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岩臂设计特点及调压室要求

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:采用岩塞爆破技术。岩臂应略微做成倾斜,以便传递剪力,减少锚筋受力。挪威曾发生过岩臂吊车梁变位较大,造成卡轨的例子,后来设计的岩臂吊车梁,其轨距可作少量调整。岩臂梁的设计是在开挖完成后按最大断面进行。引水系统水力学及气垫调压室。气垫式调压室对地质条件要求较高,不但不能漏水,还要求不能漏气。

岩臂设计特点及调压室要求

(1)充分利用围岩承载能力。挪威95%以上的压力隧洞是不衬砌的,局部破碎弱软及渗水部位,才用喷锚、灌浆等措施加以处理,很少用混凝土或钢筋混凝土衬砌。压力较高,围岩较薄的隧洞一般用钢板衬砌,亦考虑钢板与围岩联合受力。

挪威水电站水头较高,引用流量不大,从机械施工考虑,隧洞断面较大,洞内流速一般不超过1.5m3/s,由于流速较小,糙率对水头损失影响较小,从这一方面来讲也有条件做不衬砌隧洞。挪威工程师认为支护不必做得过分坚固,即使有个别掉块。在检修时清除掉即可。不会发生什么严重问题。

(2)采用岩塞爆破技术。电站进水口一般设在湖底,通常采用岩塞爆破形成。挪威一共搞过500多次水下岩塞爆破,一般在水下30~40m,最深达105m。因此他们做了不少模型试验及现场观测,积累了不少经验。

由于采用岩塞爆破,隧洞进口段布置成向上游倾斜的倒坡,岩塞布置在进口上部,下部开挖断面局部扩大,使碎石能落在前部,不至于进入流道,影响进流断面。为便于施工,岩塞断面比隧洞断面小很多。有的工程为了扩大进口断面,减小水头损失,进行第二次水下爆破,但在这种条件下施工比较困难,采用的不多。

由于采用岩塞爆破,进水口的布置也形成一些特点,如进口前不设拦污栅,闸门需远离进口采用竖井布置,这可将进口高程布置得比较低,以扩大调节库容。闸门断面较小,主要目的是减小工程量,通常闸门断面只为隧洞断面的0.5倍或更小,因为洞内流速通常为1.5m3/s,即使闸门断面小,流速也不大,对这种长引水隧洞来说,闸门断面的局部水头损失影响不大。由于流速小,加上闸门的行走部分均采用不锈钢,因此只设一道检修闸门,作为检修隧洞时断流之用。

(3)采用岩臂吊车梁。地下电站厂房岩体条件较好时,通常采用岩臂吊车梁,在上部开挖完成后即形成吊车梁。据挪威工程师介绍,在岩体条件比较差的厂房中,还采用一种改进型的岩臂吊车梁,即岩臂梁下面分段布置半柱或全柱,起辅助支承作用,也是随着开挖过程逐渐形成。

岩臂应略微做成倾斜,以便传递剪力,减少锚筋受力。倾角越大,受力情况越好,但顶拱开挖跨度有可能增大,倾角太大,施工时也不易形成,通常这个角度采用α=15°。

梁上面的锚筋为主要受力筋,在较差的岩体中,倾角β大一些对受力较有利。如果这些斜筋打算做成应力的,那么β角应小于岩石的残余摩擦角,否则在预应力作用下,吊车梁有向上滑动的趋势。梁下部比较水平的锚杆是加固岩体用的,一般在承载吊车行重时不予计算。

挪威土工所在几个电站中做过吊车梁现场试验,实测锚筋中应力分布,当岩石较好时,离岩体表面不远的地方,锚筋应力即有很大减小,因此当岩体条件良好时,锚杆并不需要很长。当岩体条件较差时,他们建议离岩石表面较近的锚筋采用无粘结型式,使应力传到较深的岩体中去,减小岩体表面应力。吊车轨道通常在开挖完成、变形稳定后再安装,以防止轨距误差过大。挪威曾发生过岩臂吊车梁变位较大,造成卡轨的例子,后来设计的岩臂吊车梁,其轨距可作少量调整。岩臂梁的设计是在开挖完成后按最大断面进行。

对于岩锚梁的耐久性问题,挪威工程师认为可以通过安全监测,补打锚杆予以加固的方法来解决。(www.xing528.com)

(4)利用主厂房周围已有廊道排水,厂内采用灌浆止水,不设系统排水孔,总的原则是不让水进入主厂房内,只将局部渗水用管道引出排走。有许多较小的渗水,顶部利用吊顶排向两侧,边墙任其自然,不作处理。

(5)堆石坝技术比较先进。挪威高山上土壤不多,因此很少建土坝,混凝土坝也较少。由于石方开挖与运输机械及技术的发展,多修建土石坝,并用冰磕土或沥青混凝土作心墙或斜墙,用天然砂砾或人工碎石作反滤过渡层。

绝大多数堆石坝均建造在岩基上。由于冰川运动将地表松软层均已清除,残留下来特别坚硬的高坎,冰川消退后的一万年来,风化深度不大,地基地质条件一般都比较好,坝基防渗处理工作比较简单,只做一般的灌浆帷幕即可。因挪威地区地震烈度不大,坝基条件较好,堆石坝的坝坡都比较陡,如130m高的堆石坝,上游坝坡为1∶1.6,下游坝坡为1∶1.35。

由于缺少良好的天然土料作堆石坝的防渗体,加之挪威北海发现石油,20世纪70年代后期开始采用沥青混凝土作防渗材料。沥青混凝土厚度较薄,90m高的坝,其底部沥青混凝土厚度只有80cm,顶部则只有50cm。

(6)引水系统水力学及气垫调压室。由于引水隧洞沿线有许多进水口,因此,在机组负荷变化时这些进水口都起到调压室的作用。系统稳定计算十分复杂,不是常规计算方法所能解决的。挪威学者和工程师对过渡过程研究出一整套办法,其数学模型和计算机程序,从水力学到水力机械、电网特性等都可以考虑进去,在世界上处于领先地位。

挪威目前一共有8个气垫式调压室运行,最早一个建于1973年,其中一个发生大量漏气,使电站运行受到限制,其余7个运行情况良好。气垫式调压室中一部分充满水,一部分充满压缩空气。当电站丢弃负荷时,一部分水流进入调压室,水位上升,气体压缩,压力增高,使隧洞内水流减速;当电站增加负荷时,调压室内的一部分水作迅速补给机组,空气体积增大,压力降低,使隧洞内水流加速。气垫式调压室中也存在水位波动问题,因此也有波动稳定问题,需要有一定的稳定断面。

气垫式调压室是利用压缩空气控制调压室内的水位,不像常规调压室那样需将调压室建造至最高涌浪水位以上,因而布置上相当灵活,可以布置在厂房附近,对水击波的反射比较有利,可以减小蜗壳的水击压力,使调节稳定性增加,这对机组的运行是很有利的。因此在引水隧洞布置上往往采用较大坡度的斜洞,虽然高压段长度增加,但由于隧洞埋深较大,利用围岩承载能力,做不衬砌隧洞,其支护工程量并没有增加。

气垫式调压室对地质条件要求较高,不但不能漏水,还要求不能漏气。其设计上需仔细研究,如果压缩空气突然从隧洞中逸出,将会引起事故,需仔细选择水深余幅,准确控制空气体积。气垫式调压室在停机检修重新充水时需向室内充气。由于充气量较大,花时较长(常需4天以上)。另外气垫式调压室的体积比常规的大,本身的挖方量将增加。运行管理单位认为靠几台空压机维持一个电站的正常运行,风险较大。因此近年来挪威水电界也有相当多的工程师不倾向于做气垫式调压室。

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