分析水电站气垫式调压室应用现状和主要设计问题

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1、分析水电站气垫式调压室应用现状和主要设计问题【摘要】近年来，随着经济的飞速发展，环境污染问题也越来越受到人们的重视，为了保护环境，节约工程建设中的投资，我国开始在某些水电站建设气垫式调压室。采用气垫式调压方案，不仅有利于保护环境，还减少了工程中的投资，节约了建设成本。本文主要分析水电站气垫式调压室的应用现状以及主要设计问题。【关键词】水电站；气垫式调压室；现状；设计气垫式调压室是我国的一种新技术，具有保护环境节约成本的优点，气垫式调压室还被称作封闭调压室，它作为一种性能优越的水锤和波涌控制设施，在水电站的运

2、行中发挥着重要的作用，它的工作原理是:在室内一部分充水，在水面之上的密闭空间中充满高压空气，形成一个气垫，利用空气的压缩和膨胀，来减小调压室内水位的涨落幅度。与常规调压室相比，气垫式调压室的高度可以大大降低，可少受地形条件的限制并保护地表环境，可布置在更接近厂房的位置，使引水道在纵剖面上更接近于直线，因此缩短了引水道的长度，减少了工程量，并改善了机组的调节性能。一、水电站气垫式调压室的应用现状世界上第一个气垫式调压室最早建设在挪威，建于1973年，挪威的最后一座已建成的气垫式调压室Torpa水电站于1989

3、年投入运行。在1989年之后，挪威就没有再建气垫式调压室，并不是因为该种调压室再设计上存在的问题，而是挪威政府对水电开发的政策，因为政策的限制，挪威才没有继续建设气垫式调压室。根据资料显示，直到今天其他国家还没有开启水电站气垫式调压室的建设。（一）自一里水电站的建设21世纪以来，我国开始真正意义上的气垫式调压室的建设，2001年1月，自一里水电站开始研究采用气垫式调压室方案，并列入了2001年国家电力公司科技项目计划。经过学习考察、国内外专家咨询，以及大量设计研究工作，成都勘测设计研究院提出自一里水电站气垫

4、室调压室设计方案。2003年6月，该方案通过了水电水利规划设计总院组织的专题审查。自一里建设在九寨沟风景区之中，电站施工公路极为险峻，施工难度相对较大，由于用了气垫式调压室设计方案，有效解决了厂内的交通问题，同时也保护了风景区内的自然环境。（二）小天都水电站的建设小天都水电站建设，因318国道沿线地形险峻，常规调压室方案同样存在较为突出的厂内交通问题和风景区环境保护问题。施工对318国道干扰较大，投资亦较高，另外，常规调压室竖井上部和上室处于碎裂、散体结构的围岩中，施工难度较大。为解决这些问题，自2002年

5、4月开始了气垫式调压室方案的设计研宄工作，并提出了设计方案，2003年1月通过了水电水利规划设计总院组织的专题审查。2004年初，和自一里电站同一业主的木座水电站也准备采用气垫式调压室方案，目前正在研究中。二、气垫式调压室主要设计问题（一）围岩质量准则气垫式调压室的建设关键在于围岩质量是否符合标准。岩石自身应能抵抗非常高的水压力作用。因此，应选择岩石强度高（坚硬岩）、岩体相对完整、洞室稳定性好的位置进行气垫式调压室布置，避开较大的不利地质构造和岩溶发育地区。（二）最小覆盖厚度经验准则气垫式调压室应首先满足上

6、抬理论经验准则要求通过控制垂直和水平覆盖厚度，从宏观上避免山体发生整体上抬和失稳现象。最小覆盖厚度准则对气垫式调压室设计是必须满足的，特别是在初步评判气垫式调压室方案的成立与否及初拟位置时更具有重要意义（三）最小地应力准则最小覆盖厚度经验准则属于简单极限平衡法，该方法仅考虑岩石的重力。然而地形对谷坡内的实际地应力影响很大，许多情况下还存在相当大的构造应力和残余应力。因此，为确保围岩不发生水力劈裂和气压劈裂破坏，最小地应力准则就显得更为必要。（四）岩体抗渗准则岩体渗透性是确定洞壁岩体漏水、漏气量的重要指标，应

7、选择透水性相对微弱的岩体进行气垫式调压室布置，应进行固壁灌浆处理。气垫式调压室一般应选择在围岩质量较好的部位对局部范围透水率较大的部位应进行灌浆处理，以减少气体的损失。灌浆一般在气室内进行，最大灌浆压力应大于气垫室内最大气体压力，并建议按气垫室最大气体压力的1.2倍设计，同时应小于最小主地应力。是否对水幕上方岩体进行灌浆处理以降低水幕中可能发生的漏水问题，应该视现场具体情况而定。例如挪威水电站的水幕设计中未考虑对水幕上方岩体进行灌浆处理。（五）地下水压力梯度准则如果岩体的渗透性不是很低，为了使空气损失控制在

8、允许范围内，使围岩内的水压力大于气垫压力是至关重要的。气垫式调压室位置的天然地下水压力若高于气垫压力，在运行过程中，朝向气垫的地下水压力梯度是正的，就可以避免漏气，这是避免气流向外泄漏的准则。若拟建气垫式调压室位置的天然地下水位较低，低于最高气体压力水头，或者天然地下水位不确定，则需要设置水幕，人为地产生必要的孔隙水压力，以解决漏气问题。1、水幕的布置设计水幕的布置以封住气垫室使气体在水幕压力下不外泄为原则，水幕