熊先濤,尹葵霞,農(nóng)情革
(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院,四川 成都 610072 )
龍頭石水電站裝機(jī)容量700MW。岸邊式地面廠房布置于龍頭石Ⅱ級基座階地下游邊緣附近,地形平坦,地基巖性為細(xì)粒花崗巖,發(fā)育有七條輝綠(輝長)巖脈,巖體完整性較差,以Ⅲ類巖體為主,局部裂隙密集帶、小斷層及巖脈破碎帶等為Ⅳ類巖體。邊坡主要由風(fēng)化卸荷的細(xì)粒花崗巖和覆蓋層組成,發(fā)育有多條軟弱結(jié)構(gòu)面。邊坡巖體總體為塊裂結(jié)構(gòu),局部碎裂結(jié)構(gòu),以Ⅳ、Ⅴ類為主,穩(wěn)定條件較差;斜坡上部覆蓋有厚達(dá)10~30m的崩坡積含礫碎石土層,結(jié)構(gòu)較松散,開挖后穩(wěn)定性差。地質(zhì)部門建議開挖坡比:Ⅳ類巖體1∶0.75,Ⅴ類1∶1,覆蓋層1∶1.25。
廠區(qū)建筑物主要包括主廠房、副廠房、主變場、中控樓、GIS樓、尾水平臺(tái)、尾水渠、進(jìn)廠公路及回車場等。
在可研階段為了兼顧主廠房地基要求和后邊坡的高度,并考慮到后邊坡地質(zhì)條件較差,后坡開挖坡比采用地質(zhì)部門建議值。經(jīng)過水工、機(jī)電、建筑等專業(yè)的多方案布置、論證和比較,確定廠區(qū)建筑物采用全地面布置方式。根據(jù)廠區(qū)地形、地質(zhì)條件,選定廠房軸線為NW80°,主廠房的安裝間、主機(jī)間呈“一”字形布置,安裝間位于主機(jī)間左側(cè),副廠房位于主廠房下游側(cè)的尾水平臺(tái)之下,尾水平臺(tái)部分兼作主變場,中控樓位于安裝間下游側(cè),GIS樓緊鄰中控樓下游側(cè)布置。
GIS發(fā)電機(jī)電壓配電裝置及主變壓器設(shè)置在主廠房下游側(cè)副廠房內(nèi)和尾水平臺(tái)上,開關(guān)站布置在安裝間下游側(cè)進(jìn)廠公路旁,主變壓器高壓側(cè)與開關(guān)站配電裝置采用500kV SF6管道母線連接。GIS樓頂為出線場,高壓并聯(lián)電抗器及出線門形架布置在開關(guān)站樓前。
原廠區(qū)樞紐布置(下游開關(guān)站方案)見圖1。
本方案各建筑物基礎(chǔ)均座落在基巖上,地基承載力滿足要求;后邊坡最大高度約100m,坡度較緩,支護(hù)工程量較?。唤ㄖ镩g布置滿足電站運(yùn)行要求。但各建筑物相對分散,運(yùn)行維護(hù)不便;主變壓器放置在尾水平臺(tái)上,機(jī)組振動(dòng)對電氣設(shè)備的振動(dòng)影響較大;GIS樓距機(jī)組較遠(yuǎn),所需電纜費(fèi)用較高。因此,可研審查基本同意以上樞紐布置方案,但要求結(jié)合研究尾水建筑物和設(shè)備隔振、減振及防振等工程措施,優(yōu)化500kV高壓配電裝置及廠區(qū)樞紐的布置。
根據(jù)可研審查意見,結(jié)合廠區(qū)地形、地質(zhì)條件,開展了廠區(qū)樞紐布置優(yōu)化。
由于下游開關(guān)站方案將主變壓器布置在尾水平臺(tái)上,機(jī)組振動(dòng)對電氣設(shè)備的影響無法避免,因此合理布置廠區(qū)各建筑物以解決設(shè)備隔振和減振是本次優(yōu)化需要解決的問題。參考類似工程,如將主變壓器、相關(guān)電氣設(shè)備置于主廠房上游側(cè),并在主廠房設(shè)置永久縫能有效降低振動(dòng)的影響。但是將主變和GIS布置在主廠房上游側(cè),機(jī)電布置需要的主變室尺寸為110.04m× 14.50m(長×寬)。本工程對廠房地基基礎(chǔ)承載力要求較高,最大承載力為0.8MPa,為滿足地基承載力要求需盡量將主廠房后靠,使廠房基礎(chǔ)座落在基巖上;而后邊坡最大高度已近100m,向后擴(kuò)挖必然增加邊坡高度和工程量,開挖和支護(hù)難度也進(jìn)一步加大。因此,處理好廠房基礎(chǔ)高承載力和后邊坡高度的矛盾成為本次優(yōu)化的難點(diǎn)。
圖1 下游開關(guān)站方案廠區(qū)樞紐布置
考慮到廠房一期開挖已經(jīng)基本完成,開挖揭示的邊坡地質(zhì)條件略優(yōu)于預(yù)期,可以適當(dāng)加大邊坡坡度而維持一期邊坡開口線不動(dòng);同時(shí)為了盡量減少廠區(qū)優(yōu)化布置對整個(gè)樞紐格局的影響,維持原來主廠房軸線方位、壓力管道軸線方位不變。由于主變移至廠房上游,尾水平臺(tái)寬度減小了8.50m,相應(yīng)將廠房軸線位置沿壓力管道軸線方位向下游平移8.50m,向靠山側(cè)平移3.26m。廠后985.00~955.00m高程邊坡由1∶0.75調(diào)整為1∶0.65;955.00~915.50m高程廠房后邊坡開挖坡比從1∶0.75調(diào)整為1∶0.5。經(jīng)過以上調(diào)整后,廠后空間加大,滿足了主變室和主變搬運(yùn)道的布置需要。因此將GIS樓從安裝間下游側(cè)移至廠房1~3號(hào)機(jī)上游側(cè),將控制樓從安裝間下游側(cè)移至廠房4號(hào)機(jī)上游側(cè),其余安裝間后的空地可作為主變組裝場,廠區(qū)其余建筑物位置基本不變。
調(diào)整相應(yīng)的電氣設(shè)備布置。發(fā)電機(jī)電壓配電裝置、主變壓器、開關(guān)站及出線設(shè)備均布置在GIS樓內(nèi)。GIS樓增加至3層,地下一層和地上兩層,第一層為發(fā)電機(jī)電壓配電裝置層,布置有IPB、GCB、高壓廠變、電壓互感器等設(shè)備;第二層為主變壓器層,布置有2組主變壓器及1組高壓并聯(lián)電抗器;第三層為GIS層,布置有500kV GIS設(shè)備;樓頂為出線場,布置有出線設(shè)備及出線構(gòu)架。
優(yōu)化后廠房后坡變陡,經(jīng)過計(jì)算分析,對后坡支護(hù)進(jìn)行了適當(dāng)加強(qiáng)。支護(hù)方案為:巖石開挖邊坡主要采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù)處理,并對邊坡上部強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體設(shè)置框格梁支護(hù),每級邊坡設(shè)置兩排錨索加強(qiáng)支護(hù),錨索布置范圍和數(shù)量較優(yōu)化前有所加大。
優(yōu)化后的廠區(qū)樞紐布置方案(上游開關(guān)站方案)見圖2。
上游開關(guān)站方案中主變和GIS樓、中央控制樓均布置在主廠房上游側(cè),使得下游側(cè)尾水平臺(tái)寬度和尾水管長度有所減小,廠區(qū)各建筑物更緊湊,樞紐布置更合理。兩方案比較如下:
3.2.1 土建綜合比較
兩方案主要土建工程量和相對投資見表1。
從表1可見,兩方案土建工程量及相對投資沒有明顯差異。雖然上游方案減小了尾水平臺(tái)寬度和尾水管長度,使混凝土和鋼筋量有所減小,但由于增大了廠房中下部開挖邊坡,因此增加了較多的邊坡支護(hù)工程量。兩方案互有增減,總體差別不明顯。
在施工條件上,兩方案施工場地布置條件相當(dāng),施工難度及土建工程量無大的差別,施工工期基本相同。
在運(yùn)行管理上,上游方案各建筑物布置緊湊,主變壓器及其組裝場、GIS樓緊鄰廠房后面布置,離安裝間較近,檢修、維護(hù)及運(yùn)行較方便。
綜上分析,廠區(qū)樞紐布置的兩個(gè)方案從土建工程量、樞紐布置、施工條件、運(yùn)行管理?xiàng)l件等方面綜合比較,上游方案相對較優(yōu)。
圖2 上游開關(guān)站方案廠區(qū)樞紐布置
項(xiàng)目下游開關(guān)站方案上游開關(guān)站方案差值土方明挖/萬m338.6137.43-1.18石方明挖/萬m3104.77105.781.01主副廠房及安裝間混凝土/萬m323.1722.33-0.84鋼筋/t18 03016 026-2 004噴混凝土/萬m30.260.590.33掛網(wǎng)鋼筋/t3011282.00排水孔/萬m0.450.940.49錨桿/根8 6509 276626錨索/根14623892錨桿束/根0160160GIS樓和控制樓混凝土/萬m30.631.380.75磚砌體/萬m30.1050.180.08鋼筋/t11401 769629相對投資/萬元30 406.4830 336.63-69.85
3.2.2 機(jī)電綜合比較
下游開關(guān)站方案:利用尾水平臺(tái)的空間布置發(fā)電機(jī)電壓配電裝置、主變壓器和主變壓器運(yùn)輸?shù)溃瑘龅乩寐瘦^好。但為了布置設(shè)備,延長了尾水管長度,對機(jī)組的性能有一定影響;主變壓器、GCB等設(shè)備布置在尾水渠上,將受到機(jī)組振動(dòng)的影響;由于主變高壓側(cè)到開關(guān)站的引出設(shè)備無法采用架空線連接,增加了高壓引出線設(shè)備的投資,使得總投資較大。此外,各部位之間電纜通道關(guān)系復(fù)雜,中、低壓電纜路徑較長,運(yùn)行維護(hù)不太方便。
上游開關(guān)站方案:尾水管長度縮短,提高了機(jī)組性能;升壓樓布置在主廠房上游側(cè)與主廠房結(jié)構(gòu)分開,電器設(shè)備不受機(jī)組振動(dòng)的影響,電站運(yùn)行安全性和舒適度均較高;設(shè)備布置較為寬松;電纜通道易于規(guī)劃,且長度較短;升壓設(shè)備布置集中,占地面積小,運(yùn)行維護(hù)方便。
兩方案主、副廠房主要機(jī)械與電氣設(shè)備布置以及工程量相同,主要差別體現(xiàn)在GIS出線設(shè)備上。兩方案開關(guān)站主要電氣設(shè)備工程量及相對投資比較見表2。
表2 兩方案開關(guān)站主要電氣設(shè)備工程量及相對投資比較
從表2可見:上游方案的設(shè)備投資有較大減少。
綜上分析,廠區(qū)樞紐布置的兩個(gè)方案從機(jī)電布置、設(shè)備投資等方面綜合比較,上游方案優(yōu)勢較大。
經(jīng)以上比較表明,上游開關(guān)站方案有以下優(yōu)勢:
(1)工程投資較省,節(jié)省投資約1 213.45萬元。
(2)機(jī)組運(yùn)行可靠性進(jìn)一步提高,有效地降低了機(jī)組振動(dòng)對電氣設(shè)備的影響。
(3)樞紐布置更緊湊、合理,運(yùn)行維護(hù)更方便。
龍頭石水電站廠區(qū)樞紐布置調(diào)整是為了滿足電氣設(shè)備的防振和隔振而提出的。在調(diào)整過程中充分考慮了地形、地質(zhì)條件和整個(gè)樞紐布置的影響,尤其在地質(zhì)條件進(jìn)一步明朗的前提下對后坡坡度進(jìn)行了調(diào)整,滿足了建筑物布置的需要,使得在對整個(gè)樞紐格局改動(dòng)較小的前提下獲得了較大效益,滿足了工程的要求。