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如何选择地形及地质条件?

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是,气垫室的水力设计应遵循开敞式调压室的设计原则,气垫室的工程地质设计也要遵循一般岩石洞穴的基本准则。比如,最晚建成的Torpa水电站的气垫调压室,为使不良的地质条件造成的漏气得到控制,在气垫室的顶部设置了一个水幕;Kvilldal水电站的气垫调压室运行一年后,也建造了水幕。表3挪威采用气垫调压室的水电站山岩性状续表

如何选择地形及地质条件?

气垫式调压室一般建在水电站高压钢管衬砌段的上游。图3是两种典型布置。其选址首先要注意避开断层破碎带和岩性软弱地带,根据气垫室将要承受的水压力高低,将其布置在岩石坚硬完整、承载能力高、无裂隙发育、并有足够覆盖厚度的地下厂房不远处;并且,气垫调压室的纵轴方向应与主要裂隙节理走向的夹角平分线平行。为此,要对隧洞四周的围岩特性、地应力场进行测试、分析,并获取最小主应力和围岩透水率的数值。比如,挪威的Osa水电站,因其厂房附近有两条透水断层通过,迫使其将气垫调压室建在距水轮机1100m远的上游地带。这个距离已经非常接近水轮机制造厂商规定的最大极限了。表2的统计说明:通常气垫室与水轮机的距离宜在150~600m范围内,以便尽早、最大限度地削减水锤峰值,保护电站设备,降低工程成本。

图3 气垫式调压室典型布置

(a)管道进口;(b)通过封堵体的分离式进口

表2 挪威建设的气垫调压室参数表

* 除气垫外还配有一个以上的竖直入气口的复杂系统。

实践证明,对于一部分水电站厂房,采用气垫调压室证明是一种比常规调压井更经济的办法。但是,气垫室的水力设计应遵循开敞式调压室的设计原则,气垫室的工程地质设计也要遵循一般岩石洞穴的基本准则

和建设常规水电站一样,在施工中依次进行掘进、通风、出渣、掘进……。除少数几个水电站使用局部喷锚外,多数气垫室都是不衬砌的。如果遇到地下含水层裂隙带还要进行固结灌浆,以减少漏气损失。

有两个水电站为了减小漏气损失,曾经采取一些工程补救措施。比如,最晚建成的Torpa水电站的气垫调压室,为使不良的地质条件造成的漏气得到控制,在气垫室的顶部设置了一个水幕;Kvilldal水电站的气垫调压室运行一年后,也建造了水幕。在较早建设的气垫调压室是不设置水幕的。

在气垫调压室的选址(设计)上,挪威的实践经验可以用“挪威准则”或 “雪山准则”来概括。“雪山准则”可以用式(1)来表示:

式中 Cv——雪山覆盖准则要求的垂直覆盖厚度,m;

h——备选地点的内水压力静水头,m;(www.xing528.com)

f——安全系数,一般取值为1.2~1.3;

γR——岩体容重,随岩石类别不同而有差异,t/m3

其原理如图4所示。

图4 雪山覆盖准则

由图4可知,水平覆盖厚度约为垂直覆盖厚度的2倍。

不论是“挪威准则”还是 “雪山准则”,实质上是岩石力学原理融合已有工程经验的总结,或者说是半经验性的。从图4中可以看出,洞室或洞线埋深越大越好,因为对同一地层来说,其覆盖的强风化岩层的深度是一样的,而随着埋深的增加,其对洞中高压水体的抗力,将是水头增量的γR倍。因此,洞室埋深越大,越不容易被高压水劈裂或击穿,因而工程也越安全。

挪威水电站的气垫调压室,其岩性是多种多样的,从古生代和前寒武纪形成的片麻岩到寒武纪—志留纪的变质沉积岩都有 (见表3);无侧限抗压强度从50~180MPa不等,总体上可归类为硬质岩体。岩体也不是“均匀连续”无裂隙的,如前寒武纪岩层的裂隙分布频度较低,每米约1~2处;寒武纪—志留纪千枚岩层的较高,平均每米有5处裂隙。由表3中可见,挪威这十座电站的气垫室附近,岩体天然渗透系数一般比较小。

表3 挪威采用气垫调压室的水电站山岩性状

续表

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