m，386.5 m高程以下廠壩分縫采用接縫灌漿處理，386.5 m高程以上副廠房與主廠房間設永久結構縫，縫寬100 mm。

主變壓器和柴油發電機房布置在主變層內，高程399.9 m，層高11 m。

GIS廳布置在1、2號主變室頂，樓面高程410.9 m，層高13.6 m，GIS廳長39.7 m，寬12.5 m，室內凈寬10.5 m。GIS屋頂布置230 kV出線場，出線自出線場向上游跳至進水口壩段壩后出線掛點，再向下游側右岸出線。

壩與副廠房間混凝土回填至399.7 m高程，形成寬8.9 m的主變搬運通道。

中控樓布置在副廠房左端、安裝間上游側，共2層。

1.5尾水閘室及尾水渠

尾水檢修閘門為一機二門布置方式，閘門尺寸5.826 m×4.35 m。2扇檢修閘門共用1輛臺車啟閉。閘底板高程367.5 m，建基高程與主廠房相同，均為365.6 m，尾水閘墩高21.5 m，尾水門檢修平臺高程389 m，尾水平臺高程399.5 m。

尾水渠長31.74 m，底寬65.6 m，縱向坡度為1∶2。尾水渠左岸為1∶0.2的混凝土貼坡，右岸與沖沙底孔邊墻結合。

1.6進廠交通

進廠運輸采用左岸下游進廠交通公路直接進廠的方式。進廠道路與主變搬運通道、尾水平臺共用一條進場公路，進廠道路通過場內回車場平臺與主變搬運通道、尾水平臺相連。進廠大門布置在安裝間下游側，與回車場平順銜接。

2　工程主要技術節點

2.1電站進水口結構

南歐江五級電站進水口攔污柵柵墩布置在懸出上游壩面7 m的平臺上，平臺高程408 m，懸臂平臺底面的傾斜角為45°。為與大壩間設置橫縫相適應，攔污柵柵墩及其平臺亦設有永久縫。將每個進水口攔污柵結構簡化為3跨5層的框架，相鄰進水口攔污柵結構之間由寬7 m、厚2.5 m的隔墻分開。攔污柵凈寬4 m，立柱為2.5 m×4.5 m的方圓形截面。

2.2壓力背管形式

壓力鋼管上彎段、斜直段、下彎段直徑為D=6.3 m，按照與外圍混凝土聯合受力設計。壓力鋼管下游側的下平段直徑D=6.3～5.317 m，為設有彈性墊層的壩內埋管，其外圍混凝土承擔壩體應力并分擔少量的內水壓力，鋼管下平段按照單獨承擔內水壓力進行設計。

首先定義安全性預測的兩類錯誤(1)誤報，即系統是安全的,監控器判定系統不安全，(2)漏報，即系統進入了不安全狀態，監控器判定系統是安全的.引起上述兩類錯誤不僅和本文方法預測精度有關也和系統安全性概率閾值的選擇相關.例如，在給定閾值下，如果系統是安全的，但系統安全性概率低于閾值，引起監控器誤報.相反，如果系統是不安全的，但系統安全性概率高于閾值，會引起監控器漏報.反例預測錯誤是指系統違背安全屬性時，產生的最大可能執行路徑不是反例.在此定義下，反例預測的錯誤和閾值無關，能真實反映本文方法反例預測的錯誤率.

計算分析表明，管壩接縫面應力、管道軸向應力均可以滿足結構設計要求，管道環向拉應力可通過配筋來解決。

2.3鋼管過縫措施研究

以往在主、副廠房之間通常設永久縱向縫并設置伸縮節，以適應壩基不均勻沉陷和溫度變化，但近年來很多工程經研究取消伸縮節，以墊層管作為過縫措施，可節省投資、簡化鋼管施工，已取得了一定的經濟效益與工程經驗。

南歐江水電站廠壩間壓力鋼管過縫不設伸縮節，過縫段采用外包360°彈性墊層，墊層采用膨脹聚苯乙烯材料，厚30 mm，設彈性墊層的管段按明管設計。廠壩間分縫灌漿至385.5 m高程。在壓力管與外包鋼筋混凝土聯合受力時，管下方90°范圍進行接觸灌漿，灌漿壓力為0.2 MPa，管道上方不再進行灌漿處理。在廠壩分縫處的壓力管環焊縫預留在大壩蓄水后焊接。

2.4蝸殼外圍混凝土結構

2.5廠房結構抗震設計

電站廠房抗震設防烈度為7度，抗震概率水準采用基準期50年超越概率5%，基巖水平峰值加速度0.12g。廠房主體結構按DL 5073—2000《水工建筑物抗震設計規范》和GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》進行抗震設計。

上游副廠房及GIS樓為框架和框架剪力墻結構，結構抗震計算采用結構設計軟件PKPM系列中的SATWE進行抗震設計分析，并按規范要求采用抗震構造措施。廠房內、外部磚墻按照現行國家標準GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》中7度地震區磚墻抗震構造要求進行抗震構造措施設計。

2.6主廠房下部結構

廠房下部結構主要包括廠房底板、尾水管、蝸殼、擋水墻、尾水閘墩。采用平面簡化計算和三維有限元方法對廠房下部結構的應力和變形進行分析，根據DL/T 5057—2009《水工混凝土結構設計規范》進行配筋計算。

尾水管的型式為彎肘形，出口擴散段為平坡，出口處斷面尺寸為13.76 m×5.5 m(寬×高)，內設2.5 m厚中墩將擴散段分隔為2孔，單孔寬度5.63 m。擴散段長14.52 m，進口處高3.07 m，出口處高5.5 m。因單孔尾水管寬度不大，僅為5.63 m，尾水管頂板混凝土采用現澆。

電站廠房不設下游副廠房，布置十分緊湊，為滿足廠房檢修尾水閘門的布置和尾水管長度的要求，尾水閘門布置在尾水管中部。

2.7主廠房上部結構

主廠房上部結構主要包括主廠房上下游排架結構、屋蓋結構等。廠內布置2臺175 t/10 t橋機，橋機單個最大輪壓450 kN。上下游承重結構采用排架柱結構，柱牛腿支承橋機軌道梁。排架柱間設連系梁，兼做柱間支承，同時加強排架柱的整體剛度。排架柱間墻采用磚墻。為滿足現場施工工期和施工條件的要求，安裝間吊車梁采用單跨預制鋼筋混凝土梁，1#～3#機上游側吊車梁采用單跨預制鋼筋混凝土梁，1～3 號機下游側吊車梁采用鋼筋混凝土連續梁。廠房屋頂跨度21.1 m，在比較了現澆鋼筋混凝土屋面和網架結構屋面結構型式后，選擇自重輕、抗震性能好的正放四角錐空間螺栓球網架結構。

2.8副廠房結構

副廠房及GIS樓399.70 m高程以下為半地下結構，399.70 m高程以上為框架-剪力墻結構。主變層根據功能需要采用1.5 m的厚板結構，其余各層采用梁板式結構。結構抗震計算采用結構設計軟件PKPM系列中的SATWE進行抗震設計分析。副廠房(含中控樓)總長140.57 m，按規范要求，縱向分為三個結構單元，每個單元設一道100 mm的結構縫，上游副廠房與主廠房之間設一道100 mm的結構縫。

3　結　語

南歐江五級水電站引水發電系統具有結構復雜、荷載分布不規則、局部荷載較集中等特點，設計中充分考慮上述特點，在可研設計成果的基礎上，對引水發電系統結構進行多次優化設計。電站進水口、壓力鋼管、廠房蝸殼、廠房上下部結構等重要部位分別進行詳細研究，均滿足了設計階段的設計要求。

[1]SL 266—2001水電站廠房設計規范[S]．

[2]蔡雄， 楊建強， 魯宏， 等. 阿海水電站引水發電系統設計[J]. 水力發電， 2012， 38(11)： 45- 47．

[3]DL 5073—2000水工建筑物抗震設計規范[S]．

[4]DL/T 5057—2009水工混凝土結構設計規范[S]．

[5]DL 5077—1997水工建筑物荷載設計規范[S]．

[6]GB 50011—2010建筑抗震設計規范[S]．

(責任編輯高瑜)

Design of Diversion-Generating System of Nam Ou 5 Hydropower Station

LU Hong, LI Shuangbao

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

The diversion-generating system of Nam Ou 5 Hydropower Station is composed of intakes, penstocks on downstream face of dam and powerhouse at dam-toe. Some key technical issues, including the design of intake structure, the form of penstock, the treatments of penstock passing through the joint between dam and powerhouse, the design of external concrete structures of scroll case, are specially studied, and the design optimizations which are feasible in technology, reasonable in economy, convenient in construction and easy in operation and management are also put forward．

diversion-generating system; general layout; structural design; Nam Ou 5 Hydropower Station

2016- 03- 08

魯宏(1979—)，男，云南安寧人，高級工程師，主要從事水電站的設計工作．

TV731.5(334)

A

0559- 9342(2016)05- 0050- 03