建筑工程管理引水建筑物变更设计

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1、（建筑工程管理）引水建 筑物(变更设计) （建筑工程管理）引水建 筑物(变更设计) 5.6 引水建筑物 电站引水建筑物主要由坝式进水口、有压隧洞、调压井、压力管 道和重溪补充水源等部分组成。 5.6.1 方案布置比较5.6.1 方案布置比较 结合挡水建筑物和发电厂房的布置方案，引水建筑物的布置考虑 了左、右岸布置俩个方案。左岸方案共布置 6 个隧洞，总长 6659m，压 力 管 道 总 长 601m； 右 岸 方 案 共 布 置 隧 洞 5 个 ， 隧 洞 总 长 6043.83m(0+017.506+6060.98)，压力管道总长 395.00m，右岸有补 充水源。综合分析俩个方案，选择右岸

2、方案为推荐方案，理由有以下 几点：壹是从工程投资上，右岸方案比左岸方案明显地节省；二是工 程施工上，左岸材料运输方便，但施工干扰大，对村级公路的交通会 带来壹些影响；三是流域规划要求必须对水资源进行合理利用，右岸 有比较合适的厂房位置，左岸需考虑将压力管道横跨过河，施工难度 大。 5.6.2 有压进水口5.6.2 有压进水口 发电引水隧洞进水口只能布置于右岸，右岸山坡覆盖层厚 35m， 基岩为志留系中统罗惹坪群下段（S2lr1）砂质泥岩。层理较发育，强风 化带厚 35m，隧洞轴线和岩层走向夹角 30。须明挖 20-50m 方可进 洞，进洞段围岩类别类。进口段 fk为 12，单位围岩弹性抗力 k

3、o 为 1020Mpacm-1。有压进水口布置考虑了坝式进水口、竖井进水口俩 个方案，综合分析投资和生产运行管理，选择坝式进水水口方案。 （1）结构布置（1）结构布置 水库正常蓄水位 420m，校核洪水位 421.02m，死水位 413m。进水 口布置位置主要基于进水口的高程拟定于距右坝肩较近的位置，以节 省工程量。进水口（0+0000+017.15）分为进口段、闸室段和渐变段， 进水口段设计纵坡为 3。渐变段以后为有压隧洞段。 坝式进水口的基础考虑和大坝基础为同壹整体， 基础采用 C20（2） 砼，厚 2m，宽 7.5m，长 5m。进水口支承采用排架结构。进口顶部和侧 面均布置成 1/4 椭

4、圆曲线，a=2.0m,b=0.75m。 根据进水口的地形条件，栏污栅的清污比较困难。考虑降低过栅 流速，以获得较大过水面积，采用固定栏污栅。拦污栅分 3 面，进水 正面或俩侧各布置 1 块，栅条垂直布置，高 2.8m，栅条厚 10mm,宽 50mm,间距按混流式水轮转轮直径的 d/30 拟定为 30mm。参照小型水 电站机电设计手册 （金属结构分册）中介绍的不采取清污措施容许过 栅流速为 0.5m/s，复核本处的过栅流速小于 0.5m/s。因此本处选取固 定栏污栅壹是能够满足过栅流速要求，二是减少了工程运行管理期间 的清污工作量。栏污栅体和框架投资有所增加，和考虑清污措施相比 较，投资节省壹些

5、。 闸室段和排架相连，进水口采用矩形断面,孔口尺寸为 2.02.0m。 闸门采用平面钢闸门，闸门后仍采用矩形断面，孔口尺寸断面不变， 闸后 5.86m(桩号 0+008.36)开始向右转弯,曲线段长 5.79m，曲线段末 段（桩号 0+014.15）连接渐变段由方变为圆形断面，渐变段长度均为 3m。 平面钢闸门为检修闸门，平面闸门尺寸为 2.52.5m。配套启闭机 采用螺杆式启闭机，启闭机型号为 QPK2400kN 型螺杆启闭机。 于排架 438.50m 高程上建启闭机房，长 4.0m，宽 4.0m。启闭房内 布置启闭机 1 台。 启闭机最大宽度 1.36m， 人行通道宽度能够满足要求。 （2

6、）水力及通气孔面积计算（2）水力及通气孔面积计算 a不出现吸气旋涡的临界淹没深度计算 水 库 死 水 位 418m， 进 水 口 顶 部 高 程 416.00m。 按 戈 登 （J.L.Gordon）公式估算: Scr=cv 式中：Scr闸门门顶低于最低水位的临界淹没深度，m； d闸门孔口高度，取 1.5m; v闸门断面的水流速度，计算取值 2.32m/s； c经验系数，对称时取 0.53。 经计算，得 Scr=1.51m，进水口闸门顶高程为 415.91m,距死水位高 度为 2.09m。因此不会出现吸气旋涡。 b水头损失计算 进水口水头损失计算沿程水头损失和局部水头损失，本处只给出 各局部水

7、头损失系数，便于编程计算。沿程水头损失于隧洞中给出计 算公式。 根据水电站调压室设计规范 （DL/T 5058-1996）附录 A 介绍的 局部水头损失系数取值和计算公式进行计算，各部位的局部水头损失 系数见表 5.6-1。 表 5.6-1 进水口局部水头损失系数 部位 局部水头 损失系数 备注 进水口0.1采用 1/4 椭圆曲线 栏污栅sin 栅条形状系数，取 2.42 s 栅条宽度 b 栅条间距 栅面倾角 取 90 v 过栅平均流速（用于计算栅条损失） 渐变段0.1圆变方 渐变段0.1方变圆 闸门槽0.1 c.避免出现负压的最小淹没深度计算 按下式计算压力隧洞避免出现负压的最小淹没深度 s

8、： s=+1.5(1+hi) 式中：s闸门门顶的最小淹没深度，m； 冰冻层厚度，m； hi进水口段水头损失系数； vi进口闸门处的流速，计算取 2.32m/s； 经计算，s=0.65m，能够满足要求。 d通气孔面积计算 参照水工设计手册 （水电站建筑物）介绍的公式计算： A= 式中：Qa空气流量，采用引水隧洞的额定流量； va空气流速，取 25m/s； 计算 A=0.20m2,于闸后采用内径 500mm 的钢管伸到坝顶，用于通 气孔。 5.6.3 有压引水隧洞5.6.3 有压引水隧洞 （1）结构布置（1）结构布置 根据前面所述的方案布置，发电引水洞选择右岸布置，发电输水 隧洞进口处覆盖层厚 3

9、-5m，基岩为志留系中统罗惹坪群下段（S2lr1） 砂质泥岩。进洞后洞线所经地层依次为志留系中统罗惹坪群中段 （S2lr2）石英砂岩，上段（S2lr3）砂质泥岩，粉砂岩，礁灰岩，志留系 上统纱帽群下段砂质页岩，夹紫红色泥岩、灰绿色粉砂岩，志留系上 统纱帽群上段（S3sh2）石英砂岩，泥盆系中统云台观组（D2y）灰白色 石英砂岩，泥盆系上统黄家磴组（D2h）黄色块状石英砂岩夹页岩，泥 盆系上统写经寺组（D3x）砂岩夹页岩，二叠系下统栖霞组马鞍段 （P1q1）砂岩夹页岩，二叠系下统栖霞组灰岩段（P1q2）含燧石灰岩， 该组亦为璞岭向斜的核部，往洞口方向又依由新到老至志留系上统纱 帽群地层。 有压引

10、水隧洞总长 6043.83m(0+017.506+6060.98)， 根据地质方 案提供的资料， 衬砌长度按 60%考虑， 即 3626m， 其余按喷混凝土考虑， 长度为 2417.83m。隧洞设计纵坡 3/1000。关于洞径考虑了 5 种方案： 方案 1 开挖直径 2.3m，方案 2 开挖直径 2.4m，方案 3 开挖直径 2.5m， 方案 4 开挖直径 2.6m，方案 5 开挖直径 2.7m。各种方案的衬砌长度、 喷混凝土长度不变。衬砌厚度均按 0.30m 考虑，喷混凝土厚度按 0.10m 考虑。于压力钢管采用推荐方案的情况下，分别计算电站年发电量和 隧洞工程投资变化。计算期内的上网电价按

11、 0.35 元/kWh 计算，有效电 量系数 0.95，线路损耗 9%，电费的增值税按 17%考虑，由于增发电量 导致增加的发电成本很小，进行评价时未考虑。采用技术经济方案比 较详见表 5.6-2。 表 5.6-2 有压隧洞洞径方案经济比较表 方案方案 1方案 2方案 3方案 4方案 5 隧洞开挖内径（m）2.32.42.52.62.7 钢筋砼衬砌1.71.81.922.1 隧洞回填后内径（m） 喷混凝土2.12.22.32.42.5 额定流量(m3/s)6.025.595.385.265.18 额定出力时的隧洞总水头损失(m)33.9822.2115.8111.779.00 其中:沿程水头损

12、失(m)33.5621.9215.5911.68.86 水头损失减少（m）11.776.44.042.77 开挖增加方量(单价:180 元/m3)2231232624202516 C20 砼增加方量(单价:450 元/m3)342342342342 增加隧洞模板工程(78 元/m2)1140114011401140 喷混凝土增加方量(单价 750 元/m3)76767676 钢筋增加量(单价 7800 元/t)21212121 细部结构(单价:11.68 元/m3)342342342342 建筑 施工 建筑施工投资(万元)86.5288.2389.9291.65 发电量变化(万 kWh)138

13、.7173.4444.6329.34 收益变化(万元)35.4818.7811.417.5 差额内部收益率IRR(%)40.9720.6211.165.23 从表 5.6-2 能够见出，方案 2 比方案 1 收益和投资均增加，差额 内部收益率远大于国家发展改革委发改投资20061325 号文印发的 建设项目经济评价方法和参数 （第三版）测定的社会折现率 Is=8%， 因此方案 2 比方案 1 优。同理对案 2、方案 3、方案 4 进行比较，得出 的结论，后壹个方案比较前壹个方案优，选择后壹个方案。方案 4 和 方案 5 进行比较，差额内部收益率小于测定的社会折现率 Is=8%，因此 方案 4

14、比方案 5 优。因此选择方案 4（即隧洞开挖直径 2.60m）为推荐 方案。 隧洞总长 6043.83m(0+017.506+6060.98),根据地质方案提供的 资料，衬砌长度按 60%考虑，即 3626m，采用 C20（2）衬砌，衬砌厚度 0.30m，布双层钢筋对于类围岩，伸缩缝长度 12m。隧洞拱顶 90范 围内进行回填灌浆，回填灌浆孔沿拱顶布置，孔距 3m，灌浆压力 0.3Mpa。对于围岩不稳定的衬砌砼后进行固结灌浆，每排布置 6 孔,孔 深 1.3m 对称布置,排距 4m； 相邻断面错开排列,灌浆压力按 1.5 倍的内 水压力考虑拟定 0.68Mpa。固结灌浆于回填灌浆 14 天后进

15、行，灌浆时 应加强观测，防止洞壁发行变形破坏。回填灌浆和固结灌浆孔分排间 隔排列。 (2)衬砌结构计算(2)衬砌结构计算 圆形有压隧洞的衬砌计算参照天津大学祁庆和主编的水工建筑 物介绍的方法，该方法和水工设计手册 （水电站建筑物）介绍的 方法基本相同，只是部分系数略有差别。隧洞开挖洞径 2.6m，对于 类围岩，采用 C20（2）衬砌，衬砌厚度 0.3m，按限裂进行设计。 隧洞衬砌于各种荷载作用下考虑弹性抗力时的内力计算公式如下： 铅直围岩压力作用下的内计算公式： M=qrreA+B+Cn（1+） N=qreD+F+Gn（1+） 式中：M计算截面上弯矩，kNm; N计算截面上轴向力，kN； q铅

16、直围岩压力强度，kpa； re衬砌的外半径，取 1.1m; r衬砌的平均半径，0.975m； =2-； n=； K弹性抗力系数，kN/m3； E材料的弹性模量，kPa； J计算断面的惯性矩，m4； b计算宽度，取 b=1m； 系数 A、B、C、D、F、G 于不同的角度的值见表 5.6-3。 表 5.6-3 铅直围岩压力作用下的内力计算系数表 断面ABCDFG =00.162800.08721-0.006990.21220-0.212220.02098 =/2-0.12500-0.12501-.008240.000001.000000.00575 =0.087200.16277-0.00837-0.212200.712220.02237 衬砌自作用下的内力计算公式如下: M=gr2(A1+B1n) N=gr(C1+D1n) 式中：g单位面积的衬砌自重，kPa； 其余符号同前，系数 A1、B1、C1、D1见表 5.6-4。 表 5.6-4 衬砌自重作用下的内力计算系数表 断面A1B1C1D1 =0