乌江银盘水电站厂房设计（杜申伟,周浪,张玲丽）

摘要: 银盘水电站安装4台150MW轴流式水轮发电机组，厂房采用河床式，布置于河道左岸，这种布置不仅可减少工程量，还能利用围堰挡水提前发电;进水口底坎高程综合考虑了最小淹没深度、水库淤沙、厂房结构等要求，避免了电站设置排沙建筑物;采用竖向进厂方式，减少了厂房高度;采用预应力钢筋混凝土蜗壳，既达到限裂防渗目的，又可满足工期要求;闸墩局部设置预应力锚索，避免了结构的过多配筋，保证了混凝土浇筑质量。

关 键 词: 水电站厂房布置;结构设计;银盘水电站;乌江

中图分类号: TV731    文献标识码: A

1 厂房建筑物总体布置

银盘电站安装4台150MW轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量为600MW，保证出力161.7MW，多年平均发电量27.08亿kW?h，年利用小时数4513h。电站厂房为河床式。

在枢纽总布置设计时，电站厂房比较过河床式方案和岸边引水式方案（包括压力管道引水和明渠引水）。由于银盘电站为低水头大流量电站，岸边引水式方案若采用压力管道引水，不仅管道尺寸很大，而且为满足水轮机调节保证要求，调压井断面临界面积过大;若采用明渠引水，渠道开挖量巨大，且开挖边坡高达270m，均不如河床式方案经济合理，故选定了河床式厂房，并比较了左岸布置和右岸布置。由于坝址处主河槽靠左岸，故厂房布置在左岸，这样既减少了开挖工程量，同时，在分期导流时可先期施工，在围堰挡水期也可提前发电，提前受益。

经方案比较，选定的枢纽总布置中，水电站建筑物布置在河床左侧，泄洪建筑物布置在河床右侧，船闸布置在右岸。厂房左侧接左岸非溢流坝段，右侧接溢流坝段。厂房建筑物包括主厂房、安装场、尾水渠等;自左向右分别为安Ⅰ、Ⅱ段，1～4号机组段。安Ⅰ段长23.00m，安Ⅱ段长32.00m，1、2、3号机组长34.70m，4号机组段长38.00m，安装场总长55.00m，机组段总长142.10m，整个厂房段总长197.10m。
尾水渠宽142.10m，右侧为厂坝导墙，左侧为尾水边坡，沿边坡部位高程227.50m处有坝区公路，通过交通桥连接至安Ⅰ段尾水平台及坝顶。

2 厂房布置设计

2.1 设计条件

银盘水电站工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型。电站厂房为2级建筑物，按1%洪水设计，0.1%洪水校核，厂房下游防洪标准按0.2%洪水校核。

水库校核洪水位225.47m，设计洪水位218.61m，正常蓄水位215.00m，死水位211.50m，下游最低尾水179.88m，0.1%洪水尾水位223.57m，1%洪水尾水位217.00m，0.2%洪水尾水位221.77m，设计最大水头35.12m，最小水头13.00m。额定水头26.50m，额定流量635.8m3/s。

2.2 厂房主要尺寸

2.2.1 厂房主要高程

机组装机高程为176.40m，建基面高程145.30m。水轮机层高程186.60m，发电机层高程193.00m，桥机轨顶高程209.00m，屋顶高程226.00m，厂房进水口顶部高程227.50m，与坝顶同高。尾水平台高程223.00m。厂房最大高度为82.20m。

2.2.2 机组段长度和宽度

标准机组段（1～3号机）长34.70m，4号机为边机组段，长38.00m。

机组段顺水流向宽度由进水口段、主机室段、尾水段3部分组成，进水口段顶部宽29.90m，下部宽24.00m，主机室段宽30.00m，尾水段宽33.50m，故机组段宽度水下为87.50m，水上为93.40m。

2.2.3 安装场尺寸

安装场宽度水下为87.50m，顶部为90.50m，比机组段少了拦污栅的宽度。

安装场长度满足1台机组扩大性检修需要，总长55.00m，分安Ⅰ段和安Ⅱ段，其中安Ⅰ段长23.00m，安Ⅱ段长32.00m。安Ⅰ段最大高度58.50m，安Ⅱ段最大高度85.00m。

2.2.4 电站进水口

进水口流道分3孔，每孔净宽6.46m，中墩宽2.80m，边墩宽4.86m。进水口底坎高程综合考虑了进水口最小淹没深度、水库淤沙、厂房结构要求等，最后确定高程为182.00m，根据水库泥沙分析结果，100a内水库泥沙最高淤积高程为178.00m，因此，电站不需要设置排沙建筑物。

进水口前部布置拦污栅，拦污栅分7孔，每孔净宽3.80m，高27.00m，拦污栅采用通仓布置，各台机组间可以流量互补。

2.3 厂房布置

2.3.1 机组段布置

进水口段布置有拦污栅、检修闸门和事故闸门。顶部上游侧为交通桥，下游侧布置1台2×2500kN双向门机，门机上游侧设置回转吊，用于电站进口拦污栅的启闭、清污抓斗的操作以及坝面上零星物品的转运。

主机室段净宽30.00m，屋顶为钢结构，厂内布置2台280/50t+280/50t桥机，用于机组的安装和检修。

发电机主引出线从水轮机层引入下游副厂房，穿副厂房各层与尾水平台上的主变压器相接。

尾水段宽31.00m，尾水平台上游侧布置有主变压器，高压配电设备GIS等，下游侧布置1台2×630kN单向尾水门机，中间为交通道路。

尾水平台下布置为副厂房，副厂房共6层，自下而上各层主要布置有技术供水设备、励磁变压器、机组自用电和公用电设备、单元控制室和直流电源室、厂用变压器、风机室以及试验、办公用房等。

2.3.2 安装场布置

安Ⅰ上游挡水段布置有进厂吊物竖井，为电站厂房的主要运输通道，主机室段分两层，楼面高程分别与机组段的水轮机层、发电机层相同。上层为设备转运和机组检修场地。下层布置有风机房、油处理室和油库，油处理室下设事故油池。尾水段布置5层副厂房，各层高程及宽度与同高程的机组段副厂房相同，主要布置有设备间、工具室，低压电器实验室、传输室、电源室等。尾水平台左侧连接下游进厂交通桥。

安Ⅱ上游挡水段布置有检修门库和拦污栅库。主机室段分两层，各层楼面高程和安Ⅰ段相同。上层为机组安装和检修的主要场地，下层布置有中、低压空压机室、排水泵房。底部布置有渗漏集水井和检修集水井。尾水段和安Ⅰ相同，布置有5层副厂房，主要布置有中控室，仪表维修间、交换室等。

2.3.3 厂房廊道和厂内交通布置

厂房在水轮机层以下设置有3条平行于坝轴线的纵向廊道，顺流向依次为灌浆排水廊道、厂房检修排水廊道和交通廊道。

厂内交通布置为平面交通纵横连接，垂直交通上下贯通，平面和垂直相连，以满足电站运行、操作、检修、设备运输、安全消防等要求。平面交通除交通廊道外，厂房主机段水轮机层、发电机层、以及副厂房各层均全厂贯通，主机段和副厂房同高程层连通。垂直交通人员上下设有楼梯或电梯，设备上下运输设有吊物孔或吊物竖井。各机组段及安Ⅱ段设有楼梯连接发电机层和水轮机层，交通廊道中布置有锥管进人通道和尾水管进人孔，副厂房内设有通向蜗壳的进人楼梯。安Ⅱ段和4号机组段副厂房各设置楼梯和电梯1部，连接副厂房各层通到尾水平台，构成厂房对外的竖向交通通道，以满足厂房消防和正常交通要求。同时，根据具体需要，在厂房不同部位设置了吊物孔或吊物竖井。

2.3.4 厂房对外交通

银盘水电站尾水位变化大，变幅达43.69m，洪水期尾水位与库水位相差不到2m，按0.2%洪水标准确定的尾水平台及进厂交通桥高程为223.00m，仅比坝顶高程低4.5m，却比发电机层高29.40m。若采取车辆直接驶进厂房，利用厂内桥机卸货的方案，安Ⅰ段地面高程需抬高到223.00m，厂房高度需增加22.00m，工程投资增加。若不增加厂房高度而要车辆直接进厂，则安Ⅰ段地面和进厂交通桥高程不能高于202.00m，此高程低于3a一遇洪水尾水位，因此，遇3a一遇的洪水，进厂公路就被淹没，安Ⅰ进厂大门也需要用闸门封堵防洪，此时，需要布置另外的进厂交通通道解决进厂问题，因此也是不经济的。

结合银盘电站尾水位的特点，采用了较经济的竖向进厂方案，即通过吊物竖井、电梯、楼梯等竖向通道进厂，对外交通道路只到尾水平台和坝顶。厂房在安Ⅰ上游挡水段布置1个吊物竖井，自坝顶高程227.50m直通发电机层高程193.00m;在安Ⅱ段和4号机组段尾水平台上各布置1部电梯和楼梯，贯通副厂房各层及主厂房。机电设备运输到坝顶后，利用电站进水口门机起吊，通过吊物竖井运至高程193.00m，然后利用平台车等设备水平运输到安Ⅰ内，再利用桥机起吊运输。人员通过电梯进入厂房。

3 厂房结构设计

3.1 设计原则

厂房结构主要包括挡水墩墙、尾水管、蜗壳、拦污栅支撑构架、厂房排架、发电机风罩、各层楼板梁柱等。结构设计中视混凝土结构为均质弹性体，按结构力学或弹性力学方法分析。结构分析一般简化为平面问题计算，对于比较复杂的结构，按三维问题计算。当结构简化为平面杆系或空间杆系按结构力学方法计算时，对于水下大体积结构，考虑节点刚度和剪切变形的影响。

3.2 主要结构设计

3.2.1 蜗壳结构

为满足水轮机大流量引水要求，银盘水电站蜗壳采用梯形断面混凝土蜗壳，包角210°，平面最大净宽24.98m，最大净高度14.04m，侧墙最小厚度4.86m，顶板最小厚度6.72m。蜗壳最大作用水头54.16m。蜗壳结构分析采用了平面和三维两种计算方法，平面法即切取单宽断面简化为平面框架计算，三维法是取整个蜗壳结构建立三维有限元模型进行分析。由于银盘水电站蜗壳尺寸大，作用水头高，为满足限裂要求，结构需配置大量钢筋，施工难度大，混凝土浇筑质量难以保证。根据《水电站厂房设计规范》（SD335-89）规定，当最大水头在40m以上时，若采用钢筋混凝土蜗壳，则应有技术经济论证。钢筋混凝土蜗壳设计不能满足规定的限裂要求时，蜗壳内壁应增设防渗层。为减少配筋量，一种措施是蜗壳内壁增设钢板防渗层，放宽限裂要求，减少配筋。但防渗钢板的安装施工需占用2～3个月的直线工期，难以满足工期要求。另一种措施是采用特殊的混凝土结构。经过研究比较，银盘水电站蜗壳采用预应力混凝土结构，在蜗壳侧墙设置竖向全长粘结型预应力锚索，蜗壳顶板底部区域采用钢纤维混凝土，以满足结构限裂及工期要求。鉴于银盘水电站蜗壳结构的复杂性，特设立专项课题进行全面分析研究。

3.2.2 挡水结构

银盘水电站洪水期库水位和尾水位相差不到2m，厂房上下游挡水水头均达约70m。进水口和尾水墩墙的结构安全关系到整个电站厂房的安全，在对其结构进行分析时，采用了三维有限元方法，取一个机组段结构，包括一定范围的基岩，建立三维有限元模型计算分析，对挡水墙结构，同时还沿高度切取多个单宽水平面，简化为平面框架计算。

由于墩墙挡水水头高，进水口闸墩和尾水闸墩底部配筋较多，为避免增加闸墩长度，同时减少配筋量，在闸墩下部一定高度范围内，设置了全长粘结型预应力锚索。

4 结语

银盘水电站厂房采用河床式，布置于左岸，减少了工程量，并能利用围堰挡水提前发电;进水口底坎高程的合理选择，避免电站设置排沙建筑物;采用竖向进厂方式，减少了厂房高度;采用预应力钢筋混凝土蜗壳，既达到限裂防渗目的，又可满足工期要求;闸墩局部设置预应力锚索，避免了结构的过多配筋，保证了混凝土浇筑质量。

作者简介: 杜申伟，男，长江水利委员会设计院枢纽处，高级工程师。