天荒坪抽水蓄能電站水工建筑物簡介課件

1、天荒坪抽水蓄能電站水工建筑物簡介8/20/20221一、工程概況二、主要水工建筑物及 投產(chǎn)后的運(yùn)行情況三、水工建筑物運(yùn)行的特點(diǎn)四、防洪度汛8/20/20222一、工程概況地理位置裝機(jī)容量工程投資建設(shè)過程8/20/20223地理位置天荒坪南京上海杭州175公里57公里180公里8/20/20224裝機(jī)容量裝機(jī)容量180（6x30) 萬千瓦設(shè)計年發(fā)電量31.60 億千瓦時設(shè)計年抽水電量42.86 億千瓦時設(shè)計綜合效率73%實際綜合效率接近80%8/20/20225工程投資靜態(tài)投資: 45.4億元動態(tài)投資:73.8億元單位kW:4100元實際投資:約 64億元單位kW:3600元8/20/20226

2、投資比例8/20/20227建設(shè)過程1992年6月電站前期準(zhǔn)備工程1993年4月主要承建單位進(jìn)點(diǎn)1994年3月1日工程施工正式開始2019年9月30日1號機(jī)組投入試生產(chǎn)2000年12月25日6號機(jī)組投入試生產(chǎn)8/20/20228二、主要水工建筑物及投產(chǎn)后的運(yùn)行情況8/20/20229樞紐布置上水庫輸水系統(tǒng)地下廠房 開關(guān)站下水庫8/20/202210樞紐布置剖面圖上水庫開關(guān)站下水庫輸水系統(tǒng)地下廠房8/20/202211 上水庫水工建筑物及投產(chǎn)后的運(yùn)行情況8/20/202212上水庫位于山河港左岸山頂?shù)囊粔K溝源洼地，有一座主壩、四座副壩所圍成。上庫有兩座山，靠近電站展覽大廳后側(cè)的叫天荒坪，海拔高程

3、EL930.19。上庫對岸那座山叫擱天嶺，海拔高程EL973.01。8/20/202213上庫于1993年6月20日開始動工，2019年8月12日全面完工。上庫土建部分的開挖和填筑由水電五局承擔(dān)，瀝青混凝土防滲護(hù)面工程由德國Strabag公司承擔(dān)。整個上庫由一座主壩和4座副壩組成，其中主壩為土石壩，4座副壩分別是土石壩1座、堆石壩1座、土壩2座。上庫環(huán)庫公路海拔高程在EL908.30左右，壩頂寬8m，主壩最大壩高72m，環(huán)庫公路全長2315m。 8/20/202214上庫設(shè)計最高運(yùn)行水位為EL905.2，相應(yīng)庫容919.2萬m3；設(shè)計最低蓄水位即死水位EL863，相應(yīng)庫容37.97 萬m3；發(fā)

4、電庫容676.76 萬m3,事故備用庫容125.32萬m3；上庫最大工作深度42.2m，正常工作時日變幅34m。 8/20/202215905.2876.783869.02865.51863總庫容：919.2萬方發(fā)電庫容676.76萬方事故備用125.32萬方滲漏供水備用49.13萬方潘村水庫補(bǔ)水30萬方死庫容37.97萬方8/20/2022168/20/202217上庫防滲 上庫防滲的必要性 由于天荒坪上庫無任何天然逕流補(bǔ)給，水全部都是由下庫抽上去的，所以上庫的水就顯得特別珍貴，與那些有天然逕流補(bǔ)給的上庫相比較，天荒坪上庫的防滲也就顯得尤為重要 。8/20/202218上庫防滲的措施 進(jìn)出水

5、口附近的巖質(zhì)岸坡采用噴砼護(hù)面； 進(jìn)出水口前部分庫底采用砼護(hù)底防滲； 庫岸和庫底均采用瀝青砼防滲護(hù)面進(jìn)行防滲。 8/20/202219瀝青混凝土防滲護(hù)面項目是通過國際招標(biāo)由德國斯特拉堡公司中標(biāo)，該項目于2019年8月1日進(jìn)點(diǎn)，2019年8月12日完工 。瀝青砼防滲護(hù)面自下而上分別由整平膠結(jié)層、防滲層和瀝青瑪?shù)僦忾]層等組成，其中整平膠結(jié)層的厚度在庫岸為10cm、庫底為8cm，防滲層的厚度無論在庫底還是庫岸均為10cm，在護(hù)面的正、反弧部位增設(shè)了5cm厚的防滲加厚層和一層聚脂網(wǎng)格，最表面的瀝青瑪?shù)僦忾]保護(hù)層的厚度為2mm，它主要是對下面的瀝青護(hù)面起到一個保護(hù)和延遲老化的作用。 8/20/2022

6、20整個上庫的瀝青混凝土防滲護(hù)面面積28.5萬m2，由主壩、北副壩、西副壩和西南副壩五座壩體、庫岸和庫底圍成。8/20/202221 為匯集庫岸和庫底來的滲漏水和地下水，消減防滲護(hù)面底部在庫水位驟降時的揚(yáng)壓力，防止防滲護(hù)面遭頂托破壞，上庫防滲護(hù)面下設(shè)置了完善的排水系統(tǒng)：（1）防滲護(hù)面下部設(shè)置有厚60cm90cm的碎石排水墊層，將滲水流向排水觀測廊道；（2）在排水墊層內(nèi)布置有排水管，為PVC/REP復(fù)合管，內(nèi)徑20cm，縱橫間距均為25m，直管兩端接入排水觀測廊道及截水墻內(nèi)；（3）沿庫底周邊布置排水觀測廊道，排水觀測廊道是庫底排水的引出環(huán)節(jié)，總長1335m 。8/20/202222上水庫投產(chǎn)后的

7、運(yùn)行情況上庫廊道的裂縫處理瀝青混凝土防滲護(hù)面的開裂 8/20/202223上庫廊道的裂縫處理 上庫整個環(huán)庫盆底部設(shè)有城門洞型排水觀測和巡檢廊道，廊道底板厚60cm，頂拱厚度也是60cm，直墻厚70cm。施工期為了加快施工進(jìn)度，廊道除直墻部分采用現(xiàn)場澆筑以外，頂拱采用場外預(yù)制、現(xiàn)場安裝的辦法 ?，F(xiàn)在看來，盡管當(dāng)時工期是提前了，但是給現(xiàn)在的運(yùn)行卻增加了不少的工作量，由于預(yù)制頂拱與現(xiàn)場澆筑的直墻之間整體性不強(qiáng)，不利于應(yīng)力的傳遞 。 8/20/20222470cm60cm150cm8/20/202225在頂拱出現(xiàn)縱縫，1至2毫米；限裂設(shè)計，但不大于0.3mm；特征是裂縫隨水位的變化開合，還有加大的趨勢

8、。 8/20/202226上庫蓄水后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)廊道預(yù)制頂拱多處出現(xiàn)細(xì)微的裂紋，為安全起見，電廠請中水五局對其進(jìn)行了鋼結(jié)構(gòu)支撐的加固，讓鋼結(jié)構(gòu)與廊道共同承擔(dān)上部荷載 。2019年初，武漢大學(xué)又在原鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)對其進(jìn)行了進(jìn)一步的補(bǔ)充加固，旨在增加鋼結(jié)構(gòu)與砼頂拱的整體性，改善廊道的受力條件，增加廊道的安全系數(shù)。加固以后，通過對測縫計監(jiān)測資料的分析，裂縫的開度未出現(xiàn)繼續(xù)增大的趨勢，有些甚至有閉合的跡象，這說明廊道補(bǔ)強(qiáng)加固方案是可行的，效果是比較明顯的。 8/20/2022278/20/2022288/20/2022298/20/2022308/20/202231瀝青混凝土防滲護(hù)面的開裂 上水庫于2019

9、年10月6日利用施工供水系統(tǒng)開始充水，到2019年1月22日水位達(dá)861.0m。2019年1月22日2019年7月22日間上水庫水位保持在863.0m左右。2019年7月23日1#水泵水輪機(jī)開始動態(tài)調(diào)試向上水庫抽水，到9月5日上水庫水位達(dá)到890.02m。9月6日9月16日上水庫水位保持在889.5m左右。 8/20/2022329月17日上水庫開始放水，9月19日水庫放空，水位下降速率19.36m/d。檢查發(fā)現(xiàn)一條長約40cm，寬約5mm，深約5cm的裂縫（取編號為0#），未裂穿防滲層。0#稱之為第一次裂縫。第二次開裂：2019年9月29日，很大的裂縫，呈雁形分布，形成錯臺，拉裂跡象十分明顯

10、，最大的開度有23cm，錯臺1cm,最長有15米，從這后，每年一次放空，一直到2019年，一共放空了五次。處理時間一般在一個月左右。 8/20/202233事故分析：由于設(shè)計考慮不周，有一塊區(qū)域處理不徹底，蓄水后在很大的水壓下，基礎(chǔ)形成不均勻的沉降，導(dǎo)致瀝青混凝土拉開。造成的損失：水位不能到設(shè)計水位 多次的修補(bǔ)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失 現(xiàn)在還得為上庫的運(yùn)行提心吊膽，加強(qiáng)觀測.像這種缺陷現(xiàn)在是花多少錢都無法補(bǔ)救的，在工程建設(shè)中最怕的就是存在這種缺陷，不過現(xiàn)在隨著蓄水時間的延長，庫底的固結(jié)也接近尾聲了，庫底再次出現(xiàn)裂縫的可能性還是有，但次數(shù)將越來越少了。8/20/202234輸水系統(tǒng)平均長度1428米

11、平均水頭570米 L/H值為2.5 上庫下庫主管 2長度 882m內(nèi)徑 7m 尾水隧洞 6229.3-246.6m4.4米 支洞 6229.9- 314.7m3.22m 8/20/2022358/20/2022368/20/2022378/20/202238輸水系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括兩條內(nèi)徑為7m，中心距為59.54m，傾角為58的襯砌式鋼筋砼高壓斜井；斜井上彎段中心高程為830.71m，下平段中心高程為227.5m，從上彎段到下平段中心線長度為743.07m；兩條高壓斜井通過鋼筋砼岔管各接三根內(nèi)徑由3.2m漸變?yōu)?.2m的高壓鋼管將水引進(jìn)水輪/水泵機(jī)組即所謂的一洞三機(jī)、兩個形成相同的水力單元；8/

12、20/202239每個水力單元由上庫進(jìn)/出水口、閘門井后的上平段、上彎段、斜井、岔管和高壓鋼管組成，除高壓鋼管外，其余均為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，每臺機(jī)組下游布置有一直徑為 4.4m尾水隧洞；整條輸水系統(tǒng)平均總長度為1428m，平均發(fā)電水頭約570m左右，即L/H2.5，這個比值對于一個抽水蓄能電站而言，其地形條件是相當(dāng)優(yōu)越的，斜井上覆山體厚約100-300m；在施工期，為了加快施工進(jìn)度，在上游輸水道不同高程共布置有5、6、7、8施工支洞，在地下洞室施工過程中，同樣在不同高程也布置有1#、2#、3#、4#施工支洞。 8/20/202240投產(chǎn)后的運(yùn)行情況2019年7月29日，6#支洞出現(xiàn)大量涌水。8/20

13、/202241地下廠房洞室群尾水閘門洞主變室主廠房8/20/202242天荒坪電站地下廠房洞室群由主、副廠房、主變洞、母線洞和尾水閘門洞、進(jìn)廠交通洞、500KV電纜豎井等組成。8/20/2022438/20/2022448/20/2022458/20/202246主副廠房長200.7m，寬21m，高47.53m，發(fā)電機(jī)層地面高程EL239.0，距離中控樓350平臺高差約111m，距下庫水平距離約200m。為使廠房主要洞室內(nèi)部干燥，運(yùn)行安全，除在洞室內(nèi)部設(shè)置吊頂、防潮墻等措施外，更重要的是在地下廠房周圍設(shè)置了良好的排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)：由在地下廠房洞室群上方及四周布置的井字形排水廊道、在巖壁上設(shè)置

14、大量排水孔以及設(shè)置自流排水洞等三大部分組成。8/20/2022478/20/202248下水庫及投產(chǎn)后的運(yùn)行情況8/20/202249下庫擋水建筑物為鋼筋砼面板堆石壩。于1993年9月開始基礎(chǔ)開挖，至2019年6月27日面板砼全部澆筑完畢，2019年2月11日首次蓄水。 8/20/2022508/20/2022518/20/2022528/20/202253下水庫大壩壩頂寬度為8m，壩頂海拔高程EL350.2，上游壩坡坡比為1:1.4；下游壩坡布置有上壩公路，平均壩坡坡比為1:1.503；壩體橫斷面最大底寬為280m，最大壩高為92m，下庫壩頂長233.55m?；炷撩姘搴穸劝碩=0.3+0.

15、0024H(m)，這樣一個變厚公式。頂部厚30cm，底部厚50.9cm，式中H為計算斷面至面板頂部的垂直高差，單位為m，面板之間設(shè)置垂直縫，全部等距12m，即面板寬度為12m，共19塊面板。8/20/202254溢洪道屬岸邊開敞式側(cè)槽溢洪道，布置在面板堆石壩的左岸壩頭。溢洪道側(cè)堰長60m，堰頂高程344.5m，堰面為WES曲線。8/20/202255下庫區(qū)的水文和氣象下庫壩壩址以上集雨面積為24.2Km2，流域平均寬度3.23Km，河道長度7.83Km，天然坡降5.5%，多年平均逕流量2450萬m3/年，即0.77 m3/s, 多年平均氣溫13.4，多年平均降雨量1846.4mm，多年平均降雨

16、天數(shù)168.7天。8/20/202256下庫的泄洪設(shè)施 下庫壩體左右岸各埋有一直徑1m的鋼管，分別稱作左岸供水放空洞和右岸放空洞。左岸供水放空洞中心高程為EL288.9，其主要功能是夏季向下游供水，同時也可排放多余的入庫徑流，即發(fā)生洪水時開啟該放空洞進(jìn)行洪水預(yù)泄。右岸放空洞的主要功能為放空下庫之用，當(dāng)水位降至EL288.9時，開啟該洞排水，右岸放空洞進(jìn)水口中心高程為EL284，下庫施工期間，右岸放空洞即為導(dǎo)流洞。 8/20/202257開關(guān)站及3.29滑坡體8/20/202258開關(guān)站500kv開關(guān)站位于下庫進(jìn)出水口的上方，開關(guān)站場地尺寸寬35x長208m，系從山體邊坡中開挖而成，建基面高程3

17、50.2m。邊坡上部高程500m有上下庫連接公路。此處自然地形坡度35500,局部見陡坎、陡崖。8/20/2022592019年3月10日凌晨，高程500m公路以下的開關(guān)站邊坡發(fā)生較大規(guī)模的滑坡，方量6.2萬m3。8/20/2022603.29滑坡體2019年3月29日早7點(diǎn)，在下庫壩上游左岸0+4800+620范圍內(nèi)發(fā)生了山體滑坡?？偼潦搅?0萬方，山體潛在滑坡方量在80萬方。滑坡面平面投影呈長舌狀，寬120140米，長約260米，滑坡最大鉛垂厚度30米。8/20/202261事故分析：長時間的降雨、山體本身不穩(wěn)定、存在潛在的滑坡體、已經(jīng)意識到，但沒有意識到如此嚴(yán)重，設(shè)計單位沒有重視。 8

18、/20/202262事故的處理為防止事故擴(kuò)大，緊急措施：1、導(dǎo)流洞前的攔沙壩（毛竹）2、520隧洞（交通）3、溢洪洞兼交通洞（排洪）4、加快填筑壩體（防翻壩）5、加快該部位的勘查，提出處理方案 。8/20/202263處理措施開挖減載（主要措施，減載量93.1萬方）錨固支護(hù)排水 體內(nèi)排水 坡面排水8/20/202264三、天荒坪電站水工運(yùn)行的特點(diǎn) 8/20/202265上水庫的基本參數(shù)天荒坪電站上水庫總庫容919.2萬m3（相應(yīng)的水位905.2米），由發(fā)電調(diào)節(jié)庫容676.76萬m3、事故備用庫容125.32萬m3（可發(fā)電量149萬kwh）、蒸發(fā)滲漏供水備用庫容49.15萬m3、為潘村水庫預(yù)留的

19、補(bǔ)水庫容30萬m3和死庫容37.97萬m3組成。8/20/202266905.2876.783869.02865.51863總庫容：919.2萬方發(fā)電庫容676.76萬方事故備用125.32萬方滲漏供水備用49.13萬方潘村水庫補(bǔ)水30萬方死庫容37.97萬方8/20/202267下水庫的基本參數(shù)下水庫總庫容為859.56萬m3(相應(yīng)的水位344.5，也就是溢洪道溢流面的高程)，由發(fā)電調(diào)節(jié)庫容676.76萬m3、事故備用庫容125.32萬m3和死庫容57.48萬m3（相應(yīng)的水位295米）組成。8/20/202268344.5295總庫容：859.56萬方發(fā)電庫容676.76萬方事故備用125.

20、32萬方死庫容57.48萬方8/20/202269最大毛水頭610.2米，額定水頭526.0米，最小毛水頭526.5米。8/20/202270天荒坪電站日運(yùn)行方式 本電站為日調(diào)節(jié)蓄能電站，在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、事故備用等任務(wù)。同時還具有調(diào)頻和調(diào)相等功能。 8/20/202271本電站初設(shè)階段設(shè)置151.1萬m3事故備用庫容，上水庫竣工后，有效庫容比初設(shè)階段增加了45.5萬m3，加上水泵水輪機(jī)效率的變化，現(xiàn)發(fā)電調(diào)節(jié)庫容為676.76萬m3，備用庫容173.33萬m3。下水庫現(xiàn)有有效庫容比初設(shè)階段有所減少，目前僅具有備用庫容125.32萬m3。 8/20/202272電站的事故備用平時事故備用水

21、量置于上水庫，在發(fā)電工況可利用未帶滿負(fù)荷的機(jī)組發(fā)事故出力，頂替系統(tǒng)中因故障而停運(yùn)的機(jī)組。在抽水工況可按系統(tǒng)需要以整臺機(jī)組退出水泵工況運(yùn)行，起事故備用作用。當(dāng)本電站事故備用水量被用完時，應(yīng)及時將上水庫事故備用庫容充滿，以便應(yīng)付下一次事故。 8/20/202273電站上、下庫水位變化過程 8/20/202274由于天荒坪是日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，發(fā)電水量每天在上、下水庫中循環(huán)，按設(shè)計水庫每天都有一個空到滿的過程。8/20/2022758/20/2022768/20/202277正常發(fā)電時，早晨上庫水位為當(dāng)天的最高水位（905.2米），下庫為當(dāng)天的最低水位（310米），經(jīng)過早峰和晚峰的發(fā)電，上庫水位將下

22、降29.5米，到876.78米，相應(yīng)的下庫水位抬高34.5米，庫水位為344.5米。這是正常運(yùn)行時又沒有大的降雨的情況下的過程，當(dāng)下庫有大的徑流時電站的運(yùn)行就是另外的一種。 8/20/202278水庫放空上水庫進(jìn)水口底板高程低于瀝青混凝土防滲的庫底高程，可以利用輸水道放空上水庫，并通過下庫溢洪道將其水量溢走。 下庫左岸供水放空洞，鋼管中心高程288.9m，下水庫水位為295350m之間，其泄流量為6.2811.42m3/s，主要擔(dān)任泄洪、放空水庫以及為下游提供徑流的任務(wù)。下水庫放空時，先開啟左岸供水放空洞放水，當(dāng)下庫水位降至288.9m后，再開啟右岸放空洞排水。按上述兩放空洞的泄流能力計算，在

23、不計上游來水的條件下，由344.5m放至右岸放空洞進(jìn)水口中心高程284m約需266小時。 8/20/202279四、防洪度汛 工程等別、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 天荒坪電站泄洪建筑物泄洪能力 電站發(fā)電流量對洪水調(diào)節(jié)的影響及下水庫下游河道安全泄量 現(xiàn)在采取的洪水調(diào)度原則 8/20/202280工程等別、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 天荒坪抽水蓄能電站為一等工程，主要建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為一級，次要建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為三級。樞紐主要建筑物有上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群和開關(guān)站、下水庫。采用P=1洪水為正常運(yùn)用洪水，P=0.1洪水為非常運(yùn)用洪水。 8/20/202281下水庫流域大洪水多由89月份的雷陣雨及臺風(fēng)雨造成。如1956年8月，19

24、88年8月，1990年8月三場大洪水，其最大3h降雨量分別為259.2mm，130.7mm，100.5mm，24h降雨量分別為682mm，262.4mm，447.6mm，造成本流域自1956年以來最大的三次洪水，洪峰流量分別為404m3/s，365m3/s，339m3/s。設(shè)計流域集水面積小，山地坡度陡，河谷狹窄，洪水暴漲暴落，峰型尖瘦，一次洪水歷時一般一天左右。8/20/202282天荒坪電站泄洪建筑物泄洪能力 下水庫泄洪建筑物尺寸及泄流情況 天荒坪電站下水庫專用泄洪設(shè)施為一位于左岸的開敞式溢洪道。溢洪道側(cè)堰長60m，堰頂高程為344.5m，下水庫水位超過堰頂高程后自由溢流。另外，下水庫壩體

25、左右岸各埋設(shè)有一直徑1m的鋼管，又稱左岸供水放空洞和右岸放空洞。發(fā)生洪水時可啟用左岸供水放空洞預(yù)泄洪水，但放空能力有限，僅9m3/s。8/20/202283上水庫泄洪問題 天荒坪上水庫集雨面積很小，僅0.327km2，水庫面積0.29km2，且無地面補(bǔ)給水源，所以上庫未設(shè)置泄洪設(shè)施，在設(shè)計中考慮一定的超高后，確定壩頂高程。汛期降雨時，將水暫存于庫中，待發(fā)電時排放至下庫。按市嶺站萬年一遇24h設(shè)計暴雨1650.3mm估計，24h洪量為54萬m3，查上水庫庫容曲線905.2907m之間的庫容為60.04萬m3。上水庫壩頂高程為908.3m，故上庫集水區(qū)域暴雨洪水并不對大壩造成影響。8/20/202

26、284潘村水庫泄洪建筑物尺寸和過流能力 天荒坪電站下庫壩址下游約3.5km處有一座1971年建成的潘村水庫。潘村水庫壩頂高程148.0m，防浪墻頂高程149.2m，水庫最高洪水位147.63m，相應(yīng)最大庫容169萬m3。大壩右側(cè)設(shè)置一開敞開式溢洪道，為全超高自由溢洪，堰寬75m，堰頂高程142.5m。水庫校核標(biāo)準(zhǔn)為PMF洪水，洪峰流量1450m3/s，洪水總量為3564萬m3，調(diào)洪后，溢洪道最大泄量1413m3/s。由于潘村水庫庫容較小，溢洪道又無閘門控制，故該水庫沒有調(diào)蓄洪水的能力。 8/20/202285電站發(fā)電流量對洪水調(diào)節(jié)的影響及下水庫下游河道安全泄量 天荒坪抽水蓄能電站下水庫修建在天然河道上，汛期必然要承受洪水的影響，而且本電站的發(fā)電流量不是象常規(guī)電站一樣排入下游河道而是注入下水庫，由此會發(fā)生發(fā)電流量和天然洪水迭加的現(xiàn)象。 8/20/202286天荒坪下水庫流域面積和庫容都不大，電站裝機(jī)容量大，相應(yīng)的發(fā)電總流量相對較大，發(fā)電流量和洪水流量迭加帶來的問題比較突出，是典型的小水庫大電站。 8/20/202287電站六臺機(jī)總發(fā)電流量近400m3/s，已和50年一