山区小型水电站压力管道布置探索

 摘要：山区小型水电站压力管道是引水系统的一个组成建筑物，是该电站的关键工程，并制约着工程的安全与投资，其平面布置应根据管道形式、当地的地形地质条件和工程的总体布置要求确定，同时考虑安全、经济、利用率等因素。 

　　关键词：山区，水电站，压力管道，平面布置 

　　中图分类号：TV7 文献标识码：A 文章编号： 

　　前言 

　　压力管道是指从前池或调压室向水轮机输送水量的管道。其一般特点是坡度陡，内水压力大，承受水锤的动水压力，而且靠近厂房。因此它必须是安全可靠的。万一发生事故，也应有防止事故扩大的措施，以保证厂房和运行人员的安全。 

　　建于山区的小型水电站，水源河流特性多为坡降陡，落差大，多年平均径流量小，洪水流量相对较大，泥沙含量多，所以开发方式主要为引水式。前池位置大多选在山梁子的山腰上，地形自然坡度陡，易形成高陡边坡，所以山区小型水电站枢纽的布置，应优先选定发电厂房及前池的位置，设计人员在压力管道布置过程中，除了按规范要求外，也应考虑地形、地质条件对压力管道布置的影响。本文用正在运行的湖北省保康县堰林二级水电站的压力管道布置经验对山区小型水电站压力管道的布置进行探讨与研究。 

　　工程概况 

　　堰林二级水电站工程所在流域位于湖北省襄阳市保康县境内，属于南河流域，涉及河流为南河流一级支流——林川河，西与神农架林区接壤，北与十堰市为邻。工程的主要任务是发电，为引水式小型水电站，该水电站为2水源1厂1主变型式，总装机为3400kW(1×1600kW+1×1000kW+1×800kW)，引水系统、主副厂房均布置在河道右岸。目前已运行两年，各项指标均达到设计要求。 

　　根据总体布置，发电引水系统由无压引水渠系、压力前池及压力管道组成，发电水流由前池经压力管道进入厂房的水轮机组发电。水电站的主水源来自具有旬调节能力的小型水库，属引水式小型水电站，无压引水隧洞总长3068m，前池为洞内式扩大前池，压力管道(以下称主管)为单管联合供水方式，高差254m，主管道长425.3m，钢管直径700mm，装机为2400kW(1600kW+800kW)；第二水源来自堰林一级水电站尾水(属另一小流域乾溪沟)，同样属于无压引水方式，经引水系统(有明渠、隧洞)至洞内式扩大前池，压力管道(以下称副管)为单管单供方式，高差405.85m，管道长650.9m，钢管直径350mm，装机1000kW。 

　　压力管道的线路选择和平面布置 

　　压力管道是引水系统的一个重要组成建筑物，压力管道的平面布置应根据其形式、当地的地形地质条件和工程的总体布置要求确定。 

　　3.1 压力管道的地质条件 

　　堰林二级水电站工程地处山区，其裂隙多为应力构造卸荷裂隙，主要分布在褶皱核部以及断裂附近，裂面光滑平直，少数充填石英脉，方解石脉，泥土，多数无充填。本区属于典型的喀斯特地貌，各种地形均有出现，比如溶沟、孤峰、峡谷等，发电厂房布置在弯曲山脊突断的河道岸边，压力钢管的布置则须通过顺下陡崖、跨过深沟、顺过峡谷和穿越山脊等方式克服多种地形条件，其布置有一定难度。由于管线长、落差大，管道通过的地段地形错综复杂，地势陡缓变化不一，孤石飘零出露，为此，合理布置管线，是该电站管道设计的关键问题之一。 

　　3.2 压力管道的平面布置 

　　管线的平面布置应符合电站总体布置要求的同时，其平面布置考虑了复杂地形地质条件，结合压力隧洞出口及电站厂房位置，根据该电站发电水头高、管线长的特点和制作安装条件、运行要求等，通过经济技术比较，来确定压力管道的平面布置方式。 

　　3.2.1 平面布置线路选择原则 

　　压力管道的线路选择结合压力前池和水电站厂房的布置统一考虑，选择在地形和地质条件优越的地段。线路选择的原则为： 

　　（1）管道路线应尽可能短而直，以降低造价，减少水头损失，降低水击压力，改善机组运行条件。因此，明钢管常敷设在陡峭的山坡上，以此来缩短管线距离。 

　　（2）选择良好的地质条件，要求地基稳定、地下水位低，避开山洪、滑坡、塌方及滚石威胁地段等。管线应敷设在坚固而稳定的山坡上，以免因地基滑动引起坡道破坏；支墩和镇墩应尽量设置在坚固的基岩上，表面的覆盖层应予以清除，以防止支墩和镇墩发生有害的位移。 

　　（3）管线设置尽量减小上下起伏，保障管道顺直，同时保证转弯半径减少局部水头损失对于明钢管在支墩上设置，一般距离地面不小于60cm，以便于维护和检修。管道受力明确，在自重和水重作用下，水管在支墩上相当于一个多跨连续梁，不超过120~150m或在钢管轴线转弯处设置镇墩，将水管完全固定，相当于梁的固定端。 

　　（4）避开可能发生山崩或滑坡地区。明管应尽可能沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷之中，若明管之上有坠石或可能崩塌的峭壁，则应事先清除。 

　　（5）为了避免钢管一旦发生意外事故时，危机电站设备和人身安全，明钢管的首部应设置事故闸门，并应考虑设置事故排水和防冲设施。与水渠、道路、输电线、通信线路等交叉时，要设置必要的交叉建筑物和防护设施。 

　　（6）水头高线路长的管线，要满足钢管运输安装和运行管理、维修等交通要求。 

　　此外，沿管线一般要设置交通道路，并有照明设施。根据工程具体情况，可在交通道路沿线设置休息平台、扶手栏杆、越过钢管的爬梯或管底通道等。 

　　3.2.2 压力管道的平面布置方式 

　　根据压力管道的线路选择原则，同时考虑到周边实际地质状况，堰林二级水电站工程的压力管道平面布置如下： 

　　（1）经济原则。压力管道的布置尽量短，以降低造价，减少水头损失，降低水击压力，并减少管槽开挖、镇墩支墩及管道金结工程量，减少投资，改善机组运行条件。 

　　（2）安全原则。压力管道的布置必须保障发电厂房的安全，防止因夏季暴雨、冬季冻溶、山体落石或突然全抛负荷等引起的管道爆裂。同时确保管道地基稳定、地下水位低，避开山洪、滑坡、塌方及滚石威胁地段等。故将0+328.7斜井上口封堵，而与镇墩合并，并在管道的左侧修建排水渠，来预防暴雨以及管道爆裂等状况而形成的洪水，以确保电站安全。 

　　（3）利用率原则。在布置上尽量减少水平转角，减少水头损失，同时也尽量减小管道线路的上下起伏和波折，避免出现反坡，以利于管道排空，故选择在主管0+078和0+328.7处采取斜进方式已达到此目的。 

　　（4）适用原则。经现场论证，结合前池、厂房位置，主副管在主管0+076处重叠布置，主管在下，副管在上，主副钢管共用管槽、镇墩、支墩共347m。 

　　（5）本工程水头高线路长，管线要满足运输安装和运行管理、维修等交通要求。 

　　根据以上原则，并结合实际的地形地质条件、交通条件等进行了技术经济比较，最终确定压力管道压力管线前段总体上大致沿压力前池到厂房间的山脊布置，末段采用斜井，穿过山脊方式布置。这样设置的优点是管线短，水流平顺，减小了水击压力和水头损失，保障了发电厂房的安全。 

　　4 结论 

　　压力管道是引水系统的一个组成建筑物。压力管道的平面布置应根据其形式、当地的地形地质条件和工程的总体布置要求确定，同时考虑安全、经济、利用率等因素。所以山区小型水电站枢纽的压力管道的布置应按以下原则：（1）路线尽可能短、直，以达到降低造价、水头损失小的目的；（2）地质条件好，山体稳定、地下水位低、避开山崩、雪崩地区；（3）尽量减小起伏，避免出现负压，转弯半径；（4）避开可能发生山崩或滑坡的地区以及山水集中的地区，可沿山脊布置，明钢管首部设控制闸门，并考虑事故排水等。 

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