1、工程概況
騰龍橋二級水電站位于云南省保山市龍陵和騰沖兩縣界河龍江干流的中下游河段上,距騰龍橋2km。龍江流域徑流面積約5 800km2,干流全長301km,河道平均比降3.88‰,騰龍橋二級水電站壩址以上徑流面積3 481km2,占騰龍橋水文站徑流面積\\(3 487km2\\)的99.8%,水電站的徑流、洪水、泥沙等水文成果直接采用騰龍橋水文站分析的水文成果。
騰龍橋二級水電站工程的開發任務是水力發電,電站為壩后式地面廠房、重力壩擋水?；炷林亓巫畲髩胃?7m,總庫容4 593.2×104m3。擬定裝機3臺,電站裝機容量81 MW,多年平 均發電 量為3.40×108kW·h,年利用小時數4 200h,保證出力12.69MW,調節性能為月調節。
2、發電取水口布置設計
2.1地質水文資料
2.1.1 地質條件。龍江工程區河段主要沿主構造線方向發育,其中:水庫區河段與壩址河段河流流向SSW向,呈直線延伸;壩址下游河段轉向EW向,呈“S”型彎曲。河谷主要呈不對稱的“U”型谷,谷底無階地,也無高漫灘,谷底與河床寬一致,河床寬度一般50~100m,河流縱比降約10‰~15‰。兩岸岸坡陡緩不均,地形高低不對稱,左岸山體相對高差大于250m,山頂為Ⅲ級剝夷面,右岸山體相對高差大于75m,山頂為Ⅳ級剝夷面。巖層走向N0°~35°E,傾 向NW-W,傾角30°~50°,其中:左岸與河床巖層傾角較陡,傾角40°~50°,右岸巖層傾角相對較緩,傾角30°~40°。工程區斷裂主要有:走向SN或N-NE的F18斷裂\\(龍江深大斷裂\\)與走向NW的F46斷裂\\(團田斷裂\\)。主要發育4組節理:順河流向中傾角片理、順河流向陡傾角節理、垂直河流向陡傾角節理和斜交河流向陡傾角節理。
2.1.2 水文特征龍江流域屬北亞熱帶和南亞熱帶季風氣候,其特點為四季無寒暑,年際溫差不大,干濕季分明,枯期少雨,冬季多霧,復雜多樣的地形構成了水平分布復雜,垂直變化顯著的多類型氣候,俗稱“一山分四季,十里不同天”。濕季5月~10月主要受西南暖濕氣流控制,水汽充沛,其降水量約占年降水量的83%,尤以6月~8月最為集中,約占年降水量的55%;干季\\(11月至翌年4月\\)受西風帶環流及西部大陸干暖氣流控制,空氣干燥,降水量少,降水量約占年降水量的17%。
2.2進水口結構布置
大壩壩頂高程1 150.50 m,建基面最低高程1 093.50m,壩頂總長度175.0m,共分10個壩段,編號從左至右排列,各壩段布置:①號至③號壩段為左岸擋水壩段;④號至⑥號壩段為河床溢流及泄洪底孔壩段;⑦號至⑨號壩段為右岸壩后式廠房取水壩段;⑨號壩段布置有電梯井;⑩號壩段為右岸擋水壩段。電站進水口型式為壩式進水口,布置在右岸⑦號至⑨號壩段,引水道穿越壩體,采用1管1機的引水方式,壩前設置攔污柵,每個進水口各設1道攔污柵、檢修閘門、工作閘門。攔污柵、閘門底坎高程均為1 119.0m。
進水口為喇叭形,頂緣高程為1 127.4m,上唇方程為x2/62+y2/22=1的1/4橢圓曲線,進口兩側用圓弧收縮與檢修閘門孔銜接。其后以坡度為1∶6.8的壓坡線與工作閘門相聯接,工作閘門后以漸變段與直徑D=5.40m的壓力鋼管相聯接。檢修閘門孔口尺寸為5.4m×6.6m,工作閘門孔口尺寸為5.4m×5.4m。壓力管道與壩體進水口底板高程為1 119.00m、軸線高程1 121.70m,最下端平管段中心線與機組安裝高程同高,高程為1 108.50m。單機壓力管道長62m,前部設5.4m長的方變圓漸變段,后部接彎管,彎管轉彎角為45°,轉彎半徑為16.2m,中部設直段與下彎段相接,下彎段轉彎角為45°,轉彎半徑為16.2m,下彎段與下平段相接經伸縮節與水輪機蝸殼進水口相接。
發電取水口結構布置見圖1。
3、水力和結構計算
3.1進水口底板高程確定
進水口底板高程應滿足在最低發電水位1 134.0m,下壓力鋼管的進流條件,即滿足單機過流量Q=96.5m3/s時,保證有壓過流且不出現立軸漩渦。根據設計規范,從防止產生貫通式漏斗漩渦考慮,進水口最小淹沒深度按下式估算:S=cvd0.5式中:S—最小淹沒深度,m;v—閘孔斷面流速,m/s;d—閘孔高度,m;c—與進水口幾何形狀有關的系數。
經計算,最小淹沒水深為5.61m,相應高程為1 130.01m,在最低發電水位1 134.0m下滿足壓力鋼管的進流條件。
3.2過柵流速選定
為滿足進水口的攔污柵過柵流速要求,布置兩扇攔污柵,柵寬4.5m,在最低發電水位1 134.0m、單機過流量Q=96.5m3/s時,過柵流速為0.71m/s,滿足過柵流速小于1m/s的要求。
3.3壩內埋管計算
由于該工程為低水頭、大流量電站,壓力管道管徑較大,設計HD值=306m2,控制因素為壓力管道的抗外壓穩定,設計時考慮壩前水流可能沿管壁及壩體產生滲流形成滲透壓力,依照規范壩內埋管外全部外壓應由鋼管承受,采用Q345C鋼板制作,其抗外壓穩定計算如下:
式中:E—鋼材彈性模量;t—管壁計算厚度;D0—鋼管內徑;n—相應于最小臨界壓力的波數,可用公式
平均半徑;L—剛性環間距;μ—鋼材波桑比。按此設計壓力管道管壁厚取為14mm,前部漸變段加勁環間距1m,后部取為2.5m,加勁環厚度取為與管壁同厚14mm,高為250mm,可滿足管道的抗外壓穩定要求。
3.4進水壩段穩定計算
該工程為三等工程,取水口壩段建筑物為3級,大壩剖面設計按照《混凝土重力壩設計規范》規定進行。
3.4.1 荷載組合。荷載組合見表1。
3.4.2 穩定和應力分析計算。根據進水壩壩剖面,采用北京理正重力壩穩定計算程序計算,結果見表2。
計算結果表明,壩體在基本和偶然組合狀態下,抗力效應大于作用效應,抗滑穩定滿足規范要求。壩踵垂直正應力均為壓應力,未出現拉應力。壩趾壓應力值小于地基允許承載力,滿足規范要求。
4、結 語
進水口的結構布置,設計采用壩內發電引水,即減少了單獨布置引水隧洞增加投資,又充分利用重力壩結構特點。將大壩、發電引水及廠房結合為一體,減少工程占地范圍,節約投資,方便運行中的大壩、廠房管理,對類似的工程有一定的借鑒作用。
參考文獻:
[1]DL5108—1999混凝土重力壩設計規范[S].
[2]DL/T5141—2001水電站壓力鋼管設計規范[S].
