气垫式调压室布置方案优化

该方案的布置主要取决于气垫式调压室的位置，气垫式调压室的位置应根据地应力测试资料初选，引水系统在缺乏地应力资料的情况下可按覆盖准则进行布置。

5.2.1　气垫式调压室布置

（1）布置原则。我国尚无气垫式调压室投入生产运行，也无经验可言，更无规范可执行。因此气垫式调压室的布置原则，主要参考挪威已建的气垫式调压室经验，进行设计。其主要原则如下所述。

关于地应力：为避免水力劈裂，岩体中的最小主应力σ3应大于调压室内产生的最大气压。

关于渗透性：根据挪威经验，小天都气垫式调压室漏气控制标准为：

1）λ=围岩孔隙水压/室最大气压≥1.0。

2）如果地质条件好，渗透系数K在10-11m/s量级，λ≥1时则可考虑不设水幕。

3）如果地质条件差。应在现场灌浆试验的基础上，做灌浆设计。

（2）布置。根据水压致裂原地应力测试、高压压水试验和水力阶撑试验资料，在厂区PD2平洞桩号0+670～0+730位置具备修建气垫式调压室的工程地质和水文地质条件，该位置基岩最小水平埋深和上覆岩体厚度均约500m，岩体透水率q=0.00～1.54Lu。

气垫式调压室主要建筑物包括：气室、水幕室及水幕孔、连接井、交通洞及堵头。经计算气室面积为1500m2，底板高程采用1787.019m，水垫深采用3 m，断面采用城门洞形，长125m，宽12m，高14.7m，设计气体压力3.75MPa，最大气体压力4.35MPa，设计气体体积15679m3，气室围岩采用锚喷支护。根据岩体的渗漏性，在气室顶部，高程1816.8m处设置水幕室，水幕室断面采用城门洞形，长125m，宽4.5m，高5.0m，水幕室围岩采用锚喷支护，室内分别设置一排水泥灌浆帷幕和一排水幕，以形成 “两把伞”的漏气保护布置，水幕孔与气室最短距离为10m，孔深35～60m，形成的水幕如雨伞状，以防止气体从上下、四周逸出。水幕室以交通洞与外界相通，施工期该交通洞作为施工通道，运行期作为交通洞。调压室与引水隧洞交点底板高程1776.7188m，采用连接洞与主洞相连，连接洞采用与引水隧洞相同的断面。气室与外界交通通过连接洞或交通洞，施工期间，该交通洞作为施工通道，施工完建后，交通洞设置堵头进行封堵。高压供水管，供、排气管，监测电缆均经该堵头与气室连接。

5.2.2　引水隧洞布置(www.xing528.com)

气垫式调压室方案的引水隧洞采用高压引水隧洞型式，根据318国道的沿线特性，在满足不设上山公路和工期相当的施工要求下，最大限度的采用一坡到底的布置型式。

洞线布置主要受大丈桥和大河沟的制约。在大丈桥沟沟心位置隧洞静水头174m，根据挪威准则，在大丈桥沟沟心位置需要的基岩埋深为84m （见图1）。

图1　大丈桥沟埋深示意图 （单位：m）

在大河沟沟心位置的隧洞静水头约310m，根据挪威准则需要的基岩埋深为143m（见图2）。

后经地应力测试复核，上述两沟处的最小主应力满足大于内水压力的要求。

经复核气垫式调压室方案的洞线与常规方案的洞线在平面上基本一致。引水隧洞从进水口至调压井 （连接洞中心线）全长5987.053m，首尾高程分别为2125.0m、1779.95m，底坡i=0.057676617。隧洞水平埋深一般500～800m，垂直埋深一般300～750m，最大垂直埋深750m，由于埋深相对常规调压室方案较深，围岩条件相对较好，大都属Ⅱ～Ⅲ类围岩。

图2　大河沟埋深示意图 （单位：m）

气垫式调压室方案的隧洞断面与常规调压室方案基本相同。考虑隧洞承受最大内水压力达4.5MPa，在满足结构设计，不超出国家及有关行业标准的情况下，为方便施工，根据引水隧洞各段不同的围岩情况，采用了相应的衬砌断面型式，对于Ⅱ类围岩采用不衬砌、Ⅲ类围岩采用锚喷衬砌的城门洞型断面；对于Ⅳ类和Ⅴ类围岩，采用钢筋混凝土衬砌的城门洞型断面。

5.2.3　压力管道

压力管道布置为埋藏式，钢管的起点依据地应力准则和渗透准则确定，根据地下厂房勘探平洞PD2资料，在气垫式调压室后273m处开始布设压力钢管。压力钢管主管长196.556m，采用钢衬混凝土结构，主管内径4.0m。压力管道的布置采用一条主管经两个“卜”形岔管分为三条支管向三台机组供水的方式布置，最长支管约52.532m，内径2.5m。