一种投资少工期短的水电站布局结构及其施工方法

摘要

本发明涉及一种投资少、工期短的水电站布局结构及其施工方法，布局结构特点在于厂房、泄洪闸和船闸设置在主河床坝体两侧山体上，泄洪闸、厂房与所在山体之间沿河流方向开挖有延长水库，该延长水库水面与大坝上游水面持平，坝体、泄洪闸和厂房依次顺河流方向设置，施工方法是先根据水库设计上游水位确定大坝边上山体开凿高度，然后在该高度上开凿剖面呈“凹”字型山体，凹口位置开挖低于上游水位的大型引水渠作为延长水库，靠近河流一侧的凸起部分顺水流方向依次建造泄洪闸、厂房，另一侧山体开凿导流渠，并扩建成船闸，由于三大建筑物可同时建设，工期和投资额也减少很多，解决目前水电站基础建设投资大、施工周期长的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水电站整体布局结构以及施工方法，特别适用于缩短施工期限、减少投 资的河床式水电站。

背景技术

水电站是将水能转换为电能的综合工程设施，包括为利用水能生产电能而兴建的一系列 水电站建筑物及装设的各种水电站设备，一般由水工建筑物、厂房、发电动力装置、电工一 次系统、电工二次系统等部分组成。壅水进筑物、引水建筑物、泄洪建筑物均为水工建筑物， 发电动力装置包括水轮发电机组和主厂房中一些辅助设备，利用这些建筑物集中天然水流的 落差形成水头，汇集、调节天然水流的流量，并将它输向水轮机，经水轮机与发电机的联合 运转，将集中的水能转换为电能，再经变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。

堤坝式水电站的主要水工建筑物，核心建筑为大坝。大坝可分为混凝土坝和土石材料坝。 大、中型水电站都采用混凝土坝，以保证足够的强度和寿命，水电站的基建投资大部分用于 拦河筑大坝上(具体百分比随坝址地形、河道条件等多项因素而定)。传统堤坝式水电站中的 厂房、泄洪闸和船闸三大建筑物在平面布置上是垂直水流方向布置的，三者捆绑在一起，特 别是泄洪闸建在钢筋砼坝上部，使得主河床部位大坝必须深挖基础，从而导致体积庞大，为 了在建造庞大的砼围堰时不停止施工并且安全渡过洪水期，大型水电站的围堰内施工工期常 常多达数年，甚至将近10年之久。

现在盛行的砼面板堆石坝平面布置，主河床用砼堆石坝，为把水库延伸到坝下游，因而 发电引水隧通洞口设在坝上游，电厂设在坝下游或山体内。此种做法的好处不多，不足之处 是引水隧洞长，条数多，又弯又曲，无法使用现代洞挖高效率机械反孔钻机施工，通常引水 隧洞和地下厂房所用的工期就是整个电厂工期，建成后每年采光、通风耗电量大，因此工期 与重力坝接近，比如，广西的岩滩和天生桥一级电站工期都是10年。

国内有一些针对传统堤坝式水电站进行的局部改进，如重庆交通大学申请的专利号为 CN201010142467.1的“水电站岸坡消能结构”，中国水电顾问集团华东勘测设计研究院申请 的专利号为CN201010146081.8的“水电站岸边式厂房上游墙的排水结构及其施工方法”、申 请号为CN200910099197.8的“一种厂房与大坝连接界面结构及施工工艺”，中国水利水电 第七工程局有限公司申请的CN200910059497.3“水电站地下厂房岩壁梁开挖钢管钻孔样架及 施工方法”等等，只是针对水电站已有整体结构的局部改善，并未能从根本上解决基础建设 投资大，施工周期长的问题。

除此之外，传统水电站建设期间产生的工程物料也难以处理，据统计，堤坝式水电站基 础建设开挖出来的石渣每于瓦平均为10m³，导致大量开挖出来的石渣难找地方堆放，造成投 资巨大浪费，工期延长，严重破坏生态环境。

发明内容

本发明提供一种新型的投资少、工期短的水电站布局结构及其施工方法，解决目前水电 站基础建设投资大、施工周期长的问题。

本发明一种投资少、工期短的水电站布局结构包括厂房、泄洪闸和船闸等建筑主体结构， 主河床上设置有坝体，厂房、泄洪闸和船闸设置在主河床坝体两侧山体上，其中泄洪闸和厂 房设置在坝体后边一侧山体，船闸设置在坝体另一侧山体，泄洪闸、厂房与所在山体之间沿 河流方向开挖有延长水库，该延长水库水面与大坝上游水面持平，并与泄洪闸和厂房接触； 坝体、泄洪闸和厂房依次顺河流方向设置，升压变电站设置在厂房上方的山体上，厂房内部 的发电机组顺河流方向一字排开，山体上开挖的延长水库深度有10-30米，船闸设置在山体 内。

建设上述水电站布局结构的施工方法包括泄洪闸施工方法、厂房建筑及水力发电机安装 方法、船闸施工方法，其中的泄洪闸施工方法、厂房建筑及水力发电机安装方法、船闸施工 方法在截流之前进行，上述施工方法过程中产生的土石方直接用作截流后的坝体建造材料。

泄洪闸、厂房施工方法包括人以下步骤：

(a)根据水库设计上游水位确定大坝边上山体开凿高度；

(b)在该高度上开凿部面呈“凹”字型山体；

(c)山体凹口位置开挖低于上游水位的大型引水渠作为延长水库；

(d)山体靠近河流一侧的突起部分顺水流方向依次建造泄洪闸、厂房。

船闸施工方法包括人以下步骤

(a)在山体内开凿导流洞或在山体上开挖导流渠；

(b)对导流洞或导流渠改造成船闸。

导流洞或导流渠于截流前施工。泄洪闸施工方法、厂房建筑及水力发电机安装方法、以 及船闸施工方法均可以同步进行。

本发明把发电厂房、泄洪闸的船闸三大建筑搬离主河床以及主河床坝体，根本性改变了 传统发电站的布局结构。在这种布置下，泄洪闸建在岸上从而可常年施工；船闸建在山体内， 也可提前配合导流洞，提前于截流前施工；厂房的水下部分，由于只需开挖出出水道部分及 水轮发电机高程以下部分，这部分需要不到一年即可建成，按此计算，一个大型水电站可在 两个枯水季节完成，并可安装机组发电。由于三大建筑物可同时建设，互不干扰，工期则减 一大半，投资额也减一大半，同时三大建筑物开挖出来的石渣可用来建坝，解决了基础建设 产生的物料堆放问题。

附图说明

图1是本发明的水电站布局结构示意图。

坝体——1；山体——2；延长水库——3；泄洪闸——4；升压变电站——5；引水隧道— —6；厂房——7；发电机组——8；船闸——9

具体实施方式

如图1所示，本发明的水电站布局结构包括厂房7、泄洪闸4和船闸9等建筑主体结构， 主河床上设置有坝体1，厂房、泄洪闸和船闸设置在主河床坝体两侧山体上，其中泄洪闸4 和厂房7设置在坝体后边一侧山体2，船闸9设置在坝体另一侧山体，泄洪闸、厂房与所在 山体之间沿河流方向开挖有延长水库3，即在大坝的一侧岸上挖出一道大引水渠道作为延长 水库3，利用该延长水库把水库水面引到大坝下游，在延长水库靠河一侧顺河流向布置溢洪 道及厂房，水流方向见箭头所示，顺河流方向依次设置坝体、泄洪闸和厂房，升压变电站5 设置在厂房7上方的山体2上，厂房内部的发电机组8顺河流方向一字排开，厂房内的引水 隧道6将延长水库3的水引流到发电机组，另一侧山体的导流洞贯通船闸并且都设置在山体 内。

为了实现上述水电站布局结构，泄洪闸、厂房施工方法如下：

(1)首先根据水库设计上游水位确定大坝边上山体开凿高度；

(2)在该高度上开凿剖面呈“凹”字型山体；

(3)山体凹口位置开挖低于上游水位的大型引水渠作为延长水库；

(4)山体靠近河流一侧的突起部分顺水流方向依次建造泄洪闸、厂房。

采用上述泄洪闸施工方法的泄洪道底部的砼很薄，陡坡段往往是坚硬岩石，不需接砼护 坡，工程量小，消能简单，而且由于渠道往往有20-30m深，在渠一侧用反井钻机开挖厂房进 水管，又直又短又高效，半年左右就挖完，水头损失也小。采用上述厂房施工方法的厂房可 做成半埋式厂房，原来巨大的隧洞和地下厂房岩石开挖由洞挖变成明挖，把厂房从地下转到 地面上来，采光、通风等问题就容易解决了。

同时可以在对面山体上开展船闸施工，首先在山体上开凿导流洞，该导流洞可以在截流 前施工，之后根据需求在山体内对导流洞扩大进行船闸建造，即利用导流隧洞的中间部位扩 大尺寸作为闸室，先期作导流洞，后期做为船闸；如果地形条件许可，山体也可以开挖成敞 开式导流渠和船闸。

坝体材料主要用整个基础工程开挖出来的石渣，以及附近岸边的风化石、砂砾或土料作 坝体材料，就地取材，既节省了费用又节省了工时。

传统船闸一般建在河床的边上，开敞式开挖，适用水头35m以下，闸室两侧做成梯形， 肥厚砼基础开挖又深，投资大。比如广西大化电厂发电后16年才建船闸，过船能力仅为500 吨，投资2亿元；长州电站建后两年又扩建船闸，耗资30亿元，三峡电站110m水头，需建 5级船闸，耗资上百亿元，投资大工期长的原因是把整体基础挖完，建起肥厚的钢筋砼结构。

实施例1：世界闻名的三峡水电站，基础开挖方量为10259万m³，如果按高宽各1m绕 地球摆放，可绕地球2.5圈，石渣难找地方堆放，又无用，破坏环境，如果采用本发明的布 局结构及施工方法，仅需用10％的废弃石渣建坝和全电站钢筋砼总量的3-6％即可建成同等规 模大坝，投资大幅度减少，工期大幅度缩短。

实施例2：广西岩滩水电站，设计采用砼重力坝，坝高100m，长700m，辉绿岩基础， 装机121万千瓦，工期10年，基础开挖1017万m³，砼方量342万m³，石渣堆满四周。如 果采用本发明的布局结构及施工方法，仅用其废弃石渣一半和钢筋砼总量的6％即可成大坝。

实施例3：目前国内最先进的天生桥一级水电站，采用砼面板堆石坝，坝高178m，装机 容量120万千瓦，与岩滩相同，也在同一时期建设，钢筋砼用量137万m³，每千瓦钢筋砼用 量1.14m³，实际千瓦造价8500元，相当于岩滩3000元的2.83倍，工期也同样用10年，如 果采用本发明的布局结构及施工方法，投资和工期将大幅度减少。

表1本发明水电站与传统水电站土建工程量对比表

上表数据表明，采用本发明布局结构和施工方法的水电站与传统水电站土建工程量相比， 平均用土石方量仅为传统水电站上石方的开挖量的40％左右，砼用量为1/16左右，因而整个 水电站投资额和工期双双大幅下降，具有明显的经济效益。