Diseño de la presa frontal del túnel de la central hidroeléctrica Anxi Hanyuan
La central hidroeléctrica Hanyuan está ubicada en el municipio de Shangqing, condado de Anxi, en el tramo medio y superior del arroyo Changkeng, un afluente del río Jinjiang Xixi. La central eléctrica es de tipo desvío con una capacidad instalada total de 8000 KW. El sitio de la presa está ubicado en Kukeng (cerca de la central hidroeléctrica de Lantian) y el área de la cuenca sobre el sitio de la presa es de 179,6 m2. El río entre el edificio de la central eléctrica y el sitio de la presa tiene 7 km de largo, con un desnivel natural de 80 m. El caudal de diseño de la central eléctrica Q=12,8 m3/s. Los edificios de ingeniería incluyen: presa, túnel de desvío sin presión, túnel presurizado, cámara de carga, edificio de central eléctrica y estación de conmutación de refuerzo. Los edificios principales del proyecto incluyen un túnel desviador de agua sin presión con una longitud total de 3370,61 metros. La salida del túnel está equipada con un vertedero de rebose y una válvula de compuerta. La sección del túnel desviador de agua sin presión es del tipo puerta de la ciudad, con un ancho libre de 2,7 m, una altura libre de 3.511 m y una profundidad de agua normal diseñada de 2,60 m. Entre los pilotes 3+335 y 3+335 se dispone un foso de recogida de piedras. 3+340m al final del túnel. El túnel presurizado tiene un diámetro de 2,6 metros y una longitud total de 353,6 metros.
2. Factores favorables
La cámara de carga del túnel se ubica entre el pilote N°3 +334,53 metros y el pilote N°3 +340 metros. Entre +334.53m y 3+370.61m, el túnel presurizado y el túnel despresurizado se cruzan de manera oblicua. Su intersección de ejes se ubica en +350.61m del pilote No. 3, a 20m de la salida del túnel. Su intersección de ejes se sitúa en la zona de la estación 3+350,61 metros, a 20 metros de la salida del túnel. El punto de intersección de su eje se sitúa en el pilote 3+350,61m, a 20 metros de la salida del túnel. La capa de roca sobre la entrada es de mayor espesor. A juzgar por las condiciones geológicas del túnel, la mayor parte de la roca circundante pertenece a la roca circundante de Clase III a Clase I, y el coeficiente de resistencia elástica de la roca circundante es relativamente alto. La sección del pilote número 3+142~3+350m pertenece a la Categoría II o Categoría I. La roca está ligeramente erosionada hasta estar fresca, el coeficiente de resistencia elástica unitaria es tan alto como 8000~11000N/cm3, la resistencia de la roca es alta y las grietas locales se pueden tratar con anclajes de escopeta; la sección 350~3+370,61 metros del pilote número 3 pertenece a la roca circundante de Clase III. Excepto por la entrada, la roca está débilmente erosionada. Con una longitud de más de 30 metros, el resto del túnel de presión está cubierto por gruesas capas de roca sobre la entrada. A excepción del tramo del túnel de más de 30 metros, que es roca circundante de Grado III, el resto es roca circundante de Grado II o I. Las excelentes condiciones geológicas proporcionan condiciones muy favorables para el diseño del pozo de entrada de la cueva. En segundo lugar, desde la perspectiva del cálculo, regulación y protección de tuberías de presión, este proyecto ∑LV<15H, por lo que no se pueden instalar pozos reguladores de presión. Si se instala una cámara de carga al aire libre, se debe excavar la roca circundante sobre el pilote número 3+334,53 m. Esta parte de la roca circundante tiene una capa de cobertura gruesa y pertenece a la roca circundante de Grado III. La excavación es un desperdicio, la excavación. y la carga de trabajo de voladura es grande, el período de construcción se extiende y el impacto es El proyecto se completa y genera electricidad.
3. Diseño del túnel de cálculo hidráulico
El caudal de desvío de agua es de 12,8m3/s. Se coloca una barrera de arena alrededor de la entrada del túnel presurizado con una altura de 80cm. evitar que el suelo flotante en la entrada ingrese al túnel presurizado.
(1) Tamaño de la cámara de carga
1. Tamaño de la cámara de entrada de agua Diámetro de apertura del túnel presurizado D=2,6 m Ancho de la cámara de entrada de agua: B= (1,5~1,8) D= 3,9~4,68 m, tome B=4.2m longitud: generalmente 2~5m, tome 3.5m
2. Tamaño de la habitación delantera B=(1~1.5) B= Considerando la gran longitud del túnel, hay suficiente agua volumen, y para reducir la dificultad de la excavación del túnel y la carga de trabajo del revestimiento, tome B=1.0B=4.2m 3. Longitud de la sala frontal: L=(2.5~3.0)B, tome el valor mayor L=3.0 B=3 ×4.2=12.6 (m)
(2) Control del nivel de agua de la cámara de carga
1. Nivel de agua normal: tome aproximadamente el nivel de agua normal al final del canal sin presión. túnel La cota inferior es de 320,08m.
320,08 m Z normal = 320,08 + 2,60 = 322,68 (m)
2. Nivel mínimo de agua en la cámara de entrada de agua: Para garantizar que no se forme ningún vórtice y que no entre aire en la tubería de presión, Generalmente se estipula que el nivel mínimo de agua en la cámara de entrada de agua debe ser el doble de la altura del agua en la parte superior de la entrada de agua de la tubería de desviación de agua. Se calcula en función de la altura de una tubería de desviación de agua que representa el caudal. El método de cálculo es el siguiente: Se sabe que el caudal de referencia del túnel es Q=12,8m3/s. Este caudal es igual al caudal de la tubería de agua. la tubería de agua mide 12,8 m3/s, A=πD2/4, D=2,6 m, altura de la barra de arena, h'=0,8 m elevación superior de la tubería de desviación de agua Z parte superior de la tubería = 318,58 m velocidad de flujo V en la tubería de presión = Q/A=2.41 (m/s)
Altura de velocidad de flujo a=1.0V2/g=2.412/9.81=0.5925m Nivel mínimo de agua: Z mínimo=Z parte superior de la tubería+a+h'= 318.58 0.5925+0.8=319.983 (m)
3. La profundidad de la parte superior de la tubería de presión de la cámara de carga por debajo del nivel mínimo de agua de irrupción negativa no debe ser inferior a 2 m. La altura desde el nivel normal del agua. de la cámara de carga hasta la parte superior de la barrera de sedimentos en este proyecto puede ser: h=2,6+1,5-0,8=3,3 (m), que es mayor que el valor anterior.
(3) Cálculo de las fluctuaciones del nivel del agua en la cámara de carga
Se producirá un aumento repentino en la carga de la central eléctrica cuando el nivel del agua en la cámara de carga baje (calculado a plena carga, que es la situación más desfavorable)
Conocido: velocidad inicial del flujo Vo=0, profundidad inicial del agua ho=2,6+1,5-0,8=3,3 m, ancho B=4,2 m, velocidad del flujo Q aumenta de 0 a 12.8m3/s.g=9.81m2/s y luego aumenta la carga V=2.6+1.5-0.8=3.3m, ancho B=4.2m, caudal Q aumenta de 0 a 12.8m3/s.g=9.m2/s, sustituir en la siguiente fórmula V=Vo-2[(gh)0.5-(gho )0.5] 12.8/(4.2h)=0-2[(9.81h)0.5-(9.81×3.3)0.5] Después de ordenar, obtenemos: 3,05/h+6,2642(h) 0,5-11,379 = 0 Después del cálculo de prueba, h = 2,671 arroz. El nivel del agua baja Δh = ho-h = 3,3-2,671 = 0,629 (m)
En este momento, el nivel del agua es 318,58 + 2,671 + 0,8 = 322,051 (m) & gt; , que está satisfecho. La profundidad del agua correspondiente es: 2,671 m > 2,0 m 2. El nivel del agua en el estanque de proa aumenta cuando la central eléctrica abandona repentinamente la carga. (Basado en volcado a plena carga, la situación más desfavorable)
Se puede observar que: B=4,2m, Qmax=12,8m3/s profundidad de agua ho=2,6+1,5-0,8=3,3m (no contando la barra de arena de abajo).
Caudal de ancho único q=Qmax/B=12,8/4,2=3,05(m3/s)
Caudal inicial Vo=q/ho=3,05/3,3=0,9242(m /s )
g=9,81m2/s de V=Vo-2[(gh)0,5-(gho)0,5] 0=0,9242-2 ((9,81h)0,5-(9,81×3,3) 0.5)
Disposición: h0.5-3.30.5=0.1475 Solución: h=3.858 (m)
Δh=3.858-3.3m=0.558 (m)
4. Ampliación de la superficie de trabajo y tipo de revestimiento del túnel sin presión en el tramo de cámara de carga
Según el cálculo hidráulico del nivel del agua en la cámara de carga, considerar que el área libre sobre la superficie del agua es del 15% y la altura libre sobre la superficie del agua no es inferior a 40 cm (no constante) En las condiciones actuales, los valores anteriores se pueden reducir adecuadamente cuando se han tenido en cuenta las oleadas en el cálculo), y la sección es propuesto. El cálculo utiliza el software "Tunnel CAD" desarrollado por Central South Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute para el diseño de la estructura del revestimiento (se omite el libro de cálculo Por razones de seguridad, los tipos de revestimiento utilizados en cada sección son los siguientes: Sección). 3+334.53~3+344.43m Se utiliza revestimiento de anclaje de hormigón proyectado; la sección con pilote número 3+344.43~3+370.61m se reviste con hormigón armado.
Entre ellos, el tramo de conexión entre el túnel presurizado y el túnel despresurizado (3+344,43~3+356,43m) y la salida del túnel despresurizado (estación número 3+365,61~3+370,61m) están revestidos con barras de acero de doble capa considerando la apertura y la resistencia sísmica. El túnel presurizado y el túnel despresurizado están conectados por arco y curvas elípticas para garantizar un flujo de agua suave.
5. Conclusión
Debido a las condiciones geológicas superiores de este proyecto y la roca circundante estable, se han creado condiciones favorables para la utilización de la cueva frente a la piscina. El uso de parte del túnel despresurizado como cámara de carga reduce una gran cantidad de excavación de tierra y piedra, acorta el período de construcción y logra buenos beneficios económicos. El proyecto ha estado en funcionamiento durante casi diez años y hasta el momento se encuentra en buenas condiciones.