气垫式调压室在挪威水电工程中的应用

本文介绍气垫式调压室在挪威水电工程中的应用情况。文中闸述气垫式调压室的应用条件、一般布置型式及如何确定洞室大小等有关设计理论问题,并对气垫式调压室的空气溢出、空气损失、气垫维护等与工程应用实践有关的主要问题,以及挪威水电工程界处理这些问题的技术措施和经验进行了介绍。实践表明,在某些条件下,采用常规调压室施工可能有困难,或者施工通道及调压竖井或调压塔的经济性不很理想,而坡度平缓隧洞系统与气垫式调压室的建设费用可能较低,此时,作为解决引水式水电站水击问题的工程措施,气垫式调压室是一种有利的选择方案。     

阴坪水电站气垫式调压室工程施工组织设计

阴坪水电站位于四川省平武县境内的涪江支流火溪河上,项目所在区域地质条件复杂,地下洞室群施工难度较大,气垫式调压室工程施工作为整个地下工程的核心部分,其洞室开挖支护和混凝土工程施工是整个工程的难点所在,文章结合施工实际,通过合理计划,科学组织,最终对阴坪水电站气垫式调压室工程成功进行了施工,对于类似复杂地质条件下气垫式调压室工程施工具有一定借鉴作用。     

Torpa气垫式调压室设计施工和运行经验

Torpa电站是Dokka工程的两个电站之一。该电站的气垫式调压室的总容积为17400m^3，气体体积为10000－12000m^3。气垫式调压室区内的岩石覆盖率达225m，水头为450m。在气垫式调压室上方修建了一个防止漏气的水幕。水幕压力比气垫式调压室压力大2－5bar。必须遵循的主要设计准则之一是水幕压力必须小于岩体内的最小主应力，以防产生水力劈裂，因此进行了大量水力劈裂试验。气垫式调压室为环形结构。从气垫式调压室上方的洞室内钻水幕孔。空气压缩机的容量为940Nm^3/h。同时设置了两套不同的气垫式调压室水位监控系统。经过两年运行后测试表明，只要水幕超压大于2bar，则气体就不会经岩体泄漏。     

岩土洞室气水流量

本文提出了在渗透体中来自洞室空气（气体）、水（不可压缩液体）流量估算简易近似公式，洞室作为一种渗透源或汇，介质可以是土或有裂隙的岩石，洞室可以是钻孔、隧洞、尤其是空气调压室。洞室的理想几何形态和到边界等势面（可以是地下水位）的距离，决定流量计算公式中的几何因子，一个公式适用于完全饱水界质的流量计算，另一个公式稍有不同，适用于干燥介质流量计算。特别强调了在节理岩石中非线性空气调压室设计中公式的应用。     

地下水电站的气垫式调压室

在挪威,自70年代开始采用气垫式调压室以来,目前已有9处投入运行,其中有6处质量令人满意,有2处为减少空气损失曾进行过修补处理。本文介绍了这类调压室的几何形状、动力特性、运行情况等,并对硐室中的空气损失计算,漏气处理方法及设计方案等作了简要探讨。     

地下水电站的气垫调压室

自七十年代初期气垫调压室的概念提出以来,已有9个基本无衬砌的气垫调压室在挪威投入使用。它们被用于长为13km 的引水隧洞中。其中6个自建成后运行情况令人满意,两个作了减少气损的补救工作。本文介绍至今仅在挪威才有的气垫调压室的几何形状、动态特性、运行情况及其性能。同时探讨岩石洞室的气损问题,简述两个调压室的补救工作,提出设计气垫调压室的建议。     

自一里水电站气垫式调压室研究

自一里水电站采用气垫式调压室，通过对该工程基本条件的分析，计算了气垫式调压室的水力参数，包括水和空气压力、最小水垫深度、管道渗水、漏气等，对水力控制方法进行了分析，确定了空气压力和水位检测系统。     

不同岩性条件气垫式调压室位置选择探讨

气垫式调压室对降低施工难度,最大限度地保护生态环境有着无可比拟的优势。但调压室对洞室的埋藏条件、岩体的地应力及渗透性要求较高。岗曲河二级水电站气垫式调压室拟选部位出露白云质灰岩及火山碎屑岩,因岩性差异导致围岩的工程地质条件差异较大,文章结合该工程对不同岩性条件气垫式调压室的工程地质条件进行了探讨。     

气垫式调压室的布置设计与体会

合理进行气垫式调压室的布置设计,对保证气室及水幕的安全可靠及经济运行具有十分重要的意义。根据自一里、小天都、木座等12座气垫式调压室布置设计资料,对影响气垫式调压室位置选择的控制条件、气垫式调压室与水道立面布置的关系、交通检修洞、空压机室等附属洞室的布置、气室形状及水幕布置设计等方面内容进行总结和讨论,有助于今后设计和建设水平的提高。     

气垫式调压室及其工程实践

介绍了挪威已建气垫调压室的基本状况，包括平面布置、工程主要参数、运行经验、存在问题及其补救措施．在一定的地形地质条件下，气垫调压室的选择是经济的，它与不衬砌隧洞、地下厂房相结合，具有明显的优越性：避免在山体中开凿深度很大的开敞式调压井或修建地面调压塔，厂址及洞线布置灵活．气垫调压室可用于大、中、小各类电站，已建气垫调压室的电站，装机容量从3．5万～124万kw，水头变化范围从180～1158m．除一个电站之外，其它电站的气垫洞室体积均小于20000m3，室内气压变化较大，从0．3～7．77MPa．运行经验表明，气垫调压室可以满足反射水击波、改善机组运行条件的各项要求．增甩负荷期间，室内压力变化很少达到静水头的10％～15％，波动过程一般延续10个周期，一个周期从1～5min不等．10座调压室中，有4个出现了漏气现象，除一个电站进行灌浆予以补救外，其余均采用高压水幕（其中一个水幕是原设计中就有的），没有发现气垫压力所诱发的围岩稳定问题．     

气垫式调压室压缩空气热力学分析研究

为了解气垫式调压室气室内温度和压力变化过程,在水位波动方程和能量守恒方程基础上,提出了考虑传热影响的调压室内压缩空气温度和压力的计算方法,并进行了合理性验证。研究结果表明,调压室在运行工况条件下,气室内气体温度可能出现大幅度的变化,并且气室内压缩空气有可能出现负温现象;气室初始高度、初始压强、气体初始温度和水体温度对气室内压缩空气状态演化规律都有较显著的影响。     

地下洞室群围岩稳定性动态风险分析及系统研发

地下洞室群围岩稳定性风险研究尚处于起步阶段,为快速准确地对施工期地下洞室群围岩稳定性风险进行动态跟踪分析,基于层次分析法和模糊综合评价法,形成监测数据、巡视检查、数值模拟三维一体的评价体系,并考虑评价指标、评价标准的动态性确定地下洞室群围岩发生事故可能性等级。根据不同围岩破坏形式,提出适用于地下洞室群围岩稳定的损失估算方法,引入当量法概念,确定地下洞室群围岩稳定损失等级。结合地下洞室群围岩发生事故可能性等级和预估的地下洞室群围岩稳定性损失等级,经风险矩阵最终确定地下洞室群围岩稳定性风险等级。采用C#.Net、SQL SERVER和Python混合编程技术,研发一套能确定地下洞室群围岩稳定性动态风险的系统。该系统应用于国内某在建大型水电站的地下洞室群,能准确确定影响地下洞室群围岩稳定性的关键因素和危险区域,实时指导施工过程,规避可能存在的风险,保证地下洞室群施工安全。     

地下洞室开挖方法综述

地下洞室开挖方法是关系到洞室稳定的问题，特别是在Ⅳ、Ⅴ类软岩中更是要重视开挖方法。目前地下工程界出现了各种开挖方法，由于没有正确选择运用，给施工造成了不必要的损失。着重对水电、铁路系统出现的开挖方法进行研究。     

某工程软岩洞室的开挖支护

某工程导流洞位于板岩地区，洞室内的Ⅳ类围岩为薄层状板岩，围岩遇水和空气软化现象较明显，采用了“收敛变形－约束方法”和“非线性有限元法”对洞室的开挖支护进行计算分析。计算成果显示，开挖过程中应考虑适当的排水措施，施工过程中应严格控制爆破并及时支护，否则洞室可能发生较大的变形并导致失稳。实际施工过程中，严格按计算成果进行控制后，洞室顺利完成施工。     

水轮机水力试验台稳定条件计算

利用代数增量法，计算水力系统小信号动态过程的稳定条件，表现为压力水箱中的气垫及尾水箱中的气腔的体积条件，以及输水管道中的水头损失条件，它们都是试验台几何参数的函数。     

白鹤滩左岸地下洞室群空气环境治理关键技术

白鹤滩水电站左岸地下洞室群属深埋巨型地下洞室群,其空气环境治理是一项关键技术,研究通过引进进口风机并结合工程特点合理规划布置,提出"分期布局、新污分流、送排结合、变频节能"关键技术,使得巨型地下洞室群开挖爆破施工作业环境得到有效改善。     

大型复杂地下洞室群通风特性研究

地下洞室群施工作业面多,结构复杂,施工中会产生爆破气体、施工机械尾气、混凝土作业粉尘等。为解决地下洞室群内的通风布置优化问题,基于RNG k-ε湍流模型采用CFD软件对绩溪抽水蓄能电站地下洞室群的施工期通风进行数值模拟,研究地下洞室群内的实际通风效果以及入口风机风速对洞室内通风流场的影响。结果表明:现有通风方案下,洞室群内气流控制合理,主厂房与主变洞内均能形成下部送风、顶部排风,实现洞内空气的置换;当入口风机风速为20 m/s时,洞内流场分布均匀,空气流动速度适中,通风效果良好。     

预测气垫式调压室运行中的漏气量的模型研究

在调压室的设计中，预测其在运行中的空气损失量是极为必要，因为漏气量严重影响着调压室的工作性能。调压室运行中气室的超压空气通过围岩裂缝向周围渗漏的过程是涉及气体驱替孔隙水的水－气二相流过程，目前对调压室漏气量的预测大多采用经验公式。作者基于多相流理论，同时考虑水相和气相的流动及相互作用，建立水－气二相流模型，针对气垫式调压室运行过程中气压室内的气体沿单裂缝向粘土夹层渗漏的水-气二相渗流过程进行了探索性研究。模拟了不同的围岩孔隙水压力与调压室内气压力比值情况下的气压室漏气情况，结果表明，当该比值增大时，漏气量将迅速减少，验证了设置水幕的防漏措施的有效性。由于水-气二相流模型可以充分考虑调压室地质条件，水幕的压力，气室气压及围岩性质等因素的影响，为空气损失评估、水幕设计及对漏气严重的调压室进行修补提供了新的研究思路。     

火电厂补给水系统气垫式调压室的数值模拟

火电厂补给水系统具有管道布置受地形影响起伏波折和管道长的特点，在断电停泵时管道上凸点容易产生负压。气垫式调压室是工程中消除管道负压的重要措施之一，文中研究了以气垫式调压室及水泵为边界的管道水力过渡过程，建立了数学模型，并对实际工程的补给水系统进行了计算，结果表明设置气垫式调压室后管道由于断电停泵而产生的负压完全消除，说明气垫式调压室解决火电厂补给水系统管道的负压问题效果显著。气垫式调压室在火电厂补给水系统中已得到成功应用。     

小天都水电站气垫式调压室工程地质条件研究

气垫式调压室方案是在工程地质条件好的前提下替代传统开敞式调压井的较为经济实用和环保的方案。国内对气垫式调压室的研究正处于试验应用阶段，迄今尚无建成的先例。四川省甘孜州瓦斯河小天都水电站工程地质条件较好，有建气垫式调压室和高水头引水隧洞的可能性。方案的可行性取决于工程地质条件，因此对拟建气垫式调压室位置的工程地质条件的研究显得尤为重要。