注冊土木工程師水利水電工程專業(yè)案例水電站建筑物學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1注冊土木工程注冊土木工程(tm gngchng)師水利師水利水電工程專業(yè)案例水電工程專業(yè)案例 水電站建筑物水電站建筑物第一頁，共60頁。6.4 6.4 調(diào)壓井調(diào)壓井了解調(diào)壓井選型基本要求。了解調(diào)壓井選型基本要求。6.5 6.5 邊坡處理邊坡處理掌握邊坡工程掌握邊坡工程(gngchng)(gngchng)處理設(shè)計。處理設(shè)計。第六章 水電站建筑物第1頁/共60頁第二頁，共60頁。一、水電站廠房一、水電站廠房(chngfng)(chngfng)的組的組成成（1 1）主廠房）主廠房(chngfng)(chngfng)（3 3）主變壓器場（2 2）副廠房（4 4）開關(guān)站從設(shè)備布置、運行要求的空間

2、可分為：第2頁/共60頁第三頁，共60頁。二、水電站廠房二、水電站廠房(chngfng)(chngfng)型式型式 水電站廠房按結(jié)構(gòu)及布置特點可分為地面式（包括河床式、壩后式、岸邊式）、地下式（包括地下式、半地下式、窯洞(yodng)式）、壩內(nèi)式、廠頂溢流式等型式。第3頁/共60頁第四頁，共60頁。（一）地面式廠房(chngfng)（1）河床式廠房(chngfng)（2）壩后式廠房(chngfng)（3）岸邊式廠房(chngfng)（二）地下(dxi)式廠房（1）地下(dxi)式廠房（2）窯洞式廠房（三）其他(qt)型式廠房（1）壩內(nèi)式廠房（2）廠頂溢流式廠房第4頁/共60頁第五頁，共60頁。

3、地地 下下 廠廠 房房第5頁/共60頁第六頁，共60頁。三、地面廠房三、地面廠房(chngfng)(chngfng)廠區(qū)布置廠區(qū)布置（一）廠區(qū)布置原則 （1）合理布置主廠房、副廠房、主變壓器場地、開關(guān)站、高低壓引出(yn ch)線、進廠交通、發(fā)電引水及尾水建筑物等，使電站運行安全、管理和維護方便。 （2）妥善解決廠房和其它建筑物（包括泄洪、排沙、通航、過竹木和過魚等）布置及運用的相互協(xié)調(diào)，避免干擾，保證電站安全和正常運行。 （3）考慮廠區(qū)消防、排水及檢修的必要條件。 （4）綜合考慮施工程序、施工導(dǎo)流及首批機組發(fā)電投運的工期要求，優(yōu)化各建筑物的布置。第6頁/共60頁第七頁，共60頁。（二） 壩后

4、式廠房(chngfng)的廠區(qū)布置（三）岸邊式廠房(chngfng)的廠區(qū)布置（四）尾水渠布置（五）主變壓器布置（六）開關(guān)站布置第7頁/共60頁第八頁，共60頁。四、主廠房主要尺寸(ch cun)的確定（一）主長房長度的確定（1）機組(jz)間距L1（二）主廠房寬度的確定（三）主廠房高度的確定1）水輪機吸出高度Hs第8頁/共60頁第九頁，共60頁。五、廠房內(nèi)部(nib)布置（一）發(fā)電機層布置（二）安裝間布置（三）水輪機層布置（四）蝸殼層及蝴蝶閥的布置（五）檢查(jinch)（排水）廊道及水泵室的布置（六）副廠房布置第9頁/共60頁第十頁，共60頁。六、廠房(chngfng)結(jié)構(gòu)布置（一）伸縮縫

5、布置（二）廠房水下(shu xi)結(jié)構(gòu)布置（三）廠房水上結(jié)構(gòu)布置第10頁/共60頁第十一頁，共60頁。七、地面廠房整體(zhngt)穩(wěn)定分析及地基應(yīng)力計算（一）荷載組合（二）荷載（三）整體穩(wěn)定及地基(dj)應(yīng)力計算（四）地面廠房的基礎(chǔ)處理第11頁/共60頁第十二頁，共60頁。八、地面(dmin)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）一般規(guī)定（二）尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計（三）水輪發(fā)電機機墩設(shè)計（四）蝸殼(w k)設(shè)計（五）水電站廠房吊車梁設(shè)計（六）水電站廠房排架設(shè)計第12頁/共60頁第十三頁，共60頁。九、燈泡貫流式機組(jz)廠房設(shè)計（一）廠區(qū)布置(bzh)（二）廠房布置(bzh)（三）廠房結(jié)構(gòu)計算第13頁/共60頁第十

6、四頁，共60頁。十、水電站地下廠房(chngfng)設(shè)計（一）地下廠房布置特點(tdin)（1）首部式開發(fā)布置（2）中部式開發(fā)布置（3）尾部式開發(fā)布置（4）半地下式及窯洞式廠房布置的特點(tdin)第14頁/共60頁第十五頁，共60頁。（二）地下廠房樞紐布置(bzh)1 . 廠房位置選擇 廠房位置的選擇原則2) 廠房埋置深度3) 洞口的選擇4) 洞室間巖體厚度第15頁/共60頁第十六頁，共60頁。2 . 廠房縱軸線方向(fngxing)的選擇1）洞室縱軸線走向，宜與圍巖的主要構(gòu)造弱面斷層、節(jié)理、裂隙、層面等呈較大夾角。同時，應(yīng)注意次要構(gòu)造面對洞室穩(wěn)定的不利影響。2）對于深埋的地下洞室，地應(yīng)力往

7、往較大，此時洞室縱軸線走向不僅要考慮與構(gòu)造弱面的夾角，還應(yīng)考慮與地層主應(yīng)力的關(guān)系。3）洞室縱軸線走向還要考慮與上下游水道及調(diào)壓室位置等因素，避免水道過多轉(zhuǎn)彎甚至延長。第16頁/共60頁第十七頁，共60頁。3 . 主、副廠房內(nèi)部布置主廠房主機間的控制尺寸(ch cun)主閥布置副廠房布置安裝間布置第17頁/共60頁第十八頁，共60頁。4 .主變壓器和開關(guān)站的布置變電站布置在地面(dmin)主閥布置主變壓器布置在地下，開關(guān)站布置在地面(dmin)主變壓器及開關(guān)站都布置在地下主變壓器布置在地下的型式第18頁/共60頁第十九頁，共60頁。5 .尾水布置尾水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足SL266-2001水電站廠房設(shè)

8、計規(guī)范的有關(guān)要求。抽水(chu shu)蓄能電站的尾水洞一般較長，常用多機一洞布置，各機組后面設(shè)尾水閘門或閥門。第19頁/共60頁第二十頁，共60頁。6 .其它附屬洞室的布置附屬通道布置交通運輸洞的布置豎井(shjng)布置出線洞安全交通道排水廊道第20頁/共60頁第二十一頁，共60頁。7 .通風(fēng)、防潮和排水布置地下廠房通風(fēng)系統(tǒng)的布置應(yīng)遵循的原則地下廠房、主變壓器室及高壓開關(guān)站等洞室(dn sh)的防滲、排水、防潮措施，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和工程布置情況確定。第21頁/共60頁第二十二頁，共60頁。（三）地下廠房洞室圍巖穩(wěn)定（三）地下廠房洞室圍巖穩(wěn)定(wndng)(wndng)分析分析1

9、.圍巖地質(zhì)條件2 .地下(dxi)洞室形狀3 .地下(dxi)洞室尺寸4 .地下(dxi)洞群間距5 .地下(dxi)洞室開挖與臨時支護6 .圍巖穩(wěn)定分析7 .地下(dxi)洞室支護第22頁/共60頁第二十三頁，共60頁。（四）巖壁吊車(dioch)梁設(shè)計(1) 地下廠房中除可采用常規(guī)的吊車梁、柱外，還可根據(jù)(gnj)具體條件選用能縮小廠房開挖跨度的吊車梁。 (2) 巖壁式、巖臺式吊車梁的設(shè)計與施工應(yīng)滿足的要求。第23頁/共60頁第二十四頁，共60頁。一、進水口類型及結(jié)構(gòu)(jigu)布置1 .壩式進水口2 .河床(hchung)式進水口3 .岸塔式進水口（一） 進水口類型4 . 豎井式進水口5

10、 .岸坡式進水口6 .開敞式進水口7 .塔式進水口第24頁/共60頁第二十五頁，共60頁。 （二）進水口布置 在各級水位下，進水口應(yīng)水流平順、流態(tài)平穩(wěn)、進流勻稱和盡量減少水頭損失，并按運行需要引進所需流量或中斷進水。進水口應(yīng)避免產(chǎn)生貫通式漏斗(ludu)漩渦。否則，應(yīng)采取消渦措施。進水口所需的設(shè)備應(yīng)齊全，閘門和啟閉機應(yīng)操縱靈活可靠，充水、通氣和交通設(shè)施應(yīng)暢通無阻。多泥沙河流上的進水口，應(yīng)設(shè)置有效的防沙措施，防止泥沙淤堵進水口，避免推移質(zhì)進入引水系統(tǒng)。多污物河流上的進水口，應(yīng)設(shè)置有效的導(dǎo)污、排污和清污措施，防止大量污物匯集于進水口前緣堵塞攔污柵，影響電站運行。第25頁/共60頁第二十六頁，共60

11、頁。 （三）進水口防沙、防污、防冰 1 . 防沙 2 .防污 3 .防冰第26頁/共60頁第二十七頁，共60頁。二、進水口水力二、進水口水力(shul)(shul)計算計算 水電站進水口的水力計算應(yīng)根據(jù)進水口水電站進水口的水力計算應(yīng)根據(jù)進水口型式進行相應(yīng)的水力計算，計算內(nèi)容包括：各式型式進行相應(yīng)的水力計算，計算內(nèi)容包括：各式進水口的水頭損失進水口的水頭損失(snsh)(snsh)；開敞式進水口的引；開敞式進水口的引水流量；有壓進水口的通氣面積；有壓進水口的水流量；有壓進水口的通氣面積；有壓進水口的管道充水時間；豎井式進水口豎井上游管道的水管道充水時間；豎井式進水口豎井上游管道的水錘壓力。錘壓力

12、。第27頁/共60頁第二十八頁，共60頁。（一）水頭損失(snsh)計算（1）有壓進水口喇叭段最小斷面水頭損失(snsh)（2）攔污柵損失(snsh)（3）閘門槽水頭損失(snsh)（4）漸變段（矩形斷面變圓）水頭損失(snsh)（5）沿程損失(snsh)第28頁/共60頁第二十九頁，共60頁。（二）有壓進水口的最小淹沒深度（1）從防止產(chǎn)生貫通式漏斗漩渦考慮，建議按戈登公式估算( sun)。（2）從防止產(chǎn)生負壓考慮，建議按式（6.2.2-8）估算( sun)。（三）開敞式進水口流量開敞式進水口流量按式(6.2.2-9)計算。第29頁/共60頁第三十頁，共60頁。三、三、進水口結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）開敞

13、式進水口布置及孔口尺寸擬定 1 .開敞式進水口布置 從防沙考慮，應(yīng)充分利用河流彎道的環(huán)流作用，將進水口設(shè)在凹岸，引進河流表層清水，將底沙挾帶到凸岸，以減輕(jinqng)泥沙對進水口的威脅，減少入渠泥沙，同時避免回流引起漂浮物的堆積。進水口位置應(yīng)設(shè)在彎道頂點以下水最深、單寬流量最大、環(huán)流作用最強的地方。這個地點距彎道起點的距離L可由式(6.2.3-1)初步確定。第30頁/共60頁第三十一頁，共60頁。2 .開敞式進水口的尺寸(ch cun)擬定1)進水口底板頂面高程2）開敞式進水口孔口尺寸(ch cun)第31頁/共60頁第三十二頁，共60頁。（二）深式進水口高程選擇及尺寸(ch cun)擬定

14、 1 .深式進水口高程選擇時需考慮的因素 1）進水口頂部高程應(yīng)在水電站運行中可能出現(xiàn)的最低水位以下，并有一定的淹沒深度，以免產(chǎn)生漩渦而吸入空氣和漂浮物，引起振動和噪音，減少流量，降低水輪機的出力。2）進口底板高程必須在水庫設(shè)計淤沙高程以上，以免堵塞進水口。如無法滿足此項要求時，應(yīng)設(shè)置沖沙設(shè)施，保證進口門前不被淤積。3）考慮閘門結(jié)構(gòu)、啟閉設(shè)備及引水道的造價，進口高程應(yīng)盡可能提高。4）進口高程應(yīng)考慮綜合利用要求，如滿足灌溉、漁業(yè)、航運、供水等要求。第32頁/共60頁第三十三頁，共60頁。 2 . 進口高程的選擇1）進口底部高程進口底部高程通常應(yīng)在水庫(shuk)設(shè)計淤沙高程以上0.51.0m。當(dāng)設(shè)

15、有沖沙設(shè)施時，應(yīng)根據(jù)排沙條件決定。2）進口頂部高程 避免進水口前出現(xiàn)吸氣漏斗和漩渦的臨界淹沒深度Sk，Sk可按式(6.2.3-3)計算。 避免壓力管道出現(xiàn)負壓，進口閘門頂部在水庫(shuk)最低水位下的最小安全距離s，可按式(6.2.3-4)計算，第33頁/共60頁第三十四頁，共60頁。 3 .深式進水口尺寸擬定 深式進水口輪廓尺寸擬定時，要保證最優(yōu)的水流條件，減少水頭損失，并滿足(mnz)設(shè)備布置要求。此外，還要簡化結(jié)構(gòu)，便于施工。 1）進口段 2）閘門段 3）漸變段 4）通氣孔 5） 進人孔第34頁/共60頁第三十五頁，共60頁。（三）深孔式進水口的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）進水口應(yīng)進行沿建基面(j

16、min)整體抗滑穩(wěn)定與地基應(yīng)力計算。（2）隧洞式進水口是在河岸巖石中開挖而成的，閘門設(shè)置在開挖豎井之中，故結(jié)構(gòu)設(shè)計時可完全按地下結(jié)構(gòu)（隧洞和豎井）考慮。（3）岸坡式進水口緊靠在山巖之上，因進水口長期浸在水中，進水口背坡的穩(wěn)定性需要充分論證（包括地震力作用）。（4）塔式進水口承受著冰壓力、風(fēng)浪壓力的作用，在地震區(qū)還要承受地震慣性力和地震動水壓力的作用。（5）布置在混凝土重力壩上的壩式進水口，結(jié)構(gòu)計算主要是計算壩體開孔的孔口應(yīng)力和配置孔口的加強鋼筋，以及按空間剛架計算攔污柵支撐結(jié)構(gòu)等。 第35頁/共60頁第三十六頁，共60頁。一、概況(gikung)（一） 壓力鋼管(gnggun)的分類（二）壓力

17、鋼管的附件及其他設(shè)備（三）材料（四）壓力管道設(shè)計原則（五）壓力鋼管設(shè)計的一般步驟第36頁/共60頁第三十七頁，共60頁。二、管線(gunxin)布置（一）壓力(yl)管道根數(shù)確定（二）管道線路（三）壓力(yl)鋼管的經(jīng)濟直徑第37頁/共60頁第三十八頁，共60頁。三、壓力(yl)鋼管選型（一）地下(dxi)埋管與明管的選擇（二）壩內(nèi)埋管與壩后背管的選擇第38頁/共60頁第三十九頁，共60頁。四、水力(shul)計算（一）壓力鋼管的水頭損失（二）水錘(shu chu)計算 壓力鋼管的水力計算包括(boku)鋼管的水頭損失計算和水錘壓力計算。計算成果應(yīng)包括(boku)（1）最高壓力線；（2）最低壓

18、力線；（3）水頭損失。第39頁/共60頁第四十頁，共60頁。五、壓力鋼管(gnggun)構(gòu)造要求（一）管壁厚度（二）焊縫(hn fn)布置（三）消除應(yīng)力要求（四）伸縮節(jié)、預(yù)留環(huán)縫和湊合節(jié)（五）其他要求第40頁/共60頁第四十一頁，共60頁。六、明管（一）布置特點1 . 地形、地質(zhì)條件2 . 事故溢洪道3 . 鎮(zhèn)、支墩（二）結(jié)構(gòu)計算（三）構(gòu)造特點1 . 鎮(zhèn)、支墩2 . 伸縮(shn su)節(jié)3 . 其他要求第41頁/共60頁第四十二頁，共60頁。七、明管（一）布置(bzh)特點（1）地形地質(zhì)條件（2）管線布置(bzh)（3）排水系統(tǒng)（4） 壓力鋼管失穩(wěn)第42頁/共60頁第四十三頁，共60頁。（二

19、）結(jié)構(gòu)計算（1）地下埋管承受內(nèi)水壓力計算原則1）鋼襯與管外混凝土之間以及混凝土與巖石之間有縫隙。2）縫隙的存在，使鋼襯的工作分為兩個(lin )階段。3）認為鋼襯與圍巖之間的混凝土已經(jīng)出現(xiàn)徑向裂縫。4） 認為所有材料（鋼、混凝土和圍巖）都在彈性階段內(nèi)工作，巖石被當(dāng)作各向同性材料。（2）結(jié)構(gòu)分析第43頁/共60頁第四十四頁，共60頁。（三）構(gòu)造特點（1）灌漿 地下埋管灌漿包括回填灌漿、接觸灌漿和固結(jié)灌漿，可在同一孔中分序進行，但在進行固結(jié)灌漿時，必須設(shè)置封堵栓塞。鋼管壁上宜預(yù)留灌漿孔，并在管外焊接補強板。灌漿過程中，應(yīng)進行檢測，防止鋼管發(fā)生失穩(wěn)事故(shg)。灌漿后，全部灌漿孔均應(yīng)嚴密封堵。（2

20、）加勁環(huán)與阻水環(huán)（3）其它要求第44頁/共60頁第四十五頁，共60頁。八、壩內(nèi)埋管（一）布置特點（二）結(jié)構(gòu)分析計算原則與混凝土開裂情況判別（1）結(jié)構(gòu)分析計算原則（2）混凝土開裂情況的判別（三）構(gòu)造特點（1）壩內(nèi)埋管安裝（2）阻水環(huán)（3）接觸(jich)灌漿第45頁/共60頁第四十六頁，共60頁。九、壩后背管（一）布置特點（二）構(gòu)造特點（1）結(jié)構(gòu)(jigu)分析計算原則（2）混凝土開裂情況的判別（三）構(gòu)造特點（1）壩內(nèi)埋管安裝（2）阻水環(huán)（3）接觸灌漿第46頁/共60頁第四十七頁，共60頁。十、岔管（一）岔管的種類與選型（1） 三梁岔管（2）月牙肋岔管（3）球形岔管（4）無梁岔管（5）貼邊(ti

21、 bin)岔管（6）外包鋼筋混凝土岔管（7）鋼筋混凝土岔管第47頁/共60頁第四十八頁，共60頁。（二）布置特點（1）岔管布置原則（2）布置型式(xn sh)（3）管底排水（4）體形參數(shù)（三）構(gòu)造特點 三梁岔管、月牙肋岔管和無梁岔管在錐管與錐管之間、錐管與球殼之間應(yīng)布置虛擬的公切球，使其相貫線成為平面曲線，簡化體型。第48頁/共60頁第四十九頁，共60頁。一、水電站不穩(wěn)定(wndng)工況 當(dāng)水電站的負荷發(fā)生變化時，水輪機的轉(zhuǎn)動力矩與發(fā)電機的阻力矩失去平衡，引起機組轉(zhuǎn)速變化，調(diào)速器為了保持機組轉(zhuǎn)速恒定，必相應(yīng)地改變水輪機的流量，從而在水電站的過水(u shu)系統(tǒng)中引起非恒定流現(xiàn)象。第49頁/

22、共60頁第五十頁，共60頁。（一）水錘(shu chu)及調(diào)節(jié)保證計算的任務(wù)（二）水錘基本(jbn)方程（三）水錘(shu chu)計算（四）減小水錘壓強的措施二、水錘及調(diào)節(jié)保證計算 水錘由流量變化引起，引起流量改變的原因很多，歸納起來有兩類： 第一類：正常運行情況下的負荷變化。 第二類：事故引起的負荷變化。第50頁/共60頁第五十一頁，共60頁。（一）調(diào)壓室的功能(gngnng)三、調(diào)壓室的功能、要求(yoqi)和設(shè)置調(diào)壓室的條件 (1) 由調(diào)壓室自由水面反射水錘波，限制水錘波進入(jnr)引水道，減少壓力管道及水輪機的水錘壓力。 (2) 改善水輪機在負荷變化時的運行條件及系統(tǒng)供電質(zhì)量。第5

23、1頁/共60頁第五十二頁，共60頁。（二）調(diào)壓室的基本(jbn)要求 (1)調(diào)壓室的布置應(yīng)盡量靠近廠房，以縮短壓力水管的長度。 (2)能較充分地反射壓力管道傳來的水錘波。 (3)調(diào)壓室的頂部，應(yīng)滿足(mnz)水庫最高設(shè)計水位當(dāng)電站在瞬時丟棄全部負荷時，水涌入調(diào)壓室所需的容積及高度。 (4)調(diào)壓室的工作必須滿足(mnz)穩(wěn)定條件，即在任何情況下負荷變化時，引水道和調(diào)壓室中水體的波動必須是逐漸衰減的。 (5)結(jié)構(gòu)安全可靠，施工簡單方便，造價經(jīng)濟合理。第52頁/共60頁第五十三頁，共60頁。（三）調(diào)壓室的設(shè)置(shzh)條件（四）調(diào)壓室的基本(jbn)類型 根據(jù)DL/T5058-1996水電站調(diào)壓室

24、設(shè)計規(guī)范設(shè)置調(diào)壓室，應(yīng)在機組調(diào)節(jié)保證計算和運行條件分析的基礎(chǔ)(jch)上，考慮水電站在電力系統(tǒng)中的作用、地形地質(zhì)條件和壓力管道布置等因素，進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。(1) 引水調(diào)壓室(上游調(diào)壓室)(2) 尾水調(diào)壓室(下游調(diào)壓室)(3) 上下游雙調(diào)壓室系統(tǒng)(4) 上游雙調(diào)壓室系統(tǒng)第53頁/共60頁第五十四頁，共60頁。（五）調(diào)壓室的基本(jbn)結(jié)構(gòu)型式 (1) (1)簡單簡單(jindn)(jindn)圓筒式調(diào)壓室。圓筒式調(diào)壓室。(2)(2)阻抗式調(diào)壓室。阻抗式調(diào)壓室。(3)(3)雙室式調(diào)壓室。雙室式調(diào)壓室。(4)(4)溢流式調(diào)壓室。溢流式調(diào)壓室。(5)(5)差動式調(diào)壓室。差動式調(diào)壓室。(6)(6)氣墊式調(diào)壓井。氣墊式調(diào)壓井。第54頁/共60頁第五十五頁，共60頁。（一）調(diào)壓室水力(shul)計算的基本原理四、調(diào)壓室水力(shul)計算 進行調(diào)壓室水力計算(j sun)的目的，主