第八章有压引水建筑物

第八章有压引水建筑物

教学要求：了解有压进水口的型式、特点和适用条件，掌握有压进水口各种设备的作用及进口高程、轮廓尺寸的确定；了解水工隧洞的选线与布置、组成及各部分的型式与构造，掌握水工隧洞衬砌的计算方法；了解喷锚支护的应用；了解坝下涵管的布置方式及各部分构造；了解压力管道的布置方式，掌握压力明管的水力计算和经济直径的确定；了解镇墩、支墩的作用、形式及适用条件和明管上的阀门与附件；熟悉埋管的布置方式；了解调压室的工作原理和水位波动的计算方法。

第一节概述

图8-1为有压引水式水电站的示意图。该水电站的建筑物包括水库、拦河坝、泄水道、水电站进水口、有压引水道（压力隧洞）、调压室、压力管道、厂房枢纽（含变电、配电建筑物）以及尾水渠。本章只介绍整个引水系统（包括进水口、有压隧洞、压力管道和调压室），其他建筑物则在相应章节讨论。

图8－1 有压引水式水电站示意图

1- 水库；2-闸门室；3-进水口；4-坝；5-溢洪道；6-调压室；7-有压隧洞；8-压力管道；9-

厂房

第二节有压进水口

流道均淹没于水中，并始终保持满流状态，具有一定的压力水头的进水口，称之为有压进水口。有压进水口也称为深式进水口或潜没式进水口。有压引水式水电站和坝后式水电站的进

口大都属于这种类型,其后常接有压隧洞或管道，适用于从水位变幅较大的水库中取水。

1有压进水口的主要类型及适用条件

有压进水口的类型主要取决于水电站的开发和运行方式、引用流量、枢纽布置要求以及地形地质条件等因素，可分为竖井式、墙式、塔式、坝式四种主要类型。

（1）竖井式进水口

竖井式进水口的闸门井布置于山体竖井中，竖井的顶部布置启闭设备和操作室，如图8-2所示。进口段开挖成喇叭形，以使水流平顺。闸门段经渐变段与引水隧洞衔接。这种进水口适用于隧洞进口的地质条件较好、地形坡度适中的情况。当地质条件不好，扩大进口和开挖竖井会引起塌方，地形过于平缓，不易成洞，或过于陡峻，难以开凿竖井时，都不宜采用。竖井式进水口充分利用了岩石的作用，钢筋混凝土工程量较少，是一种既经济又安全的结构形式，因而应用广泛。

（2）墙式进水口

墙式进水口的进口段和闸门段均布置在山体之外，形成一个紧靠在山岩上的墙式建筑物，如图8-3所示。这种进水口适用于洞口附近地质条件较差或地形陡峻因而不宜采用洞式进水口时。墙式进水口其建筑物承受水压力，有时也承受山岩压力，因而需要足够的强度和稳定性，有时可将墙式结构连同闸门槽依山做成倾斜的，以减小或免除山岩压力，同时使水压力部分或全部传给山岩承受，这时的墙式进水口称为斜卧式进水口。

（3）塔式进水口

塔式进水口的进口段和闸门段组成一个竖立于水库边的塔式结构，通过工作桥与岸边相连，如图8-4所示。这种进水口适用于洞口附近地质条件较差或地形平缓从而不宜采用洞式进水口的引水工程。当地材料坝的坝下涵管也常采用塔式进水口。塔式结构要承受风浪压力及地震力，必须有足够的强度及稳定性。塔式进水口可由一侧进水，也可由四周进水，然后将水引入塔底岩基的竖井中（在我国应用实例较少）。

（4）坝式进水口

坝式进水口指的是布置在挡水坝或挡水建筑物上的整体结构进水口，进口段和闸门段常合二为一，布置紧凑，如图8-5所示。当水电站压力管道埋设在坝体内时，只能采用这种进水口，坝式进水口的布置应与坝体协调一致，其形状也随坝型不同而异。

2有压进水口的布置及轮廓尺寸

（1）有压进水口的位置

水电站有压进水口在枢纽中的位置应根据地形、地质条件、水位变幅、隧洞线路、进水口型式等综合考虑确定。在各级运行水位下，应进流匀称、水流平顺、，不发生回流和旋涡，不出现淤积，不聚集污物，不受其他建筑物运行的影响。进水口后连接引水隧洞时，应与隧洞平顺过渡，选择地形、地质及水流条件相宜的位置。

（2）有压进水口的高程

有压进水口在上游最低运行水位时仍应有足够的淹没深度，防止产生贯通式漏斗漩涡。最小淹没深度可按式（8－1）

CV

S （8－1）

d

式中S——最小淹没深度（进口顶部高程与水位之间的差值）；

d——闸孔高度（m）；

V——闸孔断面平均流速（m/s）；

C——系数，对称水流取，边界复杂和侧向水流取。

引水工程进水口难以达到最小淹没深度要求时，应在水面以下设置防涡梁（板）和防涡栅等防涡措施。

在满足进水口前不产生漏斗状吸气旋涡及引水道内不产生负压的前提下，进水口高程应尽可能抬高，以改善结构受力条件，降低闸门、启闭设备及引水道的造价，也便于进水口运行维护。

有压进水口的底部高程应高于设计淤积高程。若无法满足，则应在进水口附近设排沙孔，以保证进水口不被淤塞，并防止有害的石块进入引水道。

（3）有压进水口的轮廓尺寸

竖井式、墙式及塔式进水口的进口段、闸门段和渐变段划分比较明确，进水口的轮廓尺寸主要取决于三个控制断面的尺寸，即拦污栅断面、闸门孔口断面和隧洞断面。拦污栅断面尺寸通常按过栅流速不超过某个极限值的要求来决定。闸门孔口通常为矩形，事故闸门处净过水断面一般为隧洞断面的倍左右，检修闸门孔口常与此相等或稍大，孔口宽度略小于隧洞直径，而高度等于或稍大于隧洞直径。

进水口的轮廓应能光滑地连接这三个断面，使得水流平顺，流速变化均匀，水流与四周侧壁之间无负压及涡旋。

进口段的作用是连接拦污栅与闸门段。隧洞的进口段常为平底，两侧稍有收缩，上唇收缩较大。两侧收缩曲线常为圆弧，上唇收缩曲线一般用四分之一椭圆，如图8-2所示，当引用流量及流速不大时可用圆弧或双曲线。进口段的长度无一定标准，在满足工程结构布置与水流顺畅的条件下，尽可能紧凑。

闸门段的体型主要决定于所采用的闸门、门槽型式及结构的受力条件，其长度应满足闸门及启闭设备布置需要，并考虑引水道检修通道的要求。

渐变段是由矩形闸门段到圆形隧洞的过渡段。通常采用圆角过渡，如图8-6所示，其中1-1断面为闸门段，3-3断面为隧洞。圆角半径r可按直线规律变为隧洞半径R。渐变段的长度一般为隧洞直径的～倍，侧面扩散角以6°～8°为宜。