半圆筒型调压室的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种半圆筒型调压室，设置在引水洞或尾水洞上方，靠近主厂房处，包括带穹顶的洞身，所述洞身横截面为矩形的三边与弧形合围而成的组合图形，所述洞身底部设置有阻抗板，所述洞身底部阻抗板上有用于连通引水洞或尾水洞的阻抗孔，所述洞身内设置有若干个闸门井，所述闸门井设置有用于截断引水洞或者尾水洞水流的闸门，所述闸门井自下而上延伸至洞身顶部，所述洞身顶部还设置有闸门操作廊道，所述闸门操作廊道垂直于洞身并与洞身相通。半圆筒型调压室可以更好地适应复杂的地质条件，有利于洞室围岩的稳定，且调压室弧形衬砌结构具备较好的受力条件。
【专利说明】半圆筒型调压室
【技术领域】
[0001]本发明涉及水电站调压设施，具体的指一种半圆筒型调压室。
【背景技术】
[0002]调压室是水电站中最为常用的一种调压设施。在靠近厂房、地形地质条件较适当的部位，设置与压力水道相连、并具有较大自由水面的调压室，减小水流惯性加速时间，使水击波在调压室水面发生充分的反射，达到减小水击压强的目的，改善水轮机在负荷变化时的运行条件及系统供电质量。
[0003]在输水系统的水力单元为二机一洞或多机一洞时，调压室的洞身结构型式多采用圆形断面和矩形断面，分别称作圆筒型调压室和长廊型调压室。
[0004]圆筒型调压室，根据机组检修闸门是否置于调压室内，可有以下两种布置方案:如图16所示闸门内置调压室方案，将机组检修闸门布置在调压室内，这时需在调压室上游侧设单独的交通洞13，由交通支洞与各闸门操作平台相通，以适应尾水闸门斜向布置的要求；如图17所示闸门外置调压室方案，将机组检修闸门与尾水调压室分开布置，设于尾水调压室的上游侧，布置单独的检修闸门竖井14和闸门操作廊道15。在实际工程中可能由于地质条件的制约，没有足够的空间来满足主厂房、主变洞、调压室等三大洞室群的布置，满足大型地下洞室群布置要求的岩层分布范围十分有限，这种情况下若采用圆筒型调压室型式，需要单独设置交通洞和交通支洞，或者是闸门竖井和闸门操作廊道，为了保证洞室围岩的稳定性，将会增加调压室与主厂房的距离，将使得调压室直接进入软弱岩层或存在较大地质缺陷的岩层，难以满足高边墙巨型洞室的成洞条件和围岩稳定要求，在施工期和运行期都存在很大的安全隐患。
[0005]如图18所示，长廊型调压室，将机组检修闸门井布置在调压室内上游侧，呈“一”字型排列，有利于闸门和启闭设备的布置、运行和共用。当受地质条件的制约，如图19所示，调压室下游边墙12与软弱岩层分界线17的最小安全距离16不能保证时，难以满足规模巨大的洞室围岩稳定要求，采用工程处理措施难度较大，代价很高，且考虑到软岩长期蠕变的影响，洞室围岩和衬砌结构都存在安全隐患。
[0006]因此，需要合理地设计调压室结构，来规避大跨度、高边墙的大型调压室在施工期及运行期存在洞室围岩稳定和衬砌结构的安全风险。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是要克服长廊型调压室和圆筒型调压室不能满足复杂地质条件的布置要求，提供一种能够更好地适应复杂的工程地质条件的半圆筒型调压室，且结构简单稳定性良好。
[0008]为实现上述目的，本发明所设计的半圆筒型调压室，设置在引水洞或尾水洞上方、靠近主厂房处，其特殊之处在于:包括带穹顶的洞身，所述洞身横截面为矩形的三边与弧形合围而成的组合图形，其中弧形的弦与矩形的一长边重合，所述洞身底部设置有阻抗板，所述阻抗板上设置有用于连通引水洞或尾水洞的阻抗孔，所述洞身内设置有若干个闸门井，与输水系统的水力单元布置型式相一致，所述闸门井设置有用于截断引水洞或者尾水洞水流的闸门，所述闸门井自下而上延伸至洞身顶部，所述洞身顶部还设置有闸门操作廊道，所述闸门操作廊道垂直于洞身并与洞身相通。
[0009]进一步地，所述弧形为半圆弧，在满足调压室面积的同时具有较好的洞室围岩稳定性和衬砌结构的受力条件。
[0010]更进一步地，所述弧形为圆心角小于180。的圆弧。根据复杂地形条件，在满足调压室面积的同时具有较好的洞室围岩稳定性和衬砌结构的受力条件。
[0011]再进一步地，所述弧形为圆心角大于180。的圆弧。根据复杂地形条件，在满足调压室面积的同时具有较好的洞室围岩稳定性和衬砌结构的受力条件。
[0012]再进一步地，所述弧形为半椭圆形，在满足调压室面积要求的同时减小调压室顺水流向的跨度，有利于洞室围岩的稳定。
[0013]再进一步地，所述闸门井设置在洞身的矩形侧。矩形边所在的侧墙处设置闸门井更利于闸门和启闭设备的布置和共用，便于交通通道的布置和运行设备的统一管理。
[0014]再进一步地，所述洞身设置在引水洞或者尾水洞的岔管段上方。调压室与岔管段统一布置，避免大跨度的岔管段进入软弱岩层或存在较大地质缺陷的岩层。
[0015]本发明与现有技术相比，其优点在于将调压室布置在距离主厂房较近的位置，可以更为有效地发挥调压室的功能。并且将机组检修闸门布置在调压室内，呈“一”字型排列，便于多个调压室之间检修闸门和启闭设备的布置、共用和运行管理；本发明组合型截面的洞身加上穹顶，将洞身非检修闸门侧采用弧形断面，以更好地适应复杂的地质条件，并且组合型截面的洞身有利于洞室围岩的稳定，弧形衬砌结构具备较好的受力条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为一种半圆筒型下游调压室结构示意图。
[0017]图2为图1的六-八剖视结构示意图。
[0018]图3为图1的8-8剖视结构示意图。
[0019]图4为图1的1-1剖视结构示意图。
[0020]图5为图1的I1-1I剖视结构示意图。
[0021]图6为图1的II1-1II剖视结构示意图。
[0022]图7为图1岔管与调压室分开布置的I1-1I剖视结构示意图。
[0023]图8为采用半椭圆型调压室结构示意图。
[0024]图9为图1中洞身横截面增加矩形段面积的I1-1I剖视结构示意图。
[0025]图10为图1中洞身横截面增加半圆形直径的I1-1I剖视结构示意图。
[0026]图11为图1中洞身横截面加大圆弧形圆心角的I1-1I剖视结构示意图。
[0027]图12为图1中洞身横截面同时增加矩形段面积和半圆形直径的I1-1I剖视结构示意图。
[0028]图13为图1中洞身横截面采用半椭圆形的I1-1I剖视结构示意图。
[0029]图14为图1中洞身横截面减小圆弧形圆心角的I1-1I剖视结构示意图。
[0030]图15为图1中洞身横截面减小圆弧形圆心角和直径的I1-1I剖视结构示意图。
[0031]图16为闸门内置的圆筒型调压室结构示意图。
[0032]图17为闸门外置的圆筒型调压室结构示意图。
[0033]图18为长廊型调压室的结构示意图。
[0034]图19为采用长廊型调压室水电站平面布置示意图。
[0035]图20为采用半圆筒型调压室水电站平面布置示意图。
[0036]其中:闸门1，闸门井2，上游边墙3，侧边墙4，洞身5，弧形51，矩形52，尾水支洞6，阻抗板7，阻抗孔8，闸门操作廊道9，穹顶10，尾水主洞11，下游边墙12，交通洞13，检修闸门竖井14，闸门操作廊道15，最小安全距离16，岩层分界线17，圆心18，圆心角19，岔管20，长廊型调压室21，半圆筒型调压室22。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的详细描述，图16?19已在【背景技术】中进行了详述，这里就不在赘述:
[0038]半圆筒型调压室即可布置在电站的尾水系统，即为下游调压室；也可布置在电站的引水系统，即为上游调压室。
【发明内容】
的陈述中以布置在尾水系统的下游调压室为陈述对象，当用作上游调压室时，仅需将调压室及其底部压力管道的布置、室内检修闸门及竖井布置等做相应的调整即可。
[0039]如图1?6所示的半圆筒型下游调压室，用于两机一洞时，设置在靠近主厂房下游侧的尾水洞岔管20的上部，包括带穹顶10的洞身5，洞身5横截面为矩形52的三边与弧形51合围而成的组合图形，弧形51可为圆弧或者椭圆弧，矩形52三边所在的洞身5上游边墙3底部设置有2个尾水支洞6，弧形51所在的洞身5下游边墙12底部设置有单个尾水主洞11，尾水支洞6处设置有机组检修闸门1，闸门1安装在闸门井2内，闸门井2自下而上延伸至洞身5顶部，洞身5顶部还设置有闸门操作廊道9，闸门操作廊道9垂直于洞身5并与洞身5相通，洞身5底部还设置有阻抗板7，阻抗板7同时兼做尾水洞岔管20的顶板。
[0040]本发明的目的通过如下步骤和措施来达到，如图1?15所示:
[0041](1)在初步确定的枢纽总体布置格局和地下电站开发方式的基础上，根据地质条件和地下主洞室的间距要求，初步确定调压室的布置位置；
[0042](2)参照长廊型调压室的布置方式，将机组检修闸门1及闸门井2布置在调压室内，各输水管道上闸门井2呈“一”字型排列，有利于闸门和启闭设备的布置、运行和共用；
[0043](3)确定半圆筒型调压室洞室的上游边墙3和左右两侧边墙4的位置，需考虑闸门井2布置的结构要求，以及机组检修闸门1启闭设备的布置和运行要求；
[0044](4)根据设计计算所需的调压室面积，尽量兼顾调压室两侧边墙4的距离来确定洞身弧形51的弦，形成由非闸门侧弧形51部分与检修闸门侧矩形52部分一起构成半圆筒型调压室的洞身5 ；
[0045](5)当调压室两侧边墙4的距离作为半圆筒型的直径，若此时调压室的面积小于设计计算所需的调压室面积时，可以:
[0046]①在地质条件允许的情况下，向下游侧增加矩形52面积来满足调压室面积的要求，见图9 ；
[0047]②地质条件允许的情况下，仅适当增加圆弧形51的直径，见图10 ；
[0048]③地质条件允许的情况下，仅适当增加圆弧形51的圆心角，使圆心角大于180°，见图11 ；
[0049]④综合采用增加矩形52段面积和增加圆弧形51直径的措施，见图12，以取得较好的断面型式和尺寸，优化洞室围岩的稳定条件及应力分布；
[0050]⑤洞身采用半椭圆型结构，即弧形51为半椭圆弧，见图13，在满足调压室面积要求的同时，减小调压室顺水流向的跨度，有利于洞室围岩的稳定。
[0051](6)当调压室两侧边墙4的距离作为半圆筒型的直径，若此时调压室的面积大于设计计算所需的调压室面积时，可以:
[0052]①减小圆弧形51的圆心角19，使其略小于180°，与调压室两侧边墙4相接，见图14；
[0053]②综合采用减小圆弧形51的圆心角19和圆弧形51直径的措施，见图15，采用圆筒切线的方式与调压室两侧边墙4相接。
[0054](7)衔接尾水支洞6与尾水主洞11的岔管20，根据地质条件的情况，如图1和图5所示，一般可与调压室统一布置，即岔管20置于调压室底部，可以避免大跨度的岔管段进入软弱岩层或存在较大地质缺陷的岩层；如图7所示，也可与调压室分开布置，布置于调压室的下游，可以降低大跨度洞室的综合高度，有利于洞室围岩稳定；
[0055](8)如图1和图5所示，尾水岔管20与调压室统一布置，岔管20的顶板兼作调压室的阻抗板7 ；如图7所示，尾水岔管与调压室分开布置，尾水支洞6的顶板兼作调压室的阻抗板7。同时，闸门孔口兼作阻抗孔8，其孔口面积根据调压室设计规范初步拟定；
[0056](9)如图8所示，当输水系统为多机一洞(比如三机一洞)的水力单元布置方式时，调压室洞身可采用半椭圆型结构，以减小调压室顺水流向的跨度，有利于洞室围岩的稳定。
[0057](10)根据调压室最高涌浪水位确定闸门操作廊道9的高程，廊道的断面尺寸满足闸门启闭，以及启闭设备的布置和运行要求；各调压室之间通过操作廊道相互联通，廊道端部与调压室交通洞相连；
[0058](11)调压室顶部采用球形或椭球形穹顶10，与下部的洞身断面平顺连接。
[0059]如图20，采用本发明的半圆筒型调压室，使得调压室下游弧形边墙51距软弱岩体界面17的最小安全距离16能够满足规模巨大的洞室围岩稳定要求，确保了洞室围岩和衬砌结构的安全。
【权利要求】
1.一种半圆筒型调压室，设置在引水洞或尾水洞上方，靠近主厂房处，其特征在于:包括带穹顶(10)的洞身(5)，所述洞身(5)横截面为矩形的三边与弧形合围而成的组合图形，所述洞身(5)底部设置有阻抗板(7)，所述阻抗板(7)上设置有用于连通引水洞或尾水洞的阻抗孔(8)，所述洞身(5)内设置有若干个闸门井(2)，所述闸门井⑵内设置有用于截断引水洞或者尾水洞水流的闸门(I)，所述闸门井⑵自下而上延伸至洞身(5)顶部，所述洞身(5)顶部还设置有闸门操作廊道(9)，所述闸门操作廊道(9)垂直于洞身(5)并与洞身(5)相通。
2.根据权利要求1所述的半圆筒型调压室，其特征在于:所述弧形为半圆弧。
3.根据权利要求1所述的半圆筒型调压室，其特征在于:所述弧形为圆形角小于180°的圆弧。
4.根据权利要求1所述的半圆筒型调压室，其特征在于:所述弧形为圆形角大于180°的圆弧。
5.根据权利要求1所述的半圆筒型调压室，其特征在于:所述弧形为半椭圆。
6.根据权利要求1?5中任一所述的半圆筒型调压室，其特征在于:所述闸门井(2)设置在洞身(5)的矩形侧。
7.根据权利要求1?5中任一所述的半圆筒型调压室，其特征在于:所述洞身(5)设置在引水洞或者尾水洞的岔管段上方。
【文档编号】E02B9/06GK104294805SQ201410568215
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】钮新强, 王 煌, 周述达, 杨建东, 杜申伟, 翁永红, 邵年, 张存慧, 王超, 胡建华, 张志国, 孟刚, 肖云华, 张玲丽, 杨晓林, 刘会波 申请人:长江勘测规划设计研究有限责任公司