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规划设计SMALLHYDROPOWER2013No2,TotalNo170

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克屯那木水电站气垫式调压室设计

张伟(新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830000)

【摘要】通过对克屯那木水电站基本条件的分析，介绍了气垫式调压室所需满足的地形地质条件及其布置型式，计算了气垫式调压室的水力参数，包括临界气体体积、最高及最低涌波等。图1幅，表3个。

【关键词】气垫式调压室地形地质布置水力计算

0引言

气垫式调压室是在引水道设置1个密闭的空气室，该气室与水道相通，当机组甩负荷时，气垫室内水位升高，气压增加，对水流起缓冲减速作用；当机组加负荷时，气垫室内水位降低，气压减少，增加对机组的流量，并使引水道中流量迅速增加。气垫室要有足够的稳定断面，保证运行稳定。气垫室也要有合适的体积，使各种运行工况下，压力升高值及降低值均在合适的范围内。当然，气垫室内的高压空气在运行情况下，绝对不允许由水道逸出，因为那样将象爆炸一样引起严重破坏；同时也不允许有大量气体渗漏，那样将使补气所需设备及能量过大。

1工程概况

克屯那木水电站为引水式电站，是精河流域支流乌吐劲河规划梯级开发中的第一级电站，主要任务是发电。该工程利用水头450m,最大引用流量14.98m3/s,装机容量55MW,采用4台冲击式机组，年均发电量1.59亿kW·h。该电站包括闸坝、长引水系统、地面厂房、尾水渠。从进水口到厂房的引水系统总长9.2km。引水系统包括：调压室前引水

收稿日期：2012-12-18

作者简介：张伟(1970-),男，高级工程师，主要从事水利水电工程设计工作。

Email:4202133@

隧洞段长8220m,城门洞型，断面尺寸2.6m×2.6m;调压室后接压力钢管，压力钢管段长859m,其中岩石洞段715m,砂砾石洞段约100m,明管段长约58m,内径2.5m。岔管为明管，通过1号岔管一分为二，再通过2、3号岔管接2个支管，支管共有4根，长度分别为25m和30m,小管管径0.6m,大管管径1.0m。水轮机到调压室的距离为859m。尾水渠长度约为215m。

2地形地质条件

气垫式调压室是利用气室内的压缩空气(即“气垫”)来抑制室内水位高度和水位波动幅值的水锤和涌波控制设施。其工作气压一般都很高，故调压室所处围岩自身应有足够的强度以承受高内水压力及气压力。如挪威的10个气垫式调压室就大多建于片麻岩、花岗岩等硬质岩中。我国已建气垫式调压室自一里、小天都、金康、木座、阴坪岩性分别为二云母花岗岩、斜长花岗岩、石英闪长岩、浅变质板岩、二云母花岗岩。为了满足洞室的稳定性和阻水、阻气要求，必须考虑地形和地质条件。地形条件要求地形完整、山体雄厚；地质条件要求围岩完整、坚硬、致密，从而不会因气垫式调压室的水压力和气压力而致使围岩变形及渗漏。

气垫式调压室应利用围岩承担内水或气压力，围岩宜为中硬岩或坚硬岩，以不低于Ⅲ类的较完整的岩体为主。岩体的完整及透水性微弱，一般要求洞身及附近一定范围内的天然岩体透水率q≤

小水电2013年第2期(总第170期)规划设计

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1Lu,并对调压室周围的岩体进行系统的灌浆处理。对于采用罩式防渗的气垫式调压室，天然岩体透水率可控制在q≤3Lu。由此，气垫式调压井布置原则为：

·布置应满足覆盖准则、最小地应力准则和渗透性准则三方面要求。

·气室的平面形状可多种多样，平面尺寸的大小应满足稳定气体体积和最小稳定断面面积的要求；在满足以上要求的情况下，位置应尽量靠近厂房及隧洞。

·布置宜避开不利的地质条件。

克屯那木水电站气垫式调压室所在区域山高谷深，坡度一般30°~40°,1310m高程以上基岩裸露，调压室位置处引水隧洞中心线高程1253.6m,地面高程1720m,上覆岩体垂向最小厚度约470m,与斜坡间最小侧向埋深400m,去掉强卸荷带及强风化层，侧向最小埋深约390m。

根据气垫式调压室上覆岩体厚度经验公式：

式中，CRM为除去覆盖层及全、强风化岩体后的最小埋深厚度(m);H?为气垫式调压室设计压力水头(m);Yw为水的重度(N/m3);Yr为岩体重度(N/m3);α为地形边坡平均倾角，当α60°时，取α=60°;K为经验系数，一般取1.3～1.5。

气垫式调