(中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 北京 100024)

一、調(diào)壓井的作用

水電站在運(yùn)行過(guò)程中常常會(huì)遇到負(fù)荷突然變化的情況，例如因事故突然丟棄負(fù)荷，或在較短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)機(jī)組，這時(shí)，由于導(dǎo)水葉的快速開(kāi)啟和關(guān)閉，將不可避免的在水電站有壓引水管道中出現(xiàn)“水錘”現(xiàn)象。它是由水流的動(dòng)能引起的，當(dāng)管道末端流量急劇變化時(shí)，壓力也隨之變化。導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)，在壓力管道和蝸殼中將引起壓力上升，尾水管中則壓力下降，導(dǎo)葉開(kāi)啟時(shí)則相反，將在壓力管道和蝸殼中引起壓力下降，而在尾水管中引起壓力上升。

為了改善水錘現(xiàn)象，減小水錘壓力在引水道中的傳播，常在有壓引水隧洞或有壓引水管與壓力管道銜接處建造調(diào)壓井。在較長(zhǎng)管道中設(shè)置調(diào)壓井，縮短了管道長(zhǎng)度，減小相長(zhǎng)，可以緩和水擊，減低水擊壓強(qiáng)。由于調(diào)壓井利用擴(kuò)大的斷面和自由水面反射水錘波，將有壓引水系統(tǒng)分成兩段：上游段為有壓引水隧洞，調(diào)壓井使隧洞基本上避免了水錘壓力的影響;下游段為壓力管道，由于長(zhǎng)度縮短了，從而降低了壓力管道中的水錘值，改善了機(jī)組的運(yùn)行條件。

二、調(diào)壓井優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

1.優(yōu)化設(shè)計(jì)滿足原有調(diào)壓井布置的要求，通過(guò)調(diào)整斷面來(lái)對(duì)調(diào)壓井的面積進(jìn)行減少，從而使得工程量降低，從而節(jié)約建設(shè)的成本。

2、調(diào)壓井?dāng)嗝娴母淖?，需要滿足相應(yīng)力學(xué)的要求。不得影響原有布置，確保調(diào)節(jié)的要求。

3、對(duì)于調(diào)壓井結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該施工方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

4、施工期應(yīng)力分析。調(diào)壓井圍巖構(gòu)造應(yīng)力已基本釋放，所以地應(yīng)力很小，施工開(kāi)挖所引起的調(diào)壓井壁和隧洞洞壁的附加應(yīng)力（二次應(yīng)力）也很小。施工期井壁的最大主應(yīng)力在豎直方向，為拉應(yīng)力，最大值為0.18MPa，最小主應(yīng)力在水平方向，為壓應(yīng)力，沿井壁的拉應(yīng)力隨高度而減少，故施工期井筒開(kāi)挖是安全的，其徑向應(yīng)力均為壓應(yīng)力，開(kāi)挖中關(guān)鍵位置在底洞擴(kuò)大斷面。

8.在進(jìn)行水電站調(diào)壓井設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合工程的實(shí)際情況，對(duì)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面比較，然后再確定下來(lái)。在選擇調(diào)壓井的形式時(shí)要遵循幾點(diǎn)原則：首先，要可以有效的反射通過(guò)高壓管道傳來(lái)的水擊波；其次，在無(wú)限小負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，要可以保持自身的穩(wěn)定性；如果大負(fù)荷發(fā)生變化的情況下，要求水面保持較小振幅，并且波動(dòng)要快速衰減；再次，水電站處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，經(jīng)過(guò)調(diào)壓井與壓力水道連接位置的水頭損失不得過(guò)大；最后，調(diào)壓井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要盡量簡(jiǎn)單化，便于施工，并且要合理控制成本。

三、案例分析

某水電站為引水式日調(diào)節(jié)水電站，其主要任務(wù)為發(fā)電，電站總裝機(jī)容量56MW，主廠房共設(shè)置三臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，其中兩臺(tái)容量為23MW，一臺(tái)為10MW；電站保證出力10.2MW，裝機(jī)年利用3805小時(shí)。該水電站有效改善了當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)，緩解用電緊張的局面，一般情況下電站承擔(dān)系統(tǒng)基荷，如果不在汛期也承擔(dān)系統(tǒng)峰荷，水庫(kù)按照日調(diào)節(jié)的方式運(yùn)行。 該水電站的調(diào)壓井位于廠房上游330m處，其總高度為51.5m，其中地面以下深41.5m，地面以上高度為10m，因此該調(diào)壓井屬于半地下式；地面以下的豎井段，其外徑為 13m，內(nèi)徑為 10m，從上到下的圍巖分別為11m的洪積塊與碎石土，結(jié)構(gòu)相對(duì)松散；30m的洪積塊與碎石土，為中密-密實(shí)結(jié)構(gòu)，而調(diào)壓井的基礎(chǔ)便位于洪積塊碎石土之上。分析相關(guān)參數(shù)可知，在該調(diào)壓井高度與直徑條件下，其所處地質(zhì)條件相對(duì)較差，設(shè)計(jì)地震防烈度III度，這些均會(huì)增加施工難度。

該水電站引水線路的總長(zhǎng)為7.044千米，設(shè)計(jì)引流量為每秒50.1方，設(shè)計(jì)水頭為117m；計(jì)算出調(diào)壓井水力及最高涌波水位等參數(shù)，然后按照調(diào)壓井的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范比較幾種設(shè)計(jì)方案。調(diào)壓井的形式分為簡(jiǎn)單式、阻抗式、水室式及溢流式等四種。其中簡(jiǎn)單式是四種形式中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的，施工比較方便，不過(guò)反射壓力管道所傳送的水機(jī)波的能力相對(duì)較差，最高涌波水位也相對(duì)較高；簡(jiǎn)單式調(diào)壓井的波動(dòng)振幅最大，只有通過(guò)增加容積的方法減小振幅，從而導(dǎo)致工程成本的增加；此外，簡(jiǎn)單式調(diào)壓井的水位波動(dòng)衰減速度慢，當(dāng)調(diào)壓井處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，調(diào)壓井與引水系統(tǒng)連接位置會(huì)有較大的水頭損失。由此可見(jiàn)，本設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)單式調(diào)壓井不適用。而阻抗式調(diào)壓井在反射壓力管道傳輸?shù)乃畽C(jī)波方面效果較好，高出地面的高度在20m左右，并且容積小，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且波動(dòng)衰減迅速，當(dāng)調(diào)壓井處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，水頭損失相對(duì)較小；不過(guò)在該工程中，由于地震設(shè)防烈度為III度，并且調(diào)壓井的基礎(chǔ)位于碎石土層，因此要求其超出地面的高度不得過(guò)高，所以阻抗式調(diào)壓井也不適用。而水室式調(diào)壓井，由于丟棄負(fù)荷的涌水量由上室容納，因此最高涌波水位就受到限制，所以其超過(guò)地面的高度與阻抗式調(diào)壓井相當(dāng)，也不適用。最后一種種溢流式調(diào)壓井，由于本水電站受地形條件的限制，無(wú)法向其它渠道溢流，所以也不適用。

經(jīng)過(guò)綜合分析與計(jì)算后，該水電站的調(diào)壓井決定采用綜合型的設(shè)計(jì)方案，即底部為阻抗式，頂部則設(shè)計(jì)一個(gè)圓形的開(kāi)敞溢流式上室水池，水池底板位于原地面高程上，在阻抗孔與上室之間設(shè)置一個(gè)高41.5m、內(nèi)徑為 10m的簡(jiǎn)單的圓筒豎井。

四、總結(jié)

水電站調(diào)壓井的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)周圍具體地質(zhì)情況做出合理的設(shè)計(jì)方案，確保水電站整體的安全系數(shù)得到提升。

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