李 超

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

KYET水電站氣墊式調壓室設計

李 超

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000）

隨著KYET水電站開發(fā)工作的推進，需要對引水系統(tǒng)調壓井進行優(yōu)化設計，為解決調壓井深挖方與施工場內交通的問題，結合氣墊式調壓室所需滿足的地形地質條件，通過對KYET水電站基本條件的分析，探討了其布置型式，計算了氣墊式調壓室的氣體參數。

氣墊式調壓室；氣室布置；穩(wěn)定氣體體積

1 工程概況

KYET水電站工程壩址斷面多年平均年徑流量9.02億m3，總庫容921萬m3，水庫正常蓄水位1345m，相應庫容797萬m3，死水位1335m，調節(jié)庫容696萬m3，死庫容101萬m3。主電站裝機容量110MW，引用流量80.2m3/s。多年平均年發(fā)電量2.42億kW·h，裝機年利用小時數2202h。

樞紐布置由混凝土重力壩、表孔、底孔、發(fā)電引水系統(tǒng)及廠房組成。根據DL5180—2003《水利樞紐工程等級劃分及設計安全標準》規(guī)定，該工程規(guī)模屬中型，工程等別III等。

發(fā)電引水系統(tǒng)布置在左岸，隧洞水平全長7080m，最大引用流量80.2m3/s；發(fā)電廠房位于卡依爾特河出山口，Ⅲ級階地山前沖洪積扇前緣上，距壩址直線距離7km，主機間內設2臺45MW，加1臺20MW水輪發(fā)電機組。電站最大水頭173.46m，最小水頭150.58m。

原設計調壓井距離主廠房770.164m，調壓井型式為阻抗式，底板高程1186m，該處發(fā)電洞底板高程1158.096m，頂高程1363.5m，由阻抗孔、豎井組成。阻抗孔為圓型斷面，直徑3.4m；豎井為圓型斷面，直徑16m，斷面面積201.06m2。由于調壓井挖深200m，故本次擬優(yōu)化為氣墊式調壓室方案作為調壓設施，省去了山體明挖及上井公路，布置位置更靈活。

2 地質條件

氣墊式調壓室結合3#施工支洞設置，距離廠房機組中心線1107m。根據NB/T 35080—2016《水電站氣墊式調壓室設計規(guī)范》，氣墊式調壓室應滿足的基本地質條件是：巖體質量與成洞條件、埋深條件、地應力條件和滲透性條件。

2.1 巖體質量與成洞條件

氣墊式調壓室的內水壓力較大，應利用圍巖承擔內水或氣體壓力，圍巖宜為中硬巖或堅硬巖，以不低于Ⅲ類較完整的巖體為主。3#交通洞圍巖類別除進洞口20m為Ⅳ類圍巖外，洞身圍巖類別以ⅢA為主，局部為ⅢB。基本滿足要求。

2.2 埋深條件

氣墊式調壓室最小上覆巖體厚度應滿足下列經驗公式，并應復核最大氣室壓力條件下的最小上覆巖體厚度。

式中 CRM為除去覆蓋層及全、強風化巖體后的最小埋深厚度（m）；H0為氣墊式調壓室設計壓力，即調壓室設計最大靜水頭（m）；γw為水的重度（N/m3）；γR為巖體的重度（N/m3）；α為地形邊坡平均傾角（°），當α＞60°時，取60°；F為經驗系數，一般取1.3～1.5，當復核最大氣室壓力條件下的最小上覆巖體厚度宜大于1.1。

經計算最小允許埋深CRM=102.29m，3#支洞長250m，滿足要求。

2.3 地應力條件

氣墊式調壓室?guī)r體最小主應力σ3應滿足如下經驗公式：

式中 σ3為調壓室?guī)r體最小主應力（MPa）；γw為水的重度（N/m3）；Pmax為氣墊式調壓室內最大氣體壓力水頭。

氣墊式調壓室內最大氣體壓力水頭由調保計算結果而得，由于本階段無實測地應力成果，參照同區(qū)域水電站地下廠房地應力成果，最小主應力3.3MPa。調壓室初始氣壓1.82MPa，待下階段進行地應力補測工作。

2.4 滲透性條件

氣墊式調壓室區(qū)域宜有較高天然地下水位，或能形成穩(wěn)定滲流場。設計壓力下高壓壓水巖體滲透率宜小于5Lu。3#支洞透水率在5Lu以下，長298m。

3 穩(wěn)定氣體體積計算

根據NB/T 35080—2016《水電站氣墊式調壓室設計規(guī)范》，氣墊式調壓室體積應滿足穩(wěn)定條件要求，結構尺寸經水利過渡計算過程確定。氣墊式調壓室底板安全水深不宜小于2m，校核工況下應不小于1.5m。本工程取初始安全水深4m。依據氣墊式調壓室穩(wěn)定氣體體積公式：

式中 V0為穩(wěn)定氣體體積（m3）；KV為穩(wěn)定氣體體積安全系數，1.2～1.5， 取1.35；Vth為臨界穩(wěn)定氣體體積（m3）；m為理想氣體多變指數，宜取m=1.4；P0為氣室設計靜止工況的室內氣體絕對壓力水頭（m）；L為壓力引水道長度（m）；f為斷面面積（m2）；g為重力加速度（m/s2）；αmin為壓力引水道最小水頭損失系數（s2/m）；Zumax為電站發(fā)電運行最高水庫水位 （m）；Zd為與Zumax相對應的電站最高尾水位（m）；Z0為氣室設計靜止工況的室內水位（m）；ha為當地大氣壓（m）；hw0為引水道最小水頭損失，包括局部水頭損失和沿程水頭損失（m）；v為壓力引水道流速（m/s）。

經計算穩(wěn)定氣體體積V0=13606m3。

4 閉氣型式選擇

地下埋藏式氣墊式調壓室防止氣體滲漏措施主要有3種：①圍巖閉氣一般要求圍巖的透水率在0.1～0.001Lu范圍，適應性較窄。布置形式靈活，斷面形狀多樣。②水幕閉氣時一般要求圍巖透水率小于1Lu，布置靈活，斷面形狀多樣。③罩式閉氣一般要求圍巖透水率小于5Lu，適應性較廣。罩體和平壓系統(tǒng)設計相對較復雜。氣室一般采用鋼筋混凝土襯砌，平面布置宜采用條形。

3#交通洞巖石自身的抗?jié)B能力不能達到巖石閉氣要求。結合已建工程經驗，水幕閉氣效果并不理想，罩體閉氣可以有效地減少漏氣量。本工程氣墊式調壓室防止氣體滲漏措施擬采用罩式閉氣。鑒于目前國內鋼罩式氣墊式調壓室均采用條形布置，故本工程擬定平面結構為條形。

罩式閉氣的氣墊式調壓室每小時氣體滲漏量可按式（7）估算：

式中 Vq為氣室內氣體滲漏量（m3）；P0為氣室設計靜態(tài)工況的室內氣體絕對壓力水頭（m）；A為氣墊與水面接觸面積（m2）。

經計算Vq=0.362～0.966m3。

5 斷面設計

結合透水率及巖體埋深要求，洞室擬采用窄高式城門洞型，初擬尺寸8m×14m×190m（寬×高×長）。連接洞室長36m。連接洞室尺寸按原支洞尺寸。如圖1。

圖1 調壓室橫斷面

邊墻襯砌厚1m，底板襯砌厚0.6m，斷面頂拱和兩側邊墻設置系統(tǒng)錨桿φ25@2m×2m，長4.5m，掛φ8鋼筋網，C30混凝土噴護，厚100mm。根據地質情況判斷，巖石自身的抗?jié)B能力不能達到巖石閉氣要求。

本工程氣墊式調壓井采用罩式閉氣，即在邊墻和頂拱混凝土襯砌中間設置鋼板，厚12mm，防止氣室內氣體外漏。鋼板外側設置平壓系統(tǒng)，由縱橫平壓管和巖石平壓孔組成。橫向平壓管直徑采用φ100mm的鋼管，側向平壓管采用φ50mm的鋼管，長0.1m，與橫向平壓管相連；側向平壓管另一段接入巖石平壓孔中，巖石平壓孔深入圍巖4m，間排距2m，方形布置，孔徑76mm。

6 結語

（1）KYET水電站設置常規(guī)阻抗調壓井，由于受地形限制，調壓井井筒高度過高，開挖難度較大。結合3#支洞布置調壓室在工程地質條件方面均滿足要求。

（2）由于支洞位置距離電站廠房1107m，需通過調保計算確定機組蝸殼末端、機組轉輪出口（即尾水管進口）、輸水道全線洞頂最大內水壓力及機組最大轉速上升率等參數，進一步研究設置氣墊式調壓室可行性。

［1］NB/T 35080—2016，水電站氣墊式調壓室設計規(guī)范［S］.

［2］張偉.克屯那木水電站氣墊式調壓室設計［J］.小水電，2013（2）：32-35.

［3］劉宇，陳紹英，蔡慶.民治水電站的氣墊式調壓室設計［J］.建筑工程技術與設計，2014（9）：561，571.

［4］王志敏.氣墊式調壓室在水電廠的應用［J］.青海電力，2001（1）：36-39.

［5］張良，蔣文勝.鋼罩式氣墊式調壓室在金康水電站的應用［J］.四川水力發(fā)電，2007（6）：14-16，44.

（責任編輯：尹健婷）

Application of air cushion chamber in KYET hydropower station

LI Chao
（Xinjiang Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower， Urumqi 830000，China）

With the development of KYET hydropower station， it is necessary to optimize the design of the surge tank of the diversion system.In order to solve the problem of the deep excavation of the surge well and the construction site，combined with the terrain and geological conditions which the air cushion surge tank needs to meet.Based on the analysis of the basic conditions of KYET hydropower station，the layout type of KYET hydropower station is discussed，and the gas parameters of air cushion surge chamber are calculated.

air cushion surge chamber； air chamber layout； stable gas volume

TV732.5+6

B

1672-9900（2017）03-0046-03

2017-03-27

李 超（1982-），男（漢族），四川內江人，工程師，主要從事水工結構設計工作，（Tel）18140862815。