專利名稱：一種投資少工期短的水電站布局結(jié)構(gòu)及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水電站整體布局結(jié)構(gòu)以及施工方法，特別適用于縮短施工期限、 減少投資的河床式水電站。
背景技術(shù)：
水電站是將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施，包括為利用水能生產(chǎn)電能而興建的一系列水電站建筑物及裝設(shè)的各種水電站設(shè)備，一般由水工建筑物、廠房、發(fā)電動力裝置、 電工一次系統(tǒng)、電工二次系統(tǒng)等部分組成。壅水進(jìn)筑物、引水建筑物、泄洪建筑物均為水工建筑物，發(fā)電動力裝置包括水輪發(fā)電機(jī)組和主廠房中一些輔助設(shè)備，利用這些建筑物集中天然水流的落差形成水頭，匯集、調(diào)節(jié)天然水流的流量，并將它輸向水輪機(jī)，經(jīng)水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)，將集中的水能轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)變壓器、開關(guān)站和輸電線路等將電能輸入電網(wǎng)。
提壩式水電站的主要水工建筑物，核心建筑為大壩。大壩可分為混凝土壩和土石材料壩。大、中型水電站都采用混凝土壩，以保證足夠的強(qiáng)度和壽命，水電站的基建投資大部分用于攔河筑大壩上(具體百分比隨壩址地形、河道條件等多項(xiàng)因素而定)。傳統(tǒng)提壩式水電站中的廠房、泄洪間和船間三大建筑物在平面布置上是垂直水流方向布置的，三者捆綁在一起，特別是泄洪閘建在鋼筋砼壩上部，使得主河床部位大壩必須深挖基礎(chǔ)，從而導(dǎo)致體積龐大，為了在建造龐大的砼圍堰時不停止施工并且安全渡過洪水期，大型水電站的圍堰內(nèi)施工工期常常多達(dá)數(shù)年，甚至將近10年之久。
現(xiàn)在盛行的砼面板堆石壩平面布置，主河床用砼堆石壩，為把水庫延伸到壩下游， 因而發(fā)電引水隧通洞口設(shè)在壩上游，電廠設(shè)在壩下游或山體內(nèi)。此種做法的好處不多，不足之處是引水隧洞長，條數(shù)多，又彎又曲，無法使用現(xiàn)代洞挖高效率機(jī)械反孔鉆機(jī)施工，通常引水隧洞和地下廠房所用的工期就是整個電廠工期，建成后每年采光、通風(fēng)耗電量大，因此工期與重力壩接近，比如，廣西的巖灘和天生橋一級電站工期都是10年。
國內(nèi)有一些針對傳統(tǒng)提壩式水電站進(jìn)行的局部改進(jìn)，如重慶交通大學(xué)申請的專利號為CN20101014M67. 1的“水電站岸坡消能結(jié)構(gòu)”，中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院申請的專利號為CN201010146081.8的“水電站岸邊式廠房上游墻的排水結(jié)構(gòu)及其施工方法”、申請?zhí)枮镃N200910099197. 8的“一種廠房與大壩連接界面結(jié)構(gòu)及施工工藝”，中國水利水電第七工程局有限公司申請的CN200910059497. 3“水電站地下廠房巖壁梁開挖鋼管鉆孔樣架及施工方法”等等，只是針對水電站已有整體結(jié)構(gòu)的局部改善，并未能從根本上解決基礎(chǔ)建設(shè)投資大，施工周期長的問題。
除此之外，傳統(tǒng)水電站建設(shè)期間產(chǎn)生的工程物料也難以處理，據(jù)統(tǒng)計(jì)，提壩式水電站基礎(chǔ)建設(shè)開挖出來的石渣每于瓦平均為10m3，導(dǎo)致大量開挖出來的石渣難找地方堆放， 造成投資巨大浪費(fèi)，工期延長，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新型的投資少、工期短的水電站布局結(jié)構(gòu)及其施工方法，解決目前水電站基礎(chǔ)建設(shè)投資大、施工周期長的問題。
本發(fā)明一種投資少、工期短的水電站布局結(jié)構(gòu)包括廠房、泄洪閘和船閘等建筑主體結(jié)構(gòu)，主河床上設(shè)置有壩體，廠房、泄洪閘和船閘設(shè)置在主河床壩體兩側(cè)山體上，其中泄洪閘和廠房設(shè)置在壩體后邊一側(cè)山體，船閘設(shè)置在壩體另一側(cè)山體，泄洪閘、廠房與所在山體之間沿河流方向開挖有延長水庫，該延長水庫水面與大壩上游水面持平，并與泄洪閘和廠房接觸；壩體、泄洪閘和廠房依次順河流方向設(shè)置，升壓變電站設(shè)置在廠房上方的山體上，廠房內(nèi)部的發(fā)電機(jī)組順河流方向一字排開，山體上開挖的延長水庫深度有10-30米，船閘設(shè)置在山體內(nèi)。
建設(shè)上述水電站布局結(jié)構(gòu)的施工方法包括泄洪閘施工方法、廠房建筑及水力發(fā)電機(jī)安裝方法、船閘施工方法，其中的泄洪閘施工方法、廠房建筑及水力發(fā)電機(jī)安裝方法、船閘施工方法在截流之前進(jìn)行，上述施工方法過程中產(chǎn)生的土石方直接用作截流后的壩體建造材料。
泄洪閘、廠房施工方法包括人以下步驟
(a)根據(jù)水庫設(shè)計(jì)上游水位確定大壩邊上山體開鑿高度；
(b)在該高度上開鑿部面呈“凹”字型山體；
(c)山體凹口位置開挖低于上游水位的大型引水渠作為延長水庫；
(d)山體靠近河流一側(cè)的突起部分順?biāo)鞣较蛞来谓ㄔ煨购殚l、廠房。
船閘施工方法包括人以下步驟
(a)在山體內(nèi)開鑿導(dǎo)流洞或在山體上開挖導(dǎo)流渠；
(b)對導(dǎo)流洞或?qū)Я髑脑斐纱l。
導(dǎo)流洞或?qū)Я髑诮亓髑笆┕ぁＰ购殚l施工方法、廠房建筑及水力發(fā)電機(jī)安裝方法、以及船閘施工方法均可以同步進(jìn)行。
本發(fā)明把發(fā)電廠房、泄洪閘的船閘三大建筑搬離主河床以及主河床壩體，根本性改變了傳統(tǒng)發(fā)電站的布局結(jié)構(gòu)。在這種布置下，泄洪間建在岸上從而可常年施工；船間建在山體內(nèi)，也可提前配合導(dǎo)流洞，提前于截流前施工；廠房的水下部分，由于只需開挖出出水道部分及水輪發(fā)電機(jī)高程以下部分，這部分需要不到一年即可建成，按此計(jì)算，一個大型水電站可在兩個枯水季節(jié)完成，并可安裝機(jī)組發(fā)電。由于三大建筑物可同時建設(shè)，互不干擾， 工期則減一大半，投資額也減一大半，同時三大建筑物開挖出來的石渣可用來建壩，解決了基礎(chǔ)建設(shè)產(chǎn)生的物料堆放問題。


圖1是本發(fā)明的水電站布局結(jié)構(gòu)示意圖。
壩體一1 ；山體一2 ；延長水庫——3 ；泄洪閘——4 ；升壓變電站——5 ；引水隧道——6 ；廠房——7 ；發(fā)電機(jī)組——8 ；船間一一9具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明的水電站布局結(jié)構(gòu)包括廠房7、泄洪閘4和船閘9等建筑主體結(jié)構(gòu)，主河床上設(shè)置有壩體1，廠房、泄洪閘和船閘設(shè)置在主河床壩體兩側(cè)山體上，其中泄洪閘4和廠房7設(shè)置在壩體后邊一側(cè)山體2，船閘9設(shè)置在壩體另一側(cè)山體，泄洪閘、廠房與所在山體之間沿河流方向開挖有延長水庫3，即在大壩的一側(cè)岸上挖出一道大引水渠道作為延長水庫3，利用該延長水庫把水庫水面引到大壩下游，在延長水庫靠河一側(cè)順河流向布置溢洪道及廠房，水流方向見箭頭所示，順河流方向依次設(shè)置壩體、泄洪閘和廠房，升壓變電站5設(shè)置在廠房7上方的山體2上，廠房內(nèi)部的發(fā)電機(jī)組8順河流方向一字排開，廠房內(nèi)的引水隧道6將延長水庫3的水引流到發(fā)電機(jī)組，另一側(cè)山體的導(dǎo)流洞貫通船閘并且都設(shè)置在山體內(nèi)。
為了實(shí)現(xiàn)上述水電站布局結(jié)構(gòu)，泄洪閘、廠房施工方法如下
(1)首先根據(jù)水庫設(shè)計(jì)上游水位確定大壩邊上山體開鑿高度；
(2)在該高度上開鑿剖面呈“凹”字型山體；
(3)山體凹口位置開挖低于上游水位的大型引水渠作為延長水庫；
(4)山體靠近河流一側(cè)的突起部分順?biāo)鞣较蛞来谓ㄔ煨购殚l、廠房。
采用上述泄洪閘施工方法的泄洪道底部的砼很薄，陡坡段往往是堅(jiān)硬巖石，不需接砼護(hù)坡，工程量小，消能簡單，而且由于渠道往往有20-30m深，在渠一側(cè)用反井鉆機(jī)開挖廠房進(jìn)水管，又直又短又高效，半年左右就挖完，水頭損失也小。采用上述廠房施工方法的廠房可做成半埋式廠房，原來巨大的隧洞和地下廠房巖石開挖由洞挖變成明挖，把廠房從地下轉(zhuǎn)到地面上來，采光、通風(fēng)等問題就容易解決了。
同時可以在對面山體上開展船閘施工，首先在山體上開鑿導(dǎo)流洞，該導(dǎo)流洞可以在截流前施工，之后根據(jù)需求在山體內(nèi)對導(dǎo)流洞擴(kuò)大進(jìn)行船閘建造，即利用導(dǎo)流隧洞的中間部位擴(kuò)大尺寸作為閘室，先期作導(dǎo)流洞，后期做為船閘；如果地形條件許可，山體也可以開挖成敞開式導(dǎo)流渠和船閘。
壩體材料主要用整個基礎(chǔ)工程開挖出來的石渣，以及附近岸邊的風(fēng)化石、砂礫或土料作壩體材料，就地取材，既節(jié)省了費(fèi)用又節(jié)省了工時。
傳統(tǒng)船閘一般建在河床的邊上，開敞式開挖，適用水頭35m以下，閘室兩側(cè)做成梯形，肥厚砼基礎(chǔ)開挖又深，投資大。比如廣西大化電廠發(fā)電后16年才建船閘，過船能力僅為 500噸，投資2億元；長州電站建后兩年又?jǐn)U建船閘，耗資30億元，三峽電站IlOm水頭，需建5級船閘，耗資上百億元，投資大工期長的原因是把整體基礎(chǔ)挖完，建起肥厚的鋼筋砼結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例1 世界聞名的三峽水電站，基礎(chǔ)開挖方量為10259萬m3，如果按高寬各Im 繞地球擺放，可繞地球2. 5圈，石渣難找地方堆放，又無用，破壞環(huán)境，如果采用本發(fā)明的布局結(jié)構(gòu)及施工方法，僅需用10%的廢棄石渣建壩和全電站鋼筋砼總量的3-6%即可建成同等規(guī)模大壩，投資大幅度減少，工期大幅度縮短。
實(shí)施例2 廣西巖灘水電站，設(shè)計(jì)采用砼重力壩，壩高100m，長700m，輝綠巖基礎(chǔ)， 裝機(jī)121萬千瓦，工期10年，基礎(chǔ)開挖1017萬m3，砼方量342萬m3，石渣堆滿四周。如果采用本發(fā)明的布局結(jié)構(gòu)及施工方法，僅用其廢棄石渣一半和鋼筋砼總量的6%即可成大壩。
實(shí)施例3 目前國內(nèi)最先進(jìn)的天生橋一級水電站，采用砼面板堆石壩，壩高178m， 裝機(jī)容量120萬千瓦，與巖灘相同，也在同一時期建設(shè)，鋼筋砼用量137萬m3，每千瓦鋼筋砼用量1. 14m3，實(shí)際千瓦造價8500元，相當(dāng)于巖灘3000元的2. 83倍，工期也同樣用10年，如果采用本發(fā)明的布局結(jié)構(gòu)及施工方法，投資和工期將大幅度減少。
權(quán)利要求
1.一種投資少工期短的水電站布局結(jié)構(gòu)，包括廠房(7)、泄洪閘(4)和船閘(9)等建筑主體結(jié)構(gòu)，主河床上設(shè)置有壩體(1)，其特征在于所述廠房、泄洪閘和船閘設(shè)置在主河床壩體兩側(cè)山體上，其中泄洪閘(4)和廠房(7)設(shè)置在壩體后邊一側(cè)山體0)，船閘(9)設(shè)置在壩體另一側(cè)山體，泄洪閘、廠房與所在山體之間沿河流方向開挖有延長水庫(3)，該延長水庫水面與大壩上游水面持平，并與泄洪間和廠房接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站布局結(jié)構(gòu)，其特征在于順河流方向依次設(shè)置壩體 (1)、泄洪閘(4)、廠房(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站布局結(jié)構(gòu)，其特征在于升壓變電站(5)設(shè)置在廠房(7)上方的山體(2)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的水電站布局結(jié)構(gòu)，其特征在于廠房內(nèi)部的發(fā)電機(jī)組(8)順河流方向一字排開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站布局結(jié)構(gòu)，其特征在于山體上開挖的延長水庫深度有10-30米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水電站布局結(jié)構(gòu)，其特征在于船閘(9)設(shè)置在山體內(nèi)。
7.一種建設(shè)權(quán)利要求1所述的水電站布局結(jié)構(gòu)的施工方法，包括泄洪閘(4)施工方法、 廠房(7)建筑及水力發(fā)電機(jī)安裝方法、船閘(9)施工方法，其特征在于泄洪閘施工方法、廠房建筑及水力發(fā)電機(jī)安裝方法、船間施工方法在截流之前進(jìn)行，上述施工方法過程中產(chǎn)生的土石方直接用作截流后的壩體(1)建造材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的施工方法，其特征在泄洪閘、廠房(7)施工方法包括人以下步驟(a)根據(jù)水庫設(shè)計(jì)上游水位確定大壩邊上山體開鑿高度；(b)在該高度上開鑿剖面呈“凹”字型山體；(c)山體凹口位置開挖低于上游水位的大型引水渠作為延長水庫；(d)山體靠近河流一側(cè)的突起部分順?biāo)鞣较蛞来谓ㄔ煨购殚l、廠房。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的施工方法，其特征在船間施工方法包括人以下步驟(a)在山體內(nèi)開鑿導(dǎo)流洞；(b)對導(dǎo)流渠改造成船閘。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的施工方法，其特征在船間施工方法包括人以下步驟(a)在山體上開挖導(dǎo)流渠；(b)對導(dǎo)流渠改造成船閘。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的施工方法，其特征在導(dǎo)流洞或?qū)Я髑诮亓髑笆┕ぁ?br> 12.根據(jù)權(quán)利要求7-10任一所述的施工方法，其特征在于所述的泄洪閘(4)施工方法、廠房(7)建筑及水力發(fā)電機(jī)安裝方法、船閘(9)施工方法可以同步進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種投資少、工期短的水電站布局結(jié)構(gòu)及其施工方法，布局結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于廠房、泄洪閘和船閘設(shè)置在主河床壩體兩側(cè)山體上，泄洪閘、廠房與所在山體之間沿河流方向開挖有延長水庫，該延長水庫水面與大壩上游水面持平，壩體、泄洪閘和廠房依次順河流方向設(shè)置，施工方法是先根據(jù)水庫設(shè)計(jì)上游水位確定大壩邊上山體開鑿高度，然后在該高度上開鑿剖面呈“凹”字型山體，凹口位置開挖低于上游水位的大型引水渠作為延長水庫，靠近河流一側(cè)的凸起部分順?biāo)鞣较蛞来谓ㄔ煨购殚l、廠房，另一側(cè)山體開鑿導(dǎo)流渠，并擴(kuò)建成船閘，由于三大建筑物可同時建設(shè)，工期和投資額也減少很多，解決目前水電站基礎(chǔ)建設(shè)投資大、施工周期長的問題。
文檔編號E02B9/00GK102518093SQ201210005408
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者盧嬋江, 盧現(xiàn)立, 盧鋒, 楊綠峰 申請人:盧現(xiàn)立