衢州一级水电站厂房及隧洞设计说明书

第 页 共 56 页摘 要衢州一级水电站座落于浙江省乌溪江湖南镇，属于梯级开发电站，根据地形要求，其开发方式为有压引水式。坝区地质条件较好，主要建筑物（砼非溢流坝），泄水建筑物（砼溢流坝） ，引水建筑物（有压引水遂洞，调压室） ，地面厂房。水库设计洪水位 238m（千年一遇） ，相应的下泄流量 4800m3/s；校核洪水位 240m（万年一遇） ，相应的下泄流量 8500m3/s；正常挡水位 232m.本设计确定坝址位于山前峦附近，非溢流坝坝顶高程 242m。坝底高程120m。最大坝高 122m。上游坝坡坡度 1：0.15，下游坝坡坡度 1：0.78，溢流坝堰顶高程 224m。引水遂洞进口位于坝址上游凹口处，遂洞全长 1100m。洞径 8.20m，调压室位于厂房上游 250m 左右处，高程 250m 的山峦上，型式为差动式。厂房位于下游荻青位置。设计水头 95.76m，装机容量 44.25=17 万 Kw，主厂房净宽 16m，总长 72.0m。水轮机安装高程 115.86m，发电机层高程126.41m，安装场层高程 130.11m（比下游校核洪水位 128.3m 略高） 。厂房附近布置开关站，主变等。受地形限制，尾水平台兼作公路用，坝址与厂区通过盘山公路连接，形成枢纽体系。另外，本设计还对发电引水隧洞进行了专门布置和详细的荷载计算、配筋设计。由此可见，本设计是合理可行的。关键词：水利枢纽；挡水建筑物；泄水建筑物；稳定；应力；水轮机；选型；引水隧洞；调压室；厂房；发电引水隧洞。第 页 共 56 页AbstractThe quzhou hydropower station is located in HuNan Town in ZheJiang province ,which belongs to a chain of exploitation .According to the demand of topographic form ,I choose diversion hydropower station . The geology condition is good .The main construction conclude the water retaining structure (the concrete non over-fall dam) ,the release works (the concrete over fall dam) ,the diversion structure (pressure seepage tunnel ,the surge-chamber ) ,and the surface power station .The design water level is 238m ,its corresponding flow amount is 4800m3/s .The check level is 240m ,its corresponding flow 8500m3/s .The regular water retaining level is 232m .The dam site is near the former saddle .The crest elevation of the non-over-fall dam is 242m ,and the base elevation is 120m ,The max height of the dam is 122m ,The upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is 1:0.78,the spillway crest elevation is 224m .The inducer of the seepage tunnel is located at the recess place ,The length of tunnel is 1100m ,the diametric of which is 8.2m .The surge-chamber is located at the mountain , which is 250m from the work shop building and is type is differential motion.The workshop building is located at downstream ,the design level of the turbine is 95.76m , the equipped capacitor is 17104Kw ,the clean width is 16m , its whole length is 72m . The fix level of the turbine is 115.86 m , and the height lf dynamo is 126.41m , the level of the adjustment bay is 130.11m (higher than the downstream water level ,which is 128.3m) . Near the workshop building , there are switch station and the main transformer and so on .This design layout the bent structure inside the main workshop building and calculate its distributed steel.第 页 共 56 页目 录摘 要 1Abstract.2第 1 章 设计基本资料 1.1 流域概况和地理位置 1.2 水文与气象 1.2.1 水文条件 1.2.2 气象条件 .1.3 工程地质 1.4 交通状况 1.5 既给设计控制数据 第 2 章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物 2.1 枢纽布置 2.1.1 枢纽布置形式 .2.1.2 坝轴线位置的比较和选择 .2.2 挡水及泄水建筑物 2.2.1 坝高的确定 .2.2.1.1 坝顶超出静水位高度h .2.2.1.2 坝顶高程 .2.2.1.3 坝体高度 2.2.2 挡水建筑物形式：砼重力坝 .2.2.2.1 基本剖面 .2.2.2.2 实用剖面 .2.2.2.3 稳定及应力计算 .2.2.3 泄水建筑物：砼溢流坝 2.2.3.1 堰顶高程 .2.2.3.2 溢流坝实用剖面设计 .2.2.3.3 溢流坝坝基面稳定计算 .第 页 共 56 页2.3 坝内构造 2.3.1 坝顶结构 .2.3.1.1 非溢流坝 .2.3.1.2 溢流坝 .2.3.2 坝体分缝 .2.3.3 坝内廊道 .2.3.4 坝基地基处理 .2.4 溢流坝消能防冲措施 第 3 章 水能规划 错误！未定义书签。3.1 水头 Hmax、H min、H r 确定 3.1.1 Hmax 的可能出现情况（水头损失按 2%计）： .3.1.2 Hmin 的可能出现情况（水头损失按 2%计）： .3.1.3 Hav 的确定： .3.1.4 Hr 的确定： 3.2 水轮机选型比较 3.2.1 HL200 水轮机方案的主要参数选择 .3.2.2 HL180 水轮机方案主要参数选择 .3.2.3 HL200 和 HL180 方案参数对照表： 3.2.4 水轮机安较高程 .第 4 章 水电站引水建筑物 4.1 引水隧洞整体布置 4.1.1 洞线布置（水平位置） .4.1.2 洞线布置（垂直方向） .4.2 细部构造 4.2.1 隧洞洞径 .4.2.2 隧洞进口段 .4.2.3 隧洞细部构造 4.2.4 闸门断面尺寸 .4.2.5 进口底高程的计算 .第 页 共 56 页4.2.6 隧洞渐变段 .4.2.7 压力管道设计 .4.2.8 调压室设计 .4.2.8.1 根据近似准则判断是否要设调压室 .4.2.8.2 计算调压室托马断面 .4.2.8.3 调压室选型的方案比较： .第 5 章 水电站厂房 5.1 厂房内部结构 5.1.1 水轮机发电机外形尺寸估算 5.1.2 发电机重量估算 5.1.3 水轮机蜗壳及尾水管 5.1.4 调速系统，调速设备选择 5.1.5 水轮机阀门及其附件 5.1.6 起重机设备选择 5.2 主厂房尺寸 5.2.1 长度 5.2.2 宽度 5.2.3 厂房各层高程的确定 5.3 厂区布置 第 6 章 专题部分：发电引水隧洞衬砌计算 6.1 衬砌厚度 h 的确定 6.2 荷载（轴力 N、弯矩 M）计算 .6.2.1 均匀内水压力作用下： 6.2.2 垂直山岩压力作用下： 6.2.3 衬砌自重作用下： 6.2.4 无水头洞内满水压力作用下： 6.2.5 外水压力作用下： 6.3 配筋计算 6.3.1 组合（ 1）：内水压力+山岩压力+衬砌自重+无水头洞内满水压力第 页 共 56 页6.3.2 组合（2）：山岩压力+衬砌自重+ 最大外水压力： .参考书目 第 页 共 56 页第 1 章 设计基本资料1.1 流域概况和地理位置乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长 170 公里，流域面积 2623 平方公里。流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为 1/1000，水能蕴藏量丰富。1.2 水文与气象1.2.1 水文条件湖南镇坝址断面处多年平均径流量为 83.0m3/s。实测最大洪峰流量为 5440 m3/s， （1954 年） ，千年一遇洪水总量（ 4 日）为 11.0 亿立方米，洪峰流量为11300m3/s。万年一遇洪水（4 日）总量为 16.2 亿立方米，洪峰流量为16600m3/s。保坝洪水总量为 17.2 亿立方米，洪峰流量为 22000m3/s。表 1-1 坝址断面处（山前峦）水位流量关系曲线水位（m） 122.71 123.15 123.5 124.04 125.4 126.6 128.5流量（m 3/s）10 50 100 200 500 1000 2000水位（m） 130.1 132.6 135.3 137.6 139.8 141.8流量（m 3/s）3000 5000 7500 10000 12500 15000表 1-2 电站厂房处获青水位流量关系曲线水位（m） 115 115.17 115.39 115.57 115.72 115.87 116流量（m 3/s）10 20 40 60 80 100 120水位（m） 116.13 116.25 116.37 116.47 117.05 117.9 118.5流量（m 3/s）140 160 180 200 400 700 1000水位（m） 119.45 120.3 121.97 123.2 125.65 127.8 129.8流量（m 3/s）1500 2000 3000 4000 6000 8000 10000第 页 共 56 页1.2.2 气象条件乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温 10.4，月平均最低气温4.9，最高气温 28。多年平均降雨为 1710mm ，雨量年内分配极不均匀，4、5、6 三个月属梅雨季节，降雨量占全年的 50%左右。7、8、9 月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响，其降雨量占全年的 25%左右。1.3 工程地质库区多高山峡谷，平原极少。地层多为白垩纪流纹斑岩及凝灰岩分布，柱状节理及顺坡向节理裂隙普遍，断裂构造不甚发育，受水库回水影响，可能有局部土滑、崩塌等情况，但范围不会很大，因此库区的岸坡稳定问题是不严重的。唯坝前水库左岸的梧桐口至坝址一段地形陡峭，顺坡裂隙较为发育，经调查有四处山坡因顺坡裂隙切割，不够稳定，每处不稳定岩体为 23 万立方米，在水库蓄水过程中，裂隙中充填物受潮软化，易崩塌、滑落，由于距坝趾较近，在施工过程中应注意安全。库取未发现有经济价值的矿床，仅湖南镇上游破石至山前峦一带有 30 余个旧矿，经地质部华东地质局浙西队调查，认为无经济价值。本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比较，选用了山前峦坝址。山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽 110m 左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在 0.5m 以下，或大片基岩出露，河床部分厚约 24m。岩石风化普遍不深，大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅 1m 左右，半风化带厚约212m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米，规模及影响范围均不大，坝址的主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形线一致，影响边坡岩体的稳定性。坝址地下水埋置不深，左岸为 1126m，右岸 1534m。岩石透水性小，相对抗水层（条件吸水量 0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，因此坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌浆深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸 1012m，右岸 69m，河中 68m，详见坝址地质剖面图。坝体与坝基岩石的摩擦系数采用 0.68。引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。有十余条第 页 共 56 页挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一。有两小断层，宽 0.50.8m，两岸岩石完好。本区地震烈度小于 6 度。1.4 交通状况坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。1.5 既给设计控制数据a .校核洪水位：240.00m，校核最大洪水下泄流量 8500m3/s，相应的水库库容 2125108m3；b .设计洪水位：238.00m，设计洪水最大下泄流量 4500m3/s；c .设计蓄水位： 232.00m；d .设计低水位：192.00m ；e .装机容量：442.5Mw，即 44.25=17 万 Kw；f.砼采用 C20,容重取为 24KN/m3,水的容重取为 9.81 KN/m3；第 页 共 56 页第 2 章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物2.1 枢纽布置2.1.1 枢纽布置形式因坝址附近河道蜿蜒曲折，多年平均径流量 83.0m3/s，较小；河床坡度比降1/1000，故根地形条件选用有压引水式地面厂房方案。上游山前峦断面布置挡水建筑物及泄水建筑物，大坝右岸上游约 150m 处有天然凹口，在此布置引水隧洞进水口。下游获青处布置地面厂房，开关站等建筑物，具体位置见枢纽布置图。2.1.2 坝轴线位置的比较和选择根据已知的山前峦坝址地形图，选择两条坝轴线进行方案比较。a 线沿东西向与河道垂直，纵坐标 76350；b 线也沿东西向且与河道垂直，纵坐标 76388。a线总长 440m，穿过左岸较多裂隙；b 线总长 450m，基本避开了左岸裂隙。由于坝轴线增加不多（10m） ，地基处理费用相对多浇注少量混凝土来说要昂贵的多，所以选择 b 线方案。2.2 挡水及泄水建筑物2.2.1 坝高的确定根据水电站装机 17 万 Kw，水库总库容 2125 亿 m3，属级工程，主要建筑物级别：1 级，次要建筑物级别：2 级，临时建筑物级别：4 级。2.2.1.1 坝顶超出静水位高度hh = 2hl+ho+hc 公式 2-12hl：波浪涌高；ho：波浪中线高出静水位高度；hc：安全超高；2hl=0.166Vf5/4D1/3 公式 2-2Vf ：风速；D ：吹程；该水库缘地势高峻，故采用官厅水库计算公式 Vf =10m/s，D=2.6Km2hl=10.4(2hl)0.8 公式 2-32Ll：波长第 页 共 56 页ho= cth 公式 2-4lL24lH基本组合： hc=0.7m ，特殊组合 hc=0.5m 2.2.1.2 坝顶高程坝顶高程= 公式 2-5mh97.24081max设校设 计 洪 水 位校 核 洪 水 位取坝顶高程为 242m2.2.1.3 坝体高度查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程 120.00m，由此知大坝实际高度为 242120.00=122m2.2.2 挡水建筑物形式：砼重力坝2.2.2.1 基本剖面由于电站形式为引水式，故坝上右侧无有压进水口，上游坝坡坡度不受限制，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度： 图 2-1 三 角 形 基 本 剖 面公式 2-6联 立 1010 )2()1(1cCHBB第 页 共 56 页B：坝底宽度；H：实际坝高（基本剖面 H=122m） ；：坝体材料容重；c：水的容重；0：扬压力折减系数；1k：基本组合安全系数；f：坝体与坝基岩石的摩擦系数，采用 0.68。计算得： B=84.18m根据工程经验，一般上游坡 n=00.2,下游坡 m=0.60.85,坝顶宽约为坝高的 0.70.9。故取 n=0.15，上游折坡点高程为 160m；m=0.78，此时 B=102.16m。2.2.2.2 实用剖面坝顶宽度=8%10%H=10m灌浆廊道距坝底 3.75m，距上游坝面 6.7m，廊道宽 2.5m，高 3m。2.2.2.3 稳定及应力计算设计洪水位坝基面：第 页 共 56 页1:0.51:0.78824G3图 2- 坝 基 面 稳 定 及 应 力 校 核表 2-1 设计状况下坝基面稳定应力计算：第 页 共 56 页 G1 7260 42.67 309760G2 37587 33 124037G3 101640 1.33 135520P1 77872 42 3270624P2 11116 45 500220P3 2122 6.93 14713P4 1485 45 66825P1 46 124 5704P2 38 124 4712U1 20405 0U2 20500 16.7 341667U3 3809 47 178760扬压力自重荷 载 名 称水压力浪 压 力垂 直 力 (KN) 水 平 力 (KN) 弯 矩 (KNm)力 臂 (m)抗滑稳定计算公式 2-7PS00(*)公式 2-8)1 AcWfRmdd：结构重要性系数，因本工程属级工程，取为 1.1；0：结构系数，对于水工建筑物，稳定校核时，取 1.2，应力校核时，取d1.8；：设计状况系数，对于设计洪水位，属短暂状况，取为 0.95；对于校核洪水位，属偶然状况，取为 0.85；：摩擦系数，混凝土与基岩之间，取为 1.0，混凝土与混凝土之间，取为f1.25；：黏聚力，混凝土与基岩之间，取为 900KPa，混凝土与混凝土之间，取c为 1450 KPa；：材料性能分项系数，对于 ,取为 1.3，对于 ，取为 3.0；m fcR(*)：结构构件抗力设计值；S(*)：荷载效应组合值；：作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和；W第 页 共 56 页：作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和；PA：单位坝段与基岩接触面面积。 经计算， =79167KN =98317KN(*)0S(*)1Rd故满足抗滑稳定要求。应力计算（计入扬压力）公式 2-92 6BMWy公式 2-102y：上游面正应力；：下游面正应力；yB：计算截面沿上下游方向的宽度；：所有外力对计算截面形心弯矩的矢量和。M求得 =149.96KPa， =2137.52KPa,yy经计算， =156.71KPa = =6582KPa00(*)yS(*)1Rdckdf=2233.71KPa = =6582KPa00()y()dckdf故应力满足要求。上游折坡处：第 页 共 56 页G23图 - 设 计 状 况 下 上 游折 坡 处 稳 定 及 应 力 校 核表 2-2 设计状况上游折坡面稳定应力计算： G1 0G2 21747 19.25 418630G3 25410 0.42 10588P1 24726 23.67 585182P2 0P3 0P4 0P1 46 69 3174P2 38 69 2622U1 0U2 7019.5 8.42 59081U3 1395 23.58 32899垂 直 力 (KN) 水 平 力 (KN) 弯 矩 (KNm)力 臂 (m)扬压力自重荷 载 名 称水压力浪 压 力抗滑稳定计算：经计算， =25847KN =51384KN(*)0S(*)Rd故满足抗滑稳定要求。应力计算（计入扬压力）：求得 =181.5KPa， =1353KPa,yy第 页 共 56 页经计算， =190KPa= =6582KPa00(*)yS(*)1Rdckdf=1414KPa = 6582KPa00()y ()dckdf故应力满足要求。校核洪水位坝基面： 表 2-3 偶然状况下坝基面稳定应力计算： G1 7260 42.67 309760G2 37587 33 124037G3 101640 1.33 135520P1 82258 43.17 35550804P2 11006.82 45 495307P3 3140 8.43 26470P4 2198 44 96712P1 46 124 5704P2 38 124 4712U1 24819 0U2 20250 16.7 337500U3 3781 46.93 177464扬压力自重荷 载 名 称水压力浪 压 力垂 直 力 (KN) 水 平 力 (KN) 弯 矩 (KNm)力 臂 (m)抗滑稳定计算：经计算， =73983KN =96053KN(*)0S(*)Rd故满足抗滑稳定要求。应力计算（计入扬压力）：求得 =0.74KPa， =2195KPa,yy经计算， =0.74KPa = =6582KPa00(*)yS(*)1Rdckdf=2195KPa = =6582KPa00()y ()dckdf第 页 共 56 页故应力满足要求。上游折坡面（160m 高程处）表 2-4 偶然状况上游折坡面稳定应力计算： G1 0G2 21747 19.25 418630G3 25410 0.42 10588P1 27224 24.83 676063P2 0P3 0P4 0P1 46 69 3174P2 38 69 2622U1 0U2 7373 8.42 62056U3 1463 23.58 34502垂 直 力 (KN) 水 平 力 (KN) 弯 矩 (KNm)力 臂 (m)扬压力自重荷 载 名 称水压力浪 压 力抗滑稳定计算：经计算， =25463KN =51046KN(*)0S(*)Rd故满足抗滑稳定要求。应力计算（计入扬压力）：求得 =181.5KPa， =1353KPa,yy经计算， =6.3KPa = =6582KPa00(*)yS(*)1Rdckdf=1467KPa = =6582KPa00()y()dckdf故应力满足要求。2.2.3 泄水建筑物：砼溢流坝2.2.3.1 堰顶高程坝址岩基状况良好，故对于设计洪水位的坝体下泻流量 4800m3/s,取设计状第 页 共 56 页况下的单宽流量 q=70m2/s,则溢流前缘总净宽 L 为 68.6m。溢流堰取 5 孔，每孔净宽 14m，考虑到闸墩中设横缝，故闸墩取为 4m，溢流坝每个坝段的长度为20m，故溢流前缘总净宽 L 为 70m，溢流坝总长度 L0 为 90m。计算设计状况下堰上水头：公式 2-11320HgmLQm：流量系数，设计水头下取 0.5；：侧收缩系数，一般取为 0.90.95，本设计取为 0.9；g：重力加速度。经计算，H 0 为 10.6m。距坝轴线上游 35m 处的水深为 126m，过水断面平均宽度为 250m,所以过水面积 A 为 31500m2。所以坝前行进流速为 0.17 m/s。因此，堰顶高程为设计洪水位减堰顶水头再加上坝前行进流速水头，经计算为227.4m。校核状况下洪水下泄可通过溢流坝，坝体下泻流量为 8500 m3/s。保持溢流前缘总净宽 L 为 70m 不变的情况下，单宽流量=121.428 m2/s，满足要求。7085LQq计算设计状况下堰上水头：经计算，H 0 为 15.26m。距坝轴线上游 40m 处的水深为 129.5m，过水断面平均宽度为 255m,所以过水面积 A 为 33023m2。所以坝前行进流速为 0.29m/s。因此，堰顶高程为设计洪水位减堰顶水头再加上坝前行进流速水头，经计算为232m。综合上述两种情况，取校核洪水位下的堰顶高程 224.7m，为方便施工，取为224.00m.洪水位 240m， 所以闸门高度=洪水位堰顶高程+安全超高（0.20.3m ）=240 224.7+0.7=16m，考虑到闸门高宽比的要求，结合闸门设计规范，取闸门高度为 16m。2.2.3.2 溢流坝实用剖面设计设计堰上水头 Hd=15.3ma . 溢流面曲线采用 WES 曲线Xn=KHdn-1y 公式 2-12Hd：定型设计水头；第 页 共 56 页K n ：与上游坝面坡度有关的系数和指数（查手册知 k=2.0, n=1.85） 。经计算：y=x 1.85/(213.85) 即溢流面幂曲线方程为 y=0.0565x1.85。与曲线相切的直线方程经计算得：Y= 公式 2-1324.1)78.0(b=0.175H=2.28表 2-5 最终定出的坐标曲线坐标图 2-4 溢 流 堰 面 曲 线 示 意 图反孤段设计： 查水力学 （下）P 53，取 =0.95， q=118.96m3/s(校核状况下泄流量)，公式 2-1420cocohgqTTo：总有效水头；hco：临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深） ；：流速系数 查表取 0.95；下游最高尾水位 137.29m，故取挑坎高程 133.29+（12）m=139mTo=102.5m第 页 共 56 页试算得：h co=2.832m则反孤段半径 R（610 ）h co=28m 鼻坎挑角 30 0。2.2.3.3 溢流坝坝基面稳定计算设计洪水位： 图 2-5 溢 流 坝 坝 基 面 稳 定 及 应 力 校 核G1G23G4表 2-5 设计状况下坝基面稳定计算：第 页 共 56 页 G1 7260G2 5796G3 127296G4 7488P1 77167P2 11116P3 471P4 2122Px 905Py 4084U1 21425U2 21420U3 3818扬压力自重静水压力动 水压 力荷 载 名 称 垂 直 力 (KN) 水 平 力 (KN)抗滑稳定计算：经计算， =77476KN =100549KN(*)0S(*)Rd故满足抗滑稳定要求。校核洪水位：表 2-6 校核状况下坝基面稳定计算：第 页 共 56 页 G1 7260G2 5796G3 127296G4 7488P1 81080P2 11007P3 471P4 3140Px 1607Py 7250U1 26060U2 21158U3 3790扬压力自重静水压力动 水压 力荷 载 名 称 垂 直 力 (KN) 水 平 力 (KN)抗滑稳定计算：经计算， =71371KN =99723KN(*)0S(*)1Rd故满足抗滑稳定要求。2.3 坝内构造2.3.1 坝顶结构2.3.1.1 非溢流坝坝顶宽 10m，两边设挡浪墙，兼做坝顶栏杆使用；路面中间高，两边低，呈圆拱状，以便于排水，道路两旁设排水管，具体布置见大图。2.3.1.2 溢流坝为便于布置上游侧检修闸门和工作闸门，溢流坝段坝顶较非溢流坝段向上游伸出，具体尺寸见大图。坝上布置门机轨道，溢流堰上设置两个闸门，上游侧检修闸门，堰顶略下游处布置工作闸门。闸墩宽度 4m，故溢流坝段总长 90m，闸门门槽深 1m 宽 1m。2.3.2 坝体分缝 溢流坝段和非溢流坝段横缝间距均为 20m，具体位置见正图。 第 页 共 56 页2.3.3 坝内廊道沿坝基帷幕灌浆廊道向上，间隔 25m 布置一层廊道，共分四层，每层纵向廊道布置向下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条或两条、三条纵向贯穿廊道作为连接。非溢流坝段从上往下第二和第三层靠近岸坡的横向廊道贯穿至下游，其余层横向廊道均均不贯穿。灌浆廊道尺寸为 2.5m3m(宽高) ，距坝基面和上游面的距离分别为3.75m、 6.7m。其余廊道尺寸宽 1.5m，高 2.2m。为较为充分的减小扬压力，灌浆廊道在满足防渗的基础上尽量靠近了上游，这使得最下层排水管是倾斜布置的，但角度不大，在允许的范围内。2.3.4 坝基地基处理由于坝址处岩基抗渗性较好，故防渗帷幕灌浆处理比较简单。左岸有断层破碎带贯穿整个山坡，故需进行灌桨加固处理，除适当加深表层砼塞外，仍需在较深的部位开挖若干斜并和平洞，然后用砼回填密实，形成由砼斜塞和水平塞所组成的刚性支架，用以封闭该范围内的破碎充填物，限制其挤压变形，减小地下水对破碎带的有害作用。河床段及右岸靠近河床段的裂隙，采用砼梁和砼拱进行加固，具体分法是将软弱带挖至一定深度后，回填砼以提高地基局部地区的承载力。2.4 溢流坝消能防冲措施由于坝址处基岩较好，为了减少造价，采用较为经济的挑流消能这种消能方式。挑距 公式 2-15)(2sincosin1 212112 hgvvgL L：水舌距(m)；：坎顶水面流速（m/s）可取坎顶平均流速 的 1.1 倍；1v v：鼻坎挑射角度，本工程为 300；h1：坎顶平均水深在铅直方向的投影；h2：坎顶至河床表面高差（m ） ；g：重力加速度。计算得 L230m。公式 2-16tHhKtrr 1.089.4.2tr：冲刷坑深度；第 页 共 56 页H：上下游水位差；hK：取决于出坎单宽流量 q 的临界水深， 32gqhK：取决于岩石抗冲刷能力的无因次参数，对于中等的岩石 =1.11.4，此r rK处取 1.4。计算得：tr24m。由于下游基岩质量较好，且水流沿河道较平顺，故抗冲刷措施比较简单。只需在溢流坝与非溢流坝交界处设 2m 宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。第 页 共 56 页第 3 章 水轮机选型3.1 水头 Hmax、H min、H r 确定3.1.1 Hmax 的可能出现情况（水头损失按 2%计）：1） 、设计洪水位，全部机组发电：由 Q 泄 =4800m3/s 查获青处水位流量关系曲线的下游水位：Z 下 =124.18m，H 毛= Z 上 Z 下= 113.82mH 净= 98%H 毛 =111.54m2） 、 校核洪水位，全部机组发电：由 Q 泄=8500m 3/s 查获青处水位流量关系曲线的下游水位：Z 下 =128.3m，H 毛 =Z 上 Z 下 =111.70mH 净 =98%H 毛 =109.47m3） 、 正常蓄水位，一台机组发电：N=9.81QH=AQH=8.3QH(因为 N=17 万千瓦，属中型水电站)（3.1） 假设 Q=35m3/s，则：Z 下 =115.35m，H 毛 =Z 上 Z 下 =116.65mH 净 =98%H 毛 =114.32mN=AQH=3.32 万 Kw（3.2） 假设 Q=45m3/s，则：Z 下 =115.41m，H 毛 =Z 上 Z 下 =116.59mH 净 =98%H 毛 =0.98116.59=114.25 mN=AQH=4.27 万 Kw（3.3） 假设 Q=55m3/s，则：Z 下 =115.56m，H 毛 =Z 上 Z 下 =116.44mH 净 =98%H 毛 =0.98116.44=114.11mN=AQH=5.21 万 Kw由（3.1） 、 （3.2） 、 （3.3）得 NQ 关系曲线如右图所示：由 N=4.25 万 Kw 查 NQ 关系曲线得：Q=44.6m 3/s Z 下 =115.80mH max=Z 上 Z 下 =115.80m第 页 共 56 页综合 1、2、3 得：H max=116.20m117m3.1.2 Hmin的可能出现情况（水头损失按 2%计）：设计低水位时全部机组发电：（1） 假设 Q=200m3/s，则：Z 下 =116.47m，H 毛 =Z 上 Z 下 =75.53mH 净=98%H 毛=74.02 mN=AQH=12.29 万 Kw（2） 假设 Q=300m3/s，则：Z 下 =116.8m，H 毛 =Z 上 Z 下 =75.2mH 净 =98%H 毛 =73.69 mN=AQH=18.35 万 Kw（3）假设 Q=260m3/s，则：Z 下 =116.7m，H 毛 =Z 上 Z 下 =75.3mH 净 =98%H 毛 =73.79 mN=AQH=15.92 万 Kw由 1、2、3 得 NQ 关系曲线如右图所示：由 N=17 万 Kw 查 NQ 关系曲线得：Q=277m 3/s Z 下 =116.69mH min=Z 上 -Z 下 =75.31m3.1.3 Hav 的确定：Hav=(Hmax+Hmin)/2=95.76m3.1.4 Hr 的确定：因为本水电站为引水式电站，所以 Hr=Hav=95.76m3.2 水轮机选型比较根据水头工作范围和设计水头查资料选择水轮机型是为 HL200 或 HL180。3.2.1 HL200 水轮机方案的主要参数选择（1） 、转轮直径 D1：查表水电站3-6，得限制工况下单位流量 Q11M=950L/s=0.95m3/s,效率第 页 共 56 页 M89.4，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量Q11Q 11M=0.95m3/s，效率 91.1。取 gr=97%,则水轮机额定力 Nr=4.25104974.38 万 KW设计水头 Hr 为 95.76m，所以：=2.35m， 公式 3-1rDi18.9取与之相近而偏大的标称直径 D12.5m（2） 、转速 n 计算：HL200 最优工况下转速 n110M68r/min假设 n110n 110M68r/min 则 公式 3-2 min/2610rHav取偏小并与之相近的同步转速 n250r/min 。（3） 、效率及单位参数的修正HL200 最优工况下 M max=90.7%,模型转轮直径 D1M=0.46m则原型效率 公式 3-3%4.93)1(51maxmax DM Mmax：模型最优工况下效率； D1M：模型转轮直径。则效率正修正值 max Mmax= 2.7%,取 =1%，则=1.7% ， max= Mmax+=92.4%，= M+=91.1%，与假设值相同。单位转速 n 的修正值=0.38%3% ，所以单位转速可不加修正，同时单位)1-/(Mmax1M流量也可不加修正。综上，转轮直径 D1=2.5m 以及转速 n=250r/min 的计算及选用是正确的。最后求得 91.1%，D 12.5m，n=300r/min。（4） 、工作范围检验：水轮机在 Hr、N r 条件下工作时：第 页 共 56 页公式 3-4smQsmHDNQMr /95.0/83.081.9 315.2max1 所以水轮机最大引用流量 Qmax= =50.76m3/sHrD2ax与特征水头 Hmax、H min、H r 相对应的单位转速为：公式 3-5 in/98.57/max1min1公式 3-602inax rD公式 3-7i/.63/11rr（5） 、吸出高度 Hs 计算 公式 3-8ms )(90.：水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔，本工程取为 125m；：模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得 0.088；m：气蚀系数修正值，有 Hr=94.92m 查表得 0.018； mH：水轮机设计水头。计算得 Hs0.184m4m ，吸出高度满足要求。3.2.2 HL180 水轮机方案主要参数选择（1） 、转轮直径 D1：查表水电站3-6，得限制工况下单位流量 Q11M=860L/s=0.86m3/s,效率 M89.5 ，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量Q11Q 11M=0.86m3/s，效率 90.9。取 gr=97%,则水轮机额定力 Nr=4.25104974.38 万 KW设计水头 Hr 为 95.76m，所以：=2.46m，rDi18.9取与之相近而偏大的标称直径 D12.75m（2） 、转速 n 计算：HL180 最优工况下转速 n110M67.0r/min第 页 共 56 页假设 n110n 110M67r/min 则 min/23810rDHnav取偏大并与之相近的同步转速 n250r/min 。（3） 、效率及单位参数的修正HL180 最优工况下 Mmax=92%,模型转轮直径 D1M=0.46m则原型效率 %4.9)1(51maxmax M则效率正修正值 max Mmax= 2.4%,取 1%，则=1.4%， max= Mmax+=93.4%，= M+=90.9%，与假设值相同。单位转速 n 的修正值=0.8%3% ，所以单位转速可不加修正，同时单位流)1-/(Mmax1M量也可不加修正。综上，转轮直径 D1=2.5m 以及转速 n=250r/min 的计算及选用是正确的。最后求得 91.1%，D12.5m，n=300r/min。（4） 、工作范围检验：水轮机在 Hr、N r 条件下工作时：所以水轮机最大引用流量 Qmax= =51.06m3/s HrD21max与特征水头 Hmax、H min、H r 相对应的单位转速为：公式 3-5 in/78.63/max1min1D公式 3-6219inax r公式 3-7（5） 、吸出高度 Hs 计算Hms )(90.1ssQMr /86.0/69.081.935.2max1 i/.70/max1min1