深圳抽水蓄能电站地下厂房排水方案设计探讨.pdf
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1、 第 7期 2 0 1 4年 7月 广东水利水 电 GUANGDONG WATER RES OURCES AND HYDROPOW ER No 7 J u 1 2 0 1 4 深圳抽水蓄能电站地下厂房排水方案设计探讨 何 平 ( 广 东省水利 电力勘测设计研究院,广 东 广州 5 1 0 6 3 5 ) 摘要 :深圳抽 水蓄能电站安装高程为 一 5 0 0 m,集水廊道底板 高程为 一1 9 5 m,均在海 平面 以下 ,不具备 自流排 水的 条件 ,因此地下厂房场 内排 水只能通过水 泵动 力排 水。深 蓄 电站 下库 为一级 饮 用水源 ,对 水质要 求很 高 ,通过 比较 分 析,推荐采
2、用清污分排的排水方案,避免了厂房排水对下库水体污染,同时达到了水资源的有效回收利用的效果,符合 节能环保的设计理念,对同类型地下工程的排水设计具有参考价值。 关键词 : 地 下厂房 ;排水设计 ;清污分排 中图分类号:T V 7 3 1 6 文献标志码:B 文章编号:1 0 0 8一 叭1 2 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 3 1 0 6 1工 程概 况 深圳抽水蓄能电站( 以下简称深蓄电站 ) 位 于深圳 市东北部 ,距深圳市 中心约 2 0 k m,电站总装机容量 为 1 2 0 0 MW,枢纽工程由上库 、下库 、输水系统、厂 房系统等部分组成。 上库位于小 -N盆地 ,设 1
3、座主坝及 5座副 坝; 正常蓄水位为 5 2 6 8 1 m,死水位为 5 0 2 0 m,工作水 深为 2 4 8 1 m,水库调节库容为 8 2 5 2 4万 m 。下库利 用现有的铜锣径水库扩容改建而成 ,具有供水和抽水 蓄能双重功能 ,设有 1座主坝、3座 副坝 、开敞式溢 洪道和放空底孔。下水库扩建后正常蓄水位为 8 0 0 m, 死水 位 为 6 0 0 m,工 作 水头 为 2 0 m,调节 库 容 为 1 6 2 5 2 4万 m 。上、下库落差约为 4 4 5 m。 输水系统包括上 、下库进出水 口、输水隧洞及上 、 下游调压井等建筑物。电站布置采用 1洞 4机 、发电 厂房
4、在输水系统中部偏尾部的开发方式 。 厂房系统由深埋式地下 厂房 、主变洞 、尾水闸门 室、母线洞、高压电缆洞和地面开关站等组成。地下 厂房内安装 4台单机容量为 3 0 0 MW 的可逆式水泵水 轮机 一发电电动机组。电站最高水头为 4 6 4 8 3 m,最 低水头为 4 0 8 6 1 r n 。地下厂房机组安装高程 ( 蜗壳 中 心线高程) 为 一 5 0 m,尾水管底板高程为 一1 6 0 m, 管道廊道底板高程为 一1 7 0 m,集水 廊道底板高程为 一 1 9 5 m,远低 于 站址周 边 的地面 高程在 海 平面 以 下 ,因此地下厂房的渗漏排水、检修排水 、事故排水 、 场
5、内污废水等 ,只能采取水泵动力排水方式。 地下厂房 的排水是抽水蓄能 电站地下厂房设计的 关键问题之一 ,由于深蓄下水库为铜锣径水库 ,其 水体为一级饮用水 源保 护区 ,水质保 护 目标为 类 。 下水库对水质要求较高 ,对深蓄 电站的排水方案设计 提出了更高的要求 ,既要保证正地下厂房洞室正常运 行 ,又要避免厂区的排水不对下库水体造成污染 。 2地下厂房设计排水流量的确定 2 1 正常排水流量 地下厂房系统正常排水流量包括检修排水 、渗漏 排水和主变空载排水 、厂房楼 面清洗用水、火灾时的 消防水等 。 1 )检修排水流量 检修排水包括 : 为机组检修,需放空球阀至尾水闸门之间的水 体
6、,约为 1 6 9 3 m 。 ; 为引水隧洞检查、检修,需放空引水隧洞上库 进出水口闸门到球阀的水体 ,约为 2 1 31 0 11 1 ,其 中引水隧洞内中平洞 以上至上库进出水 口闸门之间的 水体 ,经 2 施 工支 洞最终汇人福 田河 ,约为 6 0 3 1 0 i n ;中平洞 以下至球 阀段的引水 隧洞水体需要抽 排 ,约为 2 7 51 0 m 。 为尾水隧洞检查、检修, 需放空尾水隧洞水体, 约为 8 1 11 0 IT I 。 为防止水位下降过快 ,损坏水道 ,必须遵守水位 下降速度不大于 4 m h的要求 ,根据水体高程分别采 用合适的排水方式和排水时间 J 。 收稿 日期
7、 :2 0 1 4 0 5 2 0 :修 回日期 :2 0 1 40 6 2 5 作者简介 :何平( 1 9 8 1 ) ,男,硕士,工程师,主要从事水工结构设计及地下空间结构设计研究。 31 2 0 1 4年 7月 第 7期 何平 :深圳抽 水蓄能电站地下厂房排水方案设计探讨 N o 7 J u 1 2 0 1 4 2 )渗漏排水流量 渗漏排水主要来 自围岩 的渗漏水 、附近水道 的渗 漏水。根据本工程地下洞 室围岩水文地质情况 ,类 比 其它类似工程的地下洞室,厂房洞室群 围岩表面渗水 按 0 0 0 3 0 0 1 8 L 1 0 0 ( m s ) 估算 ,总的渗漏排水 量约 为 1
8、7 71 0 6 1 8 m h 。 3 )主变空载排水 电站年运行小时数为 2 8 8 8 4 h ,主变空载时间为 5 8 7 1 6 h ,而主变空载冷却排水为 1 6 0 m h ,则主变 空载排水约为 9 4万 m a 。 4 )平时厂房楼面清洗用水 厂房最大面积的一层是发电机层,面积为 3 2 1 7 5 , 考虑每 次清洗 2层 ,冲洗水按 照停 车库地 面 的定额 3 L m 。 次计算 ,清洗厂房 的水量 :3 2 1 7 532= 1 9 3 0 5 L 次 ,约为 2 0 m 次 。 5 )火灾时的消防水 火灾时的消火栓排水 厂房室内消火栓用水量为 2 0 L s ,考虑
9、同时使用 4支水枪 ,每支水枪最小流量为 5 L s ,按 1 0 mi n消火 栓 的用水量 考虑 ,污水 池所 需容量 :2 06 01 0 1 0 0 0=1 2 m。 。 火灾时的机电消防排水 变压器喷淋用水量为 4 0 0 m h ,按 1 0 m i n喷淋考 虑 ,则用水量为 4 0 0 6= 6 6 7 m 。 火灾时 ,厂房 内的消 防排水量为厂房室 内消火栓 排水和机 电设备消防排水之和 ,约为 8 0 m 。 2 2 设计排水流量 机组检修时 ,检修排水流量按正常检修最大排水 水量确定 ,即由排空机组、尾水隧洞的水量加闸门渗漏 水量控制,若按 3 d排空,排水流量约为 1
10、 0 3 0 m h 。 正常运行时 ,围岩渗漏 流量 不超过 1 0 6 2 m h ; 在机组停机时 ,主变空载冷却排水量约为 2 4 0 I T I h , 考虑 1台空压机运行用水约 为 1 1 m。 h ,此时的排水 量为最大排水量 ,故厂房最大排水量 q=1 0 6 2+2 4 0 +1 1=3 5 7 2 IT I h。 3排水方案分析 从水量平衡分析 ,厂 区常年渗漏水约为 1 5 5 1 9 3 O 3万 m a ,检修排水按照每 1 0年检修 1次考虑为 1 0 6万 m a ,主变空载排水约为 9 4万 m a ,以上合 计约为 1 1 11 8 8万 m a 。抽水蓄能
11、电站调节库容为 8 2 5 2 4万 1T I ,小 三 洲 上 库 多 年 平 均 年 径 流 量 为 7 6 8 9万 m ,铜 锣 径 下 库 多 年 平 均 年 径 流 量 为 5 8 3 8 9万 m 。上 、下 水 库 多 年 平 均 年 径 流 量 为 3 2 6 6 0 7 8万 m ,P=9 5 年径流量为 3 4 5 8 3万 m ,年 蒸发 、渗漏损失为 6 6 9 6万 m 。则地下厂房年排水量 大于上水库年径流量 ,也远大于上 、下水库蒸发 、渗 漏损失水量 ,约占上水库调节库容的 1 3 2 3 ,占 上 、下水库年径流量 ( P=9 5 ) 的 3 2 5 4 。
12、铜锣 径下库设计年供水量为 3 9 0 4万 m ,来水不足部分需 由深圳东部供水工程调东江水入库。由此可见 ,在深 圳这样一个水资源供给严重不足 的地 区,若将地下厂 房排水全 部排 到库 区以外 ,将会 造成 较大 的水 资源 浪费。 从水污染来看 ,若将厂房排水直接排入铜锣径水 库 ( 下水库) ,铜锣径 水库水 体 为一 级饮 用水源 保护 区,水质保护 目标为 类。在正常运行条件下 ,厂房 排水中的生活污水及其它废水虽然能够采取设置隔油 池 、污水处理池等措施处理之后 ,再排往下水库 。但 是在某些情况下 ,如机组检修油污较多时隔油池隔油 效果不彻底或发生水 淹隔油池和集水井导致油水
13、混合 等情况 ,存在对下库水质污染 的隐患。因此 ,若将 厂 房的所有排水均排往下水库存 在对下水库水质污染的 风险。 综合分析 ,从地下厂房排水 的组成可以看 出 ,场 内的排水可以分为清洁水和污废水 2部分 ,为 了保证 地下厂房的正常的排水要求 ,避免对铜锣径水库 的污 染 ,同时有利于厂内清洁排水的回收利用 ,不会造成 水资源浪费 ,经过分析研究 ,地下厂房 内排水设计对 清洁水与污水设置 2套系统分别收集分开排放 ( 简称 清污分排方案) 。 4 清污分排方案设计 比选 4 1 清洁水排放 ( 流回下水库) 方案 比较 根据厂 区各建筑物 的布 置,清水排放 ( 流 回下水 库 )
14、有以下几种可能方案 : 1 )方案 1 :通过副厂房侧 的竖井将地下厂房排水 抽排到地质探洞 ,利用探洞 自排到洞 口的响水河 ,汇 入下水库 ; 2 )方案 2:通过在尾水隧洞 内埋管 ,利用埋管直 接抽排至下水库 ; 3 )方案 3 :通过在交通洞埋管 ,在洞 口做排水沟 引入下水库 ; 4 )方案 4:通过在通风洞铺设 明管至洞 口,在洞 口做排水沟引入下水库 。 方案 2由于深蓄电站尾水管较长约 2 6 2 5 m,在尾 水管 内埋管 ,尾水管底部需要扩挖 ,且在尾水 隧洞埋 设排水管与尾水支管钢衬 、尾水 隧洞钢筋砼衬 砌施 工 2 0 1 4年 7月第 7期 广东水 利水电 N o
15、 7 J u 1 2 0 1 4 有干扰 ,另外需焊接长约 2 6 2 5 m钢管,安装埋设工 程量大。 方案 3在交通洞 内埋管 ,而交通洞是 厂房施工和 运行期的主要通道并 已经完成 8 6 8 m 的开挖 和支 护, 只能在交通洞底板上开挖约 1 5 m1 0 m的槽来埋设 排水管 ,造成施工期施工道路变窄,对施工 出渣影响 较大。在工程投资方面 ,交通洞方案需开挖长约 1 2 8 0 m的槽埋设排水管 ,敷设 2根长约 1 2 8 0 m不锈钢管, 工程投资较大。因此 ,方案 3实施难度大 ,工程投资 明显不经济。 方案 4在通风洞内铺设明管至洞 口,并在洞 口做 排水沟引入下水库。由
16、于通风洞口已远离下水库区域 , 引入下水库排水沟线路较长,且沿途地形复杂 ,造成 投资较大 ,方案 4明显不经济。 方案 1运行管理较为方便 ,施工条件好 ,工程投 资节省 ,安全性能也较高 ,探洞施工完成后可作为地 下洞室群施工期排烟通道 ,可节 约施工期排 烟费用 , 同时探洞设置备用消防水池 ,兼顾解决了备用消 防水 池的设置及消防水源的问题 。 综上所述 ,清水排放 ( 流 回下水库) 方案以方案 1 较优。 4 2 污水排放( 不流回下水库) 方案比较 根据厂区各建筑物 的布置 ,污水排放 ( 不流 回下 水库) 有以下几种可能方案 : 1 )方案 1 :通过副厂房侧 的竖井将地下厂
17、房排水 抽排到地质探洞 ,利用探洞 自排到洞 口的新设集水井 , 并设置泵站抽排至库 区以外; 2 )方案 2:通过在尾水隧洞 内埋管 ,利用埋管直 接抽排至下水库进出水 口附近的新设集水井 ,并设置 泵站抽排至库区以外 ; 3 )方案 3 :通过在交通洞埋管 ,在洞 口做排水沟 引入福 田河 ; 4 )方案 4:通过在通风洞铺设明管至洞 口,经洞 口现有排水沟排人福田河 。 方案 1 和方 案 2需要 在洞 口设置二 次抽排设施 , 一 次性投资较大,且运行成本也较高 ,因此这 2个方 案不予考虑。而方案 3在交通洞 内开槽埋管 ,同样会 造成施工期施工道路变窄 ,对施工 出渣影 响较大 ,
18、且 交通洞较长 ,敷设 1根长约 1 2 8 0 m 的不锈钢管 ,工 程投资较大。因此 ,方案 3施工干扰较大 ,工程投资 明显不经济。方案 4通过在通风洞 内敷设 明管至洞 口, 利用洞 口附近排水沟引入福 田河 ,明管敷设采用普通 碳钢管即可 ,投资较省 ,且洞 口现有排水沟过流能力 经复核满足要求 ,仅需对其进行必要的清淤处理 ,投 资不大。因此 ,污水排放 ( 不流 回下水库 ) 方案 以方案 4较优。 5 清污分排方案布置 通过以上比选 ,清污分排方案布置如下 : 从厂房底部两端 的集水井引 出2根 D N 6 0 0的排水 管和从污水池 引出 1根 D N 3 0 0的污水管至
19、副厂房底 部 ,利用副厂房西端墙安全楼梯 问扩挖敷设排水 管和 污水 管 至 副 厂 房 最 上 层 的 风 机 室 ( 底 板 高 程 为 2 7 8 8 m) ,在副厂房最上层风机室顶部 ( 同副厂房拱 顶高程为3 4 5 m) 开挖竖井通 至 9 1 3 2 m高程 ,并通 过约 3 0 m长的岔洞与该高程 的厂房支探洞相接 5 1 。2 根 D N 6 0 0排水钢管、1根 D N 2 0 0消防水管通过此竖井 通往探洞 ( 竖井直径为 3 0 r n ,高度约为 5 7 m) 。为满 足厂房消防要求 ,需在岔洞 内扩挖形成备用消防水池。 利用水泵先将水抽至探洞 内备用 消防水池 ,待
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