安溪翰苑水电站隧洞洞内前池的设计

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1、安溪翰苑水电站隧洞洞内前池的设计【摘要】前池多见于引水式水电站，型式多为露天式。文章论述了在福建安溪县翰苑水电站前池的设计当中，利用无压隧洞末端的一部分作为前池，减少了工程开挖量。【关键词】前池；隧洞；压力管道；连接一、工程概况翰苑水电站位于安溪县尚卿乡境内，处晋江西溪支流———长坑溪的中上游。本电站属引水式电站，总装机8000K2。电站厂房至坝址间河道长7km，天然落差达80m，电站设计最大引用流量Q=12.8m3/s。该工程建筑物主要有:拦河闸、无压引水隧洞、有压隧洞、前池、发电厂房及升压开关站等。无压引水隧洞总长3370.61m，隧洞出口设有溢流堰及闸阀等。无压引水隧洞断面为城门型，

2、净宽为2.7m，净高为3.511m，设计正常水深2.60m，隧洞末端桩号3+335～3+340m间设置集石坑。有压隧洞洞径为2.6m，总长为353.6m。无压隧洞末端与有压隧洞的高差为71.72m。　　二、有利因素洞内前池位于桩号3+334.53m～3+370.61m之间，有压隧洞与无压隧洞斜交，其轴线交点位于桩号3+350.61m处，距洞出口20m，洞口以上岩石覆盖层较厚。从隧洞所处地质情况来看，大部分围岩类别属Ⅲ类～Ⅰ类，围岩弹抗系数较高。而桩号3+142～3+350m段属Ⅱ类或Ⅰ类，岩石表现为微风化～新鲜，单位弹抗系数高达8000～11000N/cm3，岩石强度较高，局部裂隙可用喷锚

3、处理；桩号3+350～3+370.61m段为Ⅲ类围岩，岩石表现为弱风化，单位弹抗系数高达5000N/cm3；有压隧洞除三十多米洞段属Ⅲ类围岩外，均属Ⅱ类或Ⅰ类。地质状况优良，为洞内前池的设计提供了非常有利的条件。其次，从压力管道调保计算情况来看，该工程∑LV<15H，可不设调压井。若设置露天式前池，须将桩号3+334.53m以上围岩挖除，这部分围岩覆盖层较厚，且为Ⅲ类围岩，挖除浪费，且开挖、爆破工作量较大，将延长工期，影响工程的竣工发电。　　三、水力计算　　隧洞设计引用最大流量为12.8m3/s，有压隧洞洞口周围设置拦沙坎，高80cm，以防止洞口漂进来的污物进入有压隧洞。（一）前池尺

4、寸　　1.进水室尺寸　　有压隧洞洞径D=2.6m　　进水室宽度:B进=(1.5～1.8)D=3.9～4.68m　　取B进=4.2m　　长度:一般为2～5m，取3.5m　　2.前室尺寸B=(1～1.5)B进考虑到隧洞长度较长，有足够水量，且为减小隧洞开挖难度及衬砌工作量，取B=1.0B进=4.2m3.前室长度:L=(2.5～3.0)B，取较大值L=3.0B=3×4.2=12.6(m)　　(二)前池控制水位　　1.正常水位:近似取无压隧洞末端正常水位　　无压隧洞末端洞底高程为320.08mZ正常=320.08+2.60=322.68(m)2.进水室最低水位:为保证不形成漩涡，及不使空气进入压力

5、管道，一般规定进水室的最低水位，应高出引水管进口顶部两倍水管中的流速水头，以a代表这一高度，计算如下:已知隧洞最大引用流量为Q=12.8m3/s，A=πD2/4，D=2.6m，拦沙坎高度，h'=0.8m　　引水管顶高程Z管顶=318.58m　　压力管道中流速V=Q/A=2.41(m/s)　　流速水头a=1.0V2/g=2.412/9.81=0.5925m最低水位:　　Z最低=Z管顶+a+h'=318.580+0.5925+0.8=319.983(m)3.前池的深度压力管道的顶部在最低负涌波水位以下不得少于2m。本工程自前池正常水位至拦沙坎顶面高度为:h=2.6+1.5-0.8=3.3(m)

6、，大于上述值。（三）前池水位波动计算　　1.前池水位最大下降　　该情况发生于电站突然增荷时(按开全荷，最不利情况)　　已知:起始流速Vo=0，起始水深ho=2.6+1.5-0.8=3.3m，宽B=4.2m，流量Q由0增至12.8m3/s。　　g=9.81m2/s　　增加负荷后V=Q/A=12.8/(4.2h)，代入下式V=Vo-2[(gh)0.5–(gho)0.5]12.8/(4.2h)=0-2[(9.81h)0.5-(9.81×3.3)0.5]　　整理得：3.05/h+6.2642(h)0.5-11.379=0经试算，h=2.671m.最大水位下降Δh=ho-h=3.3-2.671=0.

7、629(m)此时水位为：318.58+2.671+0.8=322.051(m)>319.983(m)，满足。相应水深为:2.671m>2.0m　　2.前池最大水位升高　　该情况发生于电站突然弃荷时。(按甩全荷，最不利情况)已知:B=4.2m，Qmax=12.8m3/s水深ho=2.6+1.5-0.8=3.3m(不计拦沙坎以下部分).单宽流量q=Qmax/B=12.8/4.2=3.05(m3/s)初始流速Vo=