蒲石河抽水蓄能电站地下厂房洞室排水设计.pdf
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1、规划设计 东北水利水电 2 0 1 4 年第2 期 文章编号】 1 0 o 2 一O 6 2 4 ( 2 O 1 4 ) O 2 一o 0 0 4 一o 3 蒲石河抽水蓄能电站地下厂房洞室排水设计 于 生 波 ( 中水东北勘测设计研究有限责任公司, 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘 要 文章介绍了蒲石河抽水蓄能电站地下厂房排水方案的确定过程及方法, 阐述了地下洞 室渗漏水量的计算方法及机械排水泵容量的选择 , 探讨了地下洞室渗漏排水设计研究的基本思 路。实践证明蒲石河地下厂房洞室群渗漏水量估算与实际基本相符, 排水措施选择是合理的。 关键词 抽水蓄能电站; 地下厂房 ; 排水方案;
2、渗漏水量 中图分类号 T v 7 3 1 6 文献标识码 B 蒲石河抽水蓄能电站, 位于辽宁省宽甸满族 自 治县境内, 距丹东市约 6 0 k m, 该电站是我国东北 在建中的第一座大型纯抽水蓄能电站, 总装机容量 为 1 2 0 0 MW , 单机容量为 3 0 0 Mw , 共 4台机组。 厂房洞室系统是一组空间立体交叉的地下洞 室群 , 以厂房、 主变室及尾闸室为核心。三大洞室从 上游向下游依次平行布置 , 厂房与主变室间岩体厚 度为 2 9 8 m,主变室与尾闸室问岩体厚度为 1 9 9 m。三个洞室的纵轴线方位均为 N W2 7 9 5 0 1 9 ” 。 1 洞 室群 围岩状况 蒲
3、石河抽水蓄能 电站厂房枢 纽区基岩主要 为 混合花岗岩,局部穿插有闪长玢岩岩脉。岩石新 鲜、 坚硬, 上覆岩体较厚。虽有 4 0 余条断层破碎带 分布 , 但宽度较小, 倾角较陡, 多分布于厂房枢纽 区的东西两侧, 走向多与厂轴交角较大。 岩石节理 一 般不发育 , 多以陡倾角为主 , 其主要节理走 向与 厂轴交角亦较大, 多呈微张或钙质胶结。 从整体看, 厂房枢纽地段岩体尚完整, 以块状 砌体结构为主, 该区岩体地应力属中等状态, 且其 最大水平主应力方向与厂轴近平行,厂房枢纽地 段多以类围岩为主, 约占8 0 左右, 类围岩约 占2 0 。 类围岩的纵波速多为 4 0 0 0 5 0 0
4、0 m s , 其中个别地段达到 = 5 5 0 0 5 9 0 0 m s ,类围 岩纵波速多为 3 2 5 0 4 0 0 0 m s 。 厂房区地下水主要为赋存于基岩裂隙及断层 破碎带内的裂隙水。地下水位埋深约 4 0 5 5 m, 高 出厂房顶拱约 1 9 0 1 9 5 m。据钻孔压水试验资料, d 厂房区岩石透水性微弱,其透水率多小于 O 0 1 1 ( m i n mm ) 。 仅在厂房枢纽区西半部沿 断层破碎 带、 J 、 J 号节理和上游支洞 F 14 , 断层破碎带及 岩脉渗水量较大, 约 1 0 2 4 L min 。 2 地下洞室群围岩渗漏水量研究 国内外大型地下洞室群
5、 , 如大朝山、 小湾、 二 滩、 百色、 三板溪、 水布垭、 天生桥等 , 均做了较深 入的以渗流有限元方法为主的数值计算。针对蒲 石河工程 , 地下洞室围岩渗漏水量研究采用“ 大井 法” 和三维数值计算相结合的方式。 2 1 “ 大井法” 计算 地下水渗漏量估算采用“ 大井法” , 利用潜水 裘布依公式进行估算。 Q 业 0 式中: p 洞室渗水量, m 3 d ; K 含水层渗透 系数, m d ) ; 日 含水层厚度 m, 取 2 3 5 m; s 水位降深 m, 取 2 3 5 m; R 影响半径 m, 取 1 5 0 m; 一基坑假定半径 m, 取X o = 5 0 6 5 m。
6、岩体渗透系数: 采用钻孔压水试验结果进行 换算, 换算公式采用 水利水 电工程钻孔压水试验 规程 附录 C之霍斯列夫公式,即: h 式中: 岩体渗透系数 , m d ; p 压水试验 流量 , m 3 d ; 日 压水试验水头 ,m; 试验 段长度 , m; 试验孔半径, m。 2 0 1 4年第 2 期 东北水利水电 规划设计 计算 按平均值取 0 0 3 7 5 m d , 估算地下渗 水量为 Q = 2 5 o m3 h ( 即 6 0 0 0 m3 d) 。 2 2三维渗流数值计算 各向异性、 非均质的连续介质, 服从达西定律 的稳定渗流问题: 砉 誓) + 专( 等) + 砉 誓 在
7、 内 H y , z ) I S l = f ( x , z ) H( x , z ) I S , + S 4 = Z ( x , k x 婴c o ( ) + 。 。 乃 ( ) + k x c 0 ( n , ) = g 式 中 : 水头 函数 ; k x k y k z 趴 主方 向 的渗透系数 ,坐标轴方向与渗透主方向一致 ; 渗流区域 ; S 已知水头值的边界 曲面 ; S 广给定流量边界 曲面 ; Js 广浸润面 ; S 逸 出段 ; g 边界 上 的单位 面积 流量 , q = 0表示 为 无流量交换边界; n 边界的外法线方向。 根据变分原理 ,上述定 解问题 的求 解等价 于
8、 求下列函数 的极值问题。即 : 们 : 手 ) ( ) (等 ) 舭 m in H( x , ) , y , z ) 把所研究 区域进行离散化 , 建立插 值 函数 , 采 用多种类型的等参数单元 ,最后形成求解各节点 水头值的线性代数方程组 ,对于 个未知水头节 点共有 个方程, 用矩阵表示为: H = F 其中, 为未知水头节点的列 向量, K 为渗透 矩阵, F 为右端项。 利用上述渗流计算原理及方法,对所研究的 渗流区域进行渗流数值模拟研究。根据蒲石河 电 站工程枢纽的地形、 地质、 水文、 气象等实际情况, 建立两个三维有限元计算分析的渗流模型,一个 是可以模拟从上库进出水口到下库
9、进出水口整个 地下洞室群大范围的完整渗流场模型( “ 大模 型” ) ,另一个是可详细模拟地下厂房系统结构和 渗控工程措施的地下洞室群的精细模型 ( “ 小模 型” ) , 同时建立两类模型的转换关系。大模型主要 用于进行地下厂房区水文地质参数的反演,并为 小模型各方案的计算提供较为合理的边界条件 ; 小模型上下游边界取厂房上游边墙到尾闸室下游 边墙距离的 5倍左右;竖直方向上部取到地下水 面, 下部和两侧边界基本与大模型一致 , 主要用于 进行地下群的渗流场计算分析。 地下洞室群的三维渗流有限元计算分析的计 算结果见表 1 , 在地下洞室群的上方地下水面形成 一 个漏斗状低凹区, 低凹区接近
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