以客戶為上帝的宗旨、專注打造中國(guó)壓縮機(jī)領(lǐng)域中的航空級(jí)企業(yè)。
昆山飛馬特機(jī)電設(shè)備有限公司
聯(lián)系人:汪先生
電 話:15850357103
郵 箱:1195130511@qq.com
挪威已建的10座氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì)一般遵循不襯砌隧洞的有關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,中國(guó)已建的自一里水電站、小天都水電站及在建的木座水電站3座氣墊式調(diào)壓室,對(duì)其布置設(shè)計(jì)是仁者見仁、智者見智。事實(shí)上,合理進(jìn)行氣墊式調(diào)壓室的布置設(shè)計(jì),對(duì)保證氣室及水幕的安全、可靠及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有十分重要的意義。文章通過(guò)挪威9個(gè)工程(Engineering)及中國(guó)3個(gè)工程共12座氣墊式調(diào)壓室布置設(shè)計(jì)的資料,論述并總結(jié)了影響氣墊式調(diào)壓室位置選擇的控制(control)條件、氣墊式調(diào)壓室與水道立面布置的關(guān)系、交通檢修洞、空壓機(jī)室等附屬洞室的布置、氣室形狀及水幕布置設(shè)計(jì)等方面網(wǎng)站內(nèi)容,希望能夠和該方面的專家們一起探討。
1影響氣墊式調(diào)壓室位置選擇的幾個(gè)控制(control)條件
1. 1地應(yīng)力條件地應(yīng)力條件是氣墊式調(diào)壓室位置比選時(shí)必須滿足的必要條件,一般稱之為最小主應(yīng)力準(zhǔn)則,即最小主地應(yīng)力應(yīng)大于氣墊式調(diào)壓室的最大內(nèi)水壓(特指:壓強(qiáng))力和最大氣體壓力,更確切的說(shuō),應(yīng)是巖石中節(jié)理內(nèi)的法向壓力大于調(diào)壓室內(nèi)(indoor)最大氣壓和水壓力。
問(wèn)題的關(guān)鍵在于最大內(nèi)水壓力(pressure)或最大氣體壓力的代表值是按動(dòng)水壓力或動(dòng)態(tài)下的最大氣壓考慮,還是采用靜態(tài)工況下的對(duì)應(yīng)值。有的認(rèn)為最小主應(yīng)力應(yīng)按大于最大動(dòng)水壓力或動(dòng)態(tài)氣體壓力考慮,并留有
1. 4~
1. 6倍的安全(security)系數(shù)。通過(guò)研究挪威數(shù)個(gè)工程的資料后認(rèn)為,上述的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)是不合適的,甚至是不正確的。這樣做的結(jié)果,過(guò)于嚴(yán)格地限制了調(diào)壓室位置的可選范圍,同時(shí)有可能使位置選擇在距離不利構(gòu)造附近的地方,對(duì)調(diào)壓室的安全運(yùn)行帶來(lái)不利影響,如木座氣墊式調(diào)壓室的專題設(shè)計(jì)。
挪威經(jīng)驗(yàn)(experience)準(zhǔn)則是最小主應(yīng)力應(yīng)大于正常運(yùn)行條件下的最大靜內(nèi)水壓力或相應(yīng)的最大氣體壓力,同時(shí)考慮不小于
1. 2的安全系數(shù)。其理由是氣墊式調(diào)壓室的調(diào)保計(jì)算成果應(yīng)保證最大動(dòng)水壓力或相應(yīng)氣體壓力不超過(guò)正常運(yùn)行情況下的15%~20%.根據(jù)中國(guó)的實(shí)際情況,最小主應(yīng)力準(zhǔn)則可明確為最小主地應(yīng)力不小于最大動(dòng)水壓力或相應(yīng)氣體壓力,但最大動(dòng)水壓力的取值應(yīng)考慮到水力學(xué)計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行之間的可能誤差。因?yàn)閯?dòng)水壓力情況的持續(xù)時(shí)間短暫,即使最小主地應(yīng)力瞬間小于最大動(dòng)態(tài)氣壓或水幕壓力亦不會(huì)出現(xiàn)氣壓或水力劈裂,水幕的最大壓力按氣室最大動(dòng)態(tài)氣壓設(shè)計(jì)應(yīng)是合適的。
對(duì)地應(yīng)力的測(cè)試應(yīng)以水力致裂法為準(zhǔn),它比解除應(yīng)力法等更接近壓力(pressure)隧洞的實(shí)際工作情況,以及更具有大比尺巖體試驗(yàn)的有效性。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)是回轉(zhuǎn)式連續(xù)氣流壓縮機(jī),在其中高速旋轉(zhuǎn)的葉片使通過(guò)它的氣體加速,從而將速度能轉(zhuǎn)化為壓力。這種轉(zhuǎn)化部分發(fā)生在旋轉(zhuǎn)葉片上,部分發(fā)生在固定的擴(kuò)壓器或回流器擋板上。對(duì)地應(yīng)力的取值應(yīng)有一個(gè)整體范圍(fàn wéi)的概念,而不應(yīng)局限在氣墊式調(diào)壓室所處的局部位置。在局部地應(yīng)力條件不能滿足地應(yīng)力準(zhǔn)則時(shí),通過(guò)(tōng guò)實(shí)測(cè)值對(duì)地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行三維有限元回歸分析,合理確定最小主應(yīng)力值。
托帕電站調(diào)壓室內(nèi)的最大靜態(tài)空氣壓力為
4. 4 M Pa,水幕設(shè)計(jì)的壓力為
4. 9M Pa,較調(diào)壓室空氣壓力有0. 5M Pa的超壓。工程總計(jì)進(jìn)行了5組35個(gè)水力劈裂試驗(yàn),在靠近廠房及與之相連的隧洞系統(tǒng)處進(jìn)行了A和B組測(cè)試,這2組測(cè)得的承壓水壓力為
5. 2~
11. 9M Pa.在氣墊調(diào)壓室上游洞中進(jìn)行的C組試驗(yàn),其測(cè)定結(jié)果用來(lái)作為氣墊式和水幕設(shè)計(jì)的依據(jù),這組試驗(yàn)的承壓水壓力為
4. 3~
7. 3M Pa,最低壓力值為
4. 3M Pa,小于最大靜態(tài)空氣壓力。在調(diào)壓室隧洞中進(jìn)行了D組試驗(yàn)。雖然在很長(zhǎng)的試孔中一些測(cè)試失敗,但可信的測(cè)試所得承壓水壓(特指:壓強(qiáng))力為
4. 5~
5. 0M Pa.
由于測(cè)試所得的局部最小承壓水壓力(pressure)(最小地應(yīng)力)不能滿足大于
1. 2倍最大靜態(tài)空氣壓力為414 M Pa的要求,考慮到地應(yīng)力應(yīng)在一定的范圍內(nèi)整體起作用,故綜合各測(cè)點(diǎn)成果,最小主應(yīng)力值按517 M Pa考慮,并作為調(diào)壓室和水幕的設(shè)計(jì)依據(jù)。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī),在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合,使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小,從而將氣體壓縮并排出。
1. 2地質(zhì)構(gòu)造條件調(diào)壓室位置的選擇應(yīng)十分重視不利地質(zhì)構(gòu)造的影響。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī),在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合,使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小,從而將氣體壓縮并排出。一般要求選擇巖石強(qiáng)度高(堅(jiān)硬巖)、巖體較完整、洞室穩(wěn)定性好的位置布置氣墊式調(diào)壓室,避開較大的不利地質(zhì)構(gòu)造和巖溶發(fā)育地區(qū)。為使巖體具有較好的抗?jié)B性,圍巖應(yīng)選擇、類圍巖為主,盡量避開裂隙發(fā)育的地區(qū)。調(diào)壓室本身部位及其周圍小范圍內(nèi)的巖體質(zhì)量并不必有過(guò)高的要求,但其外圍應(yīng)至少有50~100 m左右完整區(qū)域巖體,以封閉漏氣和漏水。特別是在50 m以內(nèi)范圍內(nèi),不宜有較大的斷層、節(jié)理破碎帶等不利構(gòu)造,當(dāng)這些構(gòu)造垂直隧洞走向,且傾角較陡時(shí),條件更為不利。它不僅會(huì)形成漏水、漏氣通道,甚至?xí)驖B水后,結(jié)構(gòu)面的有效應(yīng)(effect)力降低,而造成水力劈裂破壞。
1. 3巖體抗?jié)B透條件及地下水位條件(1)巖體的抗?jié)B性巖體滲透性是確定洞壁巖體漏水、漏氣量的重要指標(biāo),特別是當(dāng)漏氣量較大時(shí),將直接增加運(yùn)行費(fèi)用,甚至影響氣墊式調(diào)壓室的正常運(yùn)行,而不得不重新進(jìn)行防滲加固處理(chǔ lǐ)或增加水幕措施。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)是回轉(zhuǎn)式連續(xù)氣流壓縮機(jī),在其中高速旋轉(zhuǎn)的葉片使通過(guò)它的氣體加速,從而將速度能轉(zhuǎn)化為壓力。這種轉(zhuǎn)化部分發(fā)生在旋轉(zhuǎn)葉片上,部分發(fā)生在固定的擴(kuò)壓器或回流器擋板上。應(yīng)盡可能選擇透水性微弱的巖體進(jìn)行氣墊式調(diào)壓室布置,中國(guó)幾個(gè)氣墊式調(diào)壓室的設(shè)計(jì),對(duì)洞壁巖體透水率要求小于
1. 0 L u的要求,和挪威已建成的工程相比,標(biāo)準(zhǔn)偏低,值得進(jìn)一步探討洞壁透水率的標(biāo)準(zhǔn)。
可以看出,大多數(shù)氣墊式調(diào)壓室圍巖的透水率均遠(yuǎn)低于1 L u.Kvillda
L、Tafjord兩工程透水率較大,運(yùn)行中漏氣較嚴(yán)重(serious),補(bǔ)漏處理方案中采取了增設(shè)水幕的措施,O sa氣墊式調(diào)壓室透水率近1 L u,運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生了相對(duì)空壓機(jī)容量而言不可接收的漏氣量,不得不在電站運(yùn)行8個(gè)月后停機(jī)檢修,Torpa滲透系數(shù)較大,地下水位較低,第1次在設(shè)計(jì)中主動(dòng)考慮設(shè)置了水幕。
Kvilldal水電廠調(diào)壓室的圍巖孔隙水壓力與空氣壓力比為0. 6, 1981年開始運(yùn)行,氣墊壓力4M Pa,運(yùn)行后氣體滲漏(seepage)量達(dá)240 N. m 3 h,產(chǎn)生了不允許的空氣漏失, 1983年設(shè)置一道水幕并投入運(yùn)行后,漏氣現(xiàn)象完全消除。
Tafjord電站圍巖孔隙水壓(特指:壓強(qiáng))力與空氣壓力比也僅為0. 48~0. 56, 1982年開始運(yùn)行,調(diào)壓室氣墊壓力在
6. 5~
7. 77M Pa之間,運(yùn)行當(dāng)年即發(fā)現(xiàn)調(diào)壓室漏氣,漏氣量150 N. m 3 h.盡管比Kvilldal電站小,但電站的空壓設(shè)備有限,難以讓調(diào)壓室有效地工作,所以在1982~1990年間,該電站調(diào)壓室完全充水,形同虛設(shè)。開始曾進(jìn)行了灌漿修補(bǔ)工作,但未能湊效,后不得不加設(shè)水幕。
O sa電站氣墊式調(diào)壓室,盡管在施工中進(jìn)行了有效的水泥灌漿(guàn jiāng)和化學(xué)灌漿,同時(shí)在洞頂采用噴錨支護(hù),但運(yùn)行后不久發(fā)生約900 N. m 3 h的漏氣,這與可供使用的空壓機(jī)容量2 320 N. m 3 h相比是不可接收的,因而在電站運(yùn)行8個(gè)月后不得不停機(jī)檢修,漏氣處理用了3個(gè)月時(shí)間。工程包括6 800 m鉆孔,灌入水泥36 t,化學(xué)灌漿5 500 L ,灌漿集中在滲漏嚴(yán)重部位。補(bǔ)漏處理后,漏氣量穩(wěn)定在80 N. m 3 h,盡管這仍是所有運(yùn)行的氣墊式調(diào)壓室中的最高值,但空壓機(jī)可充分適應(yīng)氣墊運(yùn)行的需求。
相對(duì)而言,盡管中國(guó)幾座電站的氣墊式調(diào)壓室位于花崗巖等巖石強(qiáng)度(strength)較高的巖體內(nèi),但由于裂隙及砂巖俘虜體等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育,巖體透水性均遠(yuǎn)高于挪威有關(guān)工程,盡管大部分巖體的透水率小于1L u,達(dá)到了一般防水帷幕的標(biāo)準(zhǔn),但由于巖體的透氣性可能會(huì)達(dá)到透水性的100倍,對(duì)氣墊式圍巖的灌漿仍是必要的,灌漿的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)相應(yīng)提高,筆者認(rèn)為至少不應(yīng)大于0. 1 L u.
?。?)地下水位氣墊式調(diào)壓室位置的選擇應(yīng)考慮到周圍山體的地下水位情況(Condition)。天然(natural)地下水壓力若高于氣墊壓力,在運(yùn)行過(guò)程中,朝向氣墊的地下水壓力梯度是正的,就可以減少甚至避免漏氣,從而可以減少氣墊式的防滲處理工程量及空壓機(jī)的補(bǔ)氣運(yùn)行費(fèi)用。
如果擬建氣墊式調(diào)壓室位置的天然地下水位高度,低于最高氣體壓力(pressure)水頭,或者天然地下水情況說(shuō)不清楚,在巖體透水性又較大時(shí),采取工程措施對(duì)控制氣墊式內(nèi)氣體的滲漏(seepage)是十分必要的。一方面,可以采用固壁灌漿措施,使圍巖的透水率降到0. 1 L u以下甚至更低,這樣的處理方案費(fèi)用(expense)可能較大,只要施工質(zhì)量有一點(diǎn)疏漏,就可能前功盡棄;另一方面,是需要設(shè)置水幕,人為地產(chǎn)生必要的水壓(特指:壓強(qiáng))力,以解決漏氣問(wèn)題。
?。?)巖體間水力梯度要求氣墊式調(diào)壓室周圍因施工通道和其他洞室的布置,總會(huì)存在一定的臨空面。臨空面的存在,縮短了高壓水流及氣體的滲透通道長(zhǎng)度,加大了巖體間的水力梯度或氣壓梯度,這對(duì)控制漏氣量是十分不利的,甚至?xí)l(fā)生水力劈裂及氣壓劈裂破壞,應(yīng)盡可能加大滲徑長(zhǎng)度。根據(jù)自一里氣墊調(diào)壓室補(bǔ)漏加固并結(jié)合中國(guó)高壓隧洞設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),水力梯度宜根據(jù)圍巖的完整性和透水性情況取為3~5左右。達(dá)不到要求時(shí),應(yīng)采用鋼筋混凝土襯砌加固結(jié)灌漿的措施延長(zhǎng)滲徑。
1. 4調(diào)節(jié)保證要求氣墊式調(diào)壓室距廠房的最短水平距離應(yīng)不小于高壓不襯砌隧洞對(duì)鋼襯段長(zhǎng)度的要求,這不僅取決于地質(zhì)條件,而且取決于水頭、廠房規(guī)模和方位,按挪威經(jīng)驗(yàn)(experience),一般取靜水頭12%~20%.在已建、在建工程中, Tafjord電站氣墊式調(diào)壓室距離廠房最近,距水輪機(jī)的距離僅為150 m ,其他大部分為350~680 m ,有3個(gè)工程超過(guò)1 000 m ,已建的最大值為1 300 m.
氣墊式調(diào)壓室應(yīng)盡可能的距離水輪機(jī)近一些,以提高調(diào)保效果,但最小距離應(yīng)考慮到廠房的布置和失事后對(duì)廠房安全的影響,并保證抗?jié)B安全的要求。最大極限的距離應(yīng)根據(jù)調(diào)保計(jì)算來(lái)確定。
2氣墊式調(diào)壓室位置與水道立面布置的關(guān)系在采用氣墊式調(diào)壓室方案時(shí),引水隧洞一般采用緩坡布置(俗稱一坡到底)較為合理經(jīng)濟(jì)。這種布置方案,省掉了常規(guī)調(diào)壓室方案下游(比喻落后的地位)引水道上很長(zhǎng)的高壓豎井或斜井,使隧洞埋深增加,更有利于采用不襯砌隧洞,減少隧洞襯砌工程量;同時(shí)調(diào)壓室可以盡量靠近廠房布置,對(duì)水擊波的反射有利,可減少水擊壓力、增加機(jī)組(unit)的穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒有變動(dòng))性,對(duì)電站運(yùn)行有利;另一方面,隧洞縱坡基本可和沿河公路一致,大大縮短了常規(guī)調(diào)壓室方案因施工調(diào)壓室和低壓段隧洞所需的上山公路,極大程度減輕甚至避免了對(duì)環(huán)境破壞(vandalism)的不利影響,使一些制約水電工程建設(shè)的敏感問(wèn)題(Emerson)得到了解決。
但受設(shè)計(jì)(design)經(jīng)驗(yàn)和建設(shè)技術(shù)的限制,以及考慮到圍巖質(zhì)量、地應(yīng)力條件、施工交通條件等方面的要求,也不乏采用緩坡段隧洞及其后接壓力斜井或豎井的布置方式,特別是在一個(gè)國(guó)家(country)早期建設(shè)的高水頭電站時(shí)。
自一里水電站為四川涪江支流火溪河的第2個(gè)梯級(jí)電站,位于水牛家水電站下游,約10 km引水隧洞和地下廠房位于火溪河右岸。電站裝機(jī)2臺(tái),總裝機(jī)容量130MW.電站最大水頭47
4. 14m ,最小水頭43
9. 95 m ,最大發(fā)電引用流量3
3. 16 m 3 s.
自一里氣墊式調(diào)壓室為中國(guó)第1個(gè)研究應(yīng)用的氣墊式調(diào)壓室,考慮到引水隧洞若采用“一坡到底”的布置方式,隧洞80%左右為高壓洞段,相應(yīng)的氣墊式調(diào)壓室最大氣壓將超過(guò)500 m ,另外,長(zhǎng)高壓隧洞沿線地質(zhì)情況不明朗,施工和將來(lái)電站運(yùn)行中不可預(yù)見的因素較多,且工程工期緊張,各施工支洞不宜做大的調(diào)整。因此從穩(wěn)妥的角度出發(fā),自一里氣墊式調(diào)壓室方案的引水隧洞未采用“一坡到底”的布置方式,而是采用在氣墊式調(diào)壓室前采用豎井集中壓低洞線,在上平段和下平段之間的中平段上設(shè)置氣墊式調(diào)壓室。引水隧洞低壓段總長(zhǎng)約8 600 m ,總高差約40 m ,隧洞平均縱坡約0. 45% ,調(diào)壓室前的一級(jí)豎井高度約260 m ,下游二級(jí)豎井的高差約150 m ,下平段靜水頭約484 m ,氣墊式調(diào)壓室和引水隧洞中平段連接處的靜水頭約337 m.
Sim a水電站氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì)于1973年,電站最大毛水頭1 152 m ,考慮到當(dāng)時(shí)氣墊式調(diào)壓室的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),引水隧洞沒有采用平均坡度1∶9的一坡到底,氣室處水頭達(dá)780m的布置方案。實(shí)際采用的方案為1∶14的緩坡引水隧洞加近600 m水頭的高壓斜井布置方案,氣墊式調(diào)壓室布置在緩坡引水隧洞的左側(cè)上方,氣墊室處水頭約490 m ,距離水輪機(jī)距離約1 300 m.Kvilldal水電站第1臺(tái)機(jī)組(unit)1981年12月投入運(yùn)行,也是采用了氣墊式調(diào)壓室設(shè)置于緩坡隧洞段,其后接4條高差約90 m的壓力斜井布置方案。
U lset水電站1985年2月投入運(yùn)行,氣墊式調(diào)壓室設(shè)置在5‰的緩坡段上,調(diào)壓室后262m處接高差70 m的壓力斜井。其他設(shè)置氣墊式調(diào)壓室的電站,引水隧洞均采用緩坡布置方案,典型的布置有Jukl
A、O ksl
A、O s
A、Torp
A、小天都、木座等水電站。小天都水電站位于四川康定縣境內(nèi)的瓦斯河上,其上游為木格措風(fēng)景區(qū), 318國(guó)道沿河通過(guò),引水發(fā)電系統(tǒng)均位于瓦斯河右岸,地下廠房?jī)?nèi)裝機(jī)3臺(tái),總裝機(jī)容量240MW ,電站設(shè)計(jì)毛水頭39
2. 5 m ,電站最大發(fā)電引用流量7
7. 7 m 3 s.
引水隧洞采用平均縱坡為
5. 6%的“一坡到底”布置型式,并在水輪機(jī)上游490 m左右處設(shè)連接管和氣墊式調(diào)壓室相聯(lián)引水隧洞總長(zhǎng)約6 182m , 100~450 m水頭的洞段約占5 000 m ,壓力隧洞水平埋深一般500~800 m ,垂直埋深一般300~750 m ,滿足挪威準(zhǔn)則對(duì)不襯砌隧洞要求的覆蓋(Cover)厚度,絕大部分洞段采用不襯砌結(jié)構(gòu)或噴錨結(jié)構(gòu)。
調(diào)壓室氣墊式圍巖為斜長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖,以類圍巖為主,其水平埋深450~500 m ,垂直埋深435~500 m ,水力致裂法實(shí)測(cè)巖體最小主地應(yīng)力
7. 88~
10. 12M Pa,大于調(diào)壓室內(nèi)最大氣壓。
調(diào)壓室選擇避開了2個(gè)裂隙和擠壓破碎帶發(fā)育的斜長(zhǎng)花崗巖與閃長(zhǎng)巖接觸帶,距離接觸帶的最近距離約200 m.氣墊式調(diào)壓室位于引水隧洞右側(cè),設(shè)計(jì)尺寸為156 m×
9. 6 m×
15. 5 m
?。ㄩL(zhǎng)×寬×高) ,氣室內(nèi)水墊深3 m ,氣室與引水隧洞采用豎井連接,氣室頂部設(shè)置有寬8 m的城門洞型水幕室,底板高出氣室頂拱15 m ,水幕壓力
4. 25M Pa,水幕孔深35~60 m.
氣墊式調(diào)壓室的設(shè)計(jì)氣體壓力
3. 75M Pa,最大氣壓
4. 35M Pa,最小氣壓
3. 35M Pa,設(shè)計(jì)氣體體積18 048 m 3。木座水電站為四川涪江支流火溪河的第3個(gè)梯級(jí)電站,位于自一里水電站下游(比喻落后的地位),約12 km的引水隧洞和地下廠房位于火溪河左岸。電站裝機(jī)2臺(tái),總裝機(jī)容量100MW.電站最大水頭28
9. 01m ,最小水頭26
1. 75 m ,額定水頭26
2. 7 m ,最大發(fā)電引用流量4
3. 02 m 3 s.
其引水隧洞采用縱坡為
1. 5%~
5. 5%的“緩坡到底”布置型式,氣墊式調(diào)壓室距離水輪機(jī)約300 m左右,圍巖為凝灰質(zhì)黑云母變粒巖,飽和抗壓強(qiáng)度大于100M Pa.設(shè)計(jì)初擬氣墊式調(diào)壓室位置的設(shè)計(jì)氣壓為2190 M Pa,最大氣體(gas)壓力
3. 63M Pa,水力致裂法實(shí)測(cè)巖體最小主應(yīng)力б3 =
5. 37M Pa,氣墊式調(diào)壓室圍巖以類為主,其最小埋深約250 m ,滿足挪威準(zhǔn)則要求。由于初擬的氣墊式調(diào)壓室位置緊挨著上游的擠壓破碎帶J1,專題審查要求根據(jù)施工開挖后揭露的地質(zhì)條件,對(duì)調(diào)壓室的位置和軸線進(jìn)行必要調(diào)整。
3氣墊式調(diào)壓室交通檢修洞、空壓機(jī)(compressor)室等附屬洞室的布置氣墊式調(diào)壓室位置(position )確定之后,調(diào)壓室施工交通洞、檢修洞、空壓機(jī)室、堵頭位置的布置合理與否,水幕室的布置合理與否,關(guān)系到氣墊式調(diào)壓室的成敗,中國(guó)剛開始修建氣墊式調(diào)壓室時(shí),對(duì)此方面認(rèn)識(shí)不足,這已被后來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐所證明。盡管挪威專家沒有關(guān)于附屬洞室及水幕室布置設(shè)計(jì)方面的理論和經(jīng)驗(yàn)介紹,他們給自一里咨詢時(shí),也未重視這方面的問(wèn)題,這可能與受邀專家不一定是親身參與挪威氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì)或者說(shuō)是對(duì)布置設(shè)計(jì)沒有深刻研究的專家有關(guān)。挪威的氣墊式調(diào)壓室布置設(shè)計(jì)遵循了正確的理念,盡管這些理念沒有被總結(jié)出來(lái),但它貫穿于挪威已建的8個(gè)氣墊式調(diào)壓室中。
O ksla水電站,氣墊式調(diào)壓室最大靜水氣墊壓力為
4. 4M Pa,氣室布置在引水隧洞右側(cè),交通(traffic)洞和空壓機(jī)室布置在隧洞的左側(cè),交通洞和引水隧洞連接處采用帶伸縮節(jié)的敞式鋼管封堵,僅有的附屬洞室交通洞,其臨空面距離氣室的最小距離大于100 m.
B rattset水電站,氣墊式調(diào)壓室最大靜水氣墊壓力為
2. 5M Pa,氣室布置在引水隧洞左側(cè),交通洞和空壓機(jī)室布置在隧洞的右側(cè),交通洞和引水隧洞連接處采用裝門的混凝土塞封堵,僅有的附屬洞室交通洞,其臨空面距離氣室的最小距離大于150 m.
U lset氣墊式調(diào)壓室最大氣墊壓力
2. 8M Pa,其施工(construction)交通洞、檢修洞、觀測(cè)洞均采用距氣室下游260 m遠(yuǎn)的A號(hào)橫洞,運(yùn)行期用鋼閘門封閉。Kvilldal水電站,氣墊式調(diào)壓室最大氣墊壓力
4. 1M Pa,后期補(bǔ)做的水幕最大設(shè)計(jì)壓力
5. 1M Pa,氣室布置于引水隧洞左側(cè),周圍300余m范圍內(nèi)沒有其他附屬洞室及臨空面,施工期運(yùn)輸交通洞進(jìn)口(import)和空壓機(jī)室位于最后一個(gè)壓力(pressure)岔管的下游側(cè)。
Torpa水電站,氣墊式調(diào)壓室最大氣墊壓力414 M Pa,水幕最大設(shè)計(jì)壓力
4. 9M Pa,氣室布置于引水隧洞左側(cè),周圍200 m左右范圍內(nèi)沒有其他附屬洞室及臨空面,唯一的一個(gè)附屬洞室施工期運(yùn)輸交通洞位于隧洞的左側(cè),空壓機(jī)室布置于堵頭外的交通洞內(nèi)。
總結(jié)挪威氣墊式調(diào)壓室的布置經(jīng)驗(yàn),主要有以下3點(diǎn):一是附屬洞室盡量的少,且洞室的臨空面距離氣室盡量的遠(yuǎn);二是氣室和交通洞、空壓機(jī)室等洞室盡量分開布置于隧洞的兩側(cè);三是氣室至臨空面的水力梯度或氣壓梯度一般在1~5之間。水力梯度取決于巖體的完整性和透水性,附屬洞室的布置應(yīng)能盡量降低巖體間的水力梯度,以減少漏氣和漏水量;附屬洞室和氣室分開布置于引水隧洞兩側(cè),則由于隧洞本身高壓水的阻隔,抬高了氣室周圍的地下水位,阻擋了氣室內(nèi)氣體向臨空面的滲漏。
比較中國(guó)自一里和小天都的氣墊式調(diào)壓室設(shè)計(jì),自一里氣墊式調(diào)壓室周圍有隧洞交通支洞、水幕室交通洞、氣墊式交通洞、地勘探洞等多個(gè)臨空面,且均位于隧洞的左側(cè),水幕孔的最短滲徑僅約30 m ,氣室的最短滲徑僅40多m ,相對(duì)于其
3. 23 M Pa設(shè)計(jì)氣體壓力和
3. 73M Pa水幕的設(shè)計(jì)壓力,水力梯度顯然難以滿足要求,在初期運(yùn)行時(shí),出現(xiàn)大量漏水、漏氣現(xiàn)象是必然的。在補(bǔ)強(qiáng)方案的咨詢時(shí),提出了加大幾個(gè)交通通道的混凝土(Concrete)襯砌和固結(jié)灌漿(guàn jiāng)范圍,并加深高壓固結(jié)灌漿深度至8~10 m ,襯砌范圍按實(shí)際滲徑不小于100 m控制,以盡量使水幕孔周邊區(qū)域,在穩(wěn)定滲流期,維持較高的地下水位的建議。
小天都工程的附屬洞室布置,存在和自一里相類似的問(wèn)題,具體的布置設(shè)計(jì)尚需要等待實(shí)際運(yùn)行的考驗(yàn)。
4氣室形狀與水幕布置設(shè)計(jì)氣室的形狀有條形和回型、V型等布置型式,這主要取決于氣墊洞室的規(guī)模和地質(zhì)條件,以有利于減少滲漏和洞室穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒有變動(dòng))為原則條形氣墊式的軸線一般和隧洞成斜交。除Kvilldal和Torpa氣墊式調(diào)壓室外,國(guó)內(nèi)外的氣墊式調(diào)壓室多采用條形布置。水幕的布置設(shè)計(jì), Kvillda
L、Tafjord是后期改建的,無(wú)專門的水幕室,通過(guò)鋼管將高壓水注入到氣室的周邊巖體內(nèi)形成水幕, Torpa氣墊式調(diào)壓室是第一個(gè)設(shè)計(jì)中就考慮采用水幕的工程,水幕室設(shè)計(jì)在回型氣室中間的上部,為一直徑5~6 m的穹頂桶狀體,水幕廊道底板高出氣墊頂部10 m ,水幕室和氣室之間用混凝土塞封堵,水幕的范圍覆蓋了整個(gè)調(diào)壓室頂部以及邊墻。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件,空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后,要更換濾芯,在多灰塵地區(qū),則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī),檢查壓縮機(jī)所有部件,排除壓縮機(jī)所有故障。
中國(guó)有關(guān)工程的水幕室布置設(shè)計(jì)和Torpa完全不同,采用和氣墊式平行的水幕廊道,其體積空間較大,水幕室充水時(shí),在氣墊式和水幕室壓力差較大時(shí),兩者之間的巖體容易被擊穿,其結(jié)構(gòu)上存在不利的一面,值得今后進(jìn)一步研究改進(jìn), Torpa的水幕室布置是值得借鑒的主要型式。
5幾點(diǎn)體會(huì)(1)氣墊式調(diào)壓室位置選擇及附屬洞室、水幕室等的布置設(shè)計(jì),是關(guān)系氣墊式調(diào)壓室成功與否的關(guān)鍵。
?。?)最小主地應(yīng)力應(yīng)按大于最大動(dòng)水壓力(pressure)或動(dòng)態(tài)氣體壓力,并留有
1. 4~
1. 6倍的安全系數(shù)過(guò)于保守,最小主應(yīng)力應(yīng)大于最大動(dòng)水壓力或不小于
1. 2的最大靜水壓力。
?。?)氣室外圍應(yīng)至少有50~100 m厚度的完整巖體,特別是在50 m以內(nèi)范圍內(nèi),不宜有較大的斷層、節(jié)理破碎帶等不利構(gòu)造,以封閉漏氣和漏水。
(4)提高氣墊式調(diào)壓室圍巖的防滲標(biāo)準(zhǔn),灌漿后的圍巖透水率應(yīng)至少不大于0. 1 L u.
?。?)采用氣墊式調(diào)壓室方案的引水隧洞,應(yīng)盡量采用“緩坡到底”的布置型式。
?。?)應(yīng)盡量減少附屬洞室的數(shù)量,且洞室的臨空面距離氣墊式應(yīng)盡量的遠(yuǎn),氣墊式至臨空面的水力梯度或氣壓梯度宜小于5,最好小于3;氣墊式調(diào)壓室和交通洞、空壓機(jī)(compressor)室等洞室盡量分開布置于隧洞的兩側(cè)。
?。?)應(yīng)盡量減少水幕室的空間體積,避免水幕室和氣墊式之間巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生不利后果