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第十二章其他类型厂房2009年11月前面所述水电站厂房的布置设计主要是引水式地面厂房为例，其布置基本原理对其它型式的厂房也适用，本节主要说明其它类型厂房布置上的一些特点。第一节坝后式、溢流式、坝内式厂房一、坝后式厂房布置在非溢流坝后、与坝体衔接的厂房。坝址河谷较宽，河谷中布置溢流坝外还需布置非溢流坝时，通常采用这种厂房。厂坝连接方式（1）厂坝连接处设纵向沉降伸缩缝将厂坝结构分开。厂坝各自独立承受荷载和保持稳定，结构受力比较明确。压力钢管穿过纵缝处应设置伸缩节。（2）厂坝连接处不设纵向沉降伸缩缝，厂房下部结构通常与坝体连接成整体，厂坝共同保持整体稳定。坝体的变位会影响厂房，坝体承受的荷载一部分要传给厂房承担，连接处需要传递较大的推力和剪力，因而厂坝连接段的结构强度应足够。布置特点厂房上部与坝体之间的空间较大，主变与副厂房往往可布置于此，开关站有时也以高架型式布置在坝的下游面上。二、溢流式厂房厂房布置在溢流坝后，洪水通过厂房顶下泄。溢流式厂房适用于中、高水头的水电站，坝址河谷狭窄、洪水流量大，河谷只够布置溢流坝，采用坝后式厂房会引起大量土石方开挖，这时可以采用溢流式厂房。溢流式厂房布置紧凑，由于厂房通常布置在河床中央，泄洪时下游水流条件较好。新安江水电站(一)溢流式厂房布置特点1.厂房顶泄洪，溢流式厂房通常是全封闭的，一般不设窗户。上游被大坝所挡，因此需要人工照明、通风和防潮等措施。中央控制室、发电机层和各主要通道的照明最为重要，必须全天照明，以便运行人员监视和巡回检查以及处理紧急事故；通风机室一般布置在厂房的两端，便于进风和排风。2.溢流式厂房的厂坝之间往往留有较大的空间，常将副厂房布置在厂坝之间，可节省投资。但由于厂坝之间阴暗潮湿，空气不好，设计时要进行必要的装饰，使副厂房具有较好的通风、照明和防潮功能，为运行人员和机电设备提供良好的工作条件。3.尾水平台在泄洪时受到较大的吸力，而且在泄洪开始和终了时受到水舌的冲击，所以尾水平台上不宜设副厂房。4.溢流式厂房的安装间结合进厂交通条件，一般设于主厂房的一端或两端，很少设于中间。安装间大门设计要考虑泄洪时防止溅水或地面水进入厂房发电机层，防止水渗入安装间下面的房间，必要时设置临时防洪设施。5.为了减小溢流顶板的跨度，主厂房内除布置主机及必要的附属设备并留有主通道外，尽量不布置辅助设备和电气设备，后者宜布置在厂坝之间。6.由于溢流厂房顶承受巨大的水重、顶板自重及水平推力(来自大坝及溢流时)，厂房排架通常由整片很厚的钢筋混凝土箱形结构组成，而不另设柱子。新安江水电站横剖面(二)溢流式厂房厂坝之间的下部连接型式(1)厂坝分开。在厂坝之间设永久性沉降伸缩缝。钢管通过厂坝之间必须设伸缩节，以适应地基不均匀沉陷。(2)厂坝整体连接。厂坝之间不设永久缝，施工缝进行回填灌浆，并有骑缝钢筋相连，使厂房底板与坝体连成整体，厂坝之间不设伸缩节。(3)厂坝缝面接触式连接。这种连接方式介于厂坝分开和整体连接之间。在厂坝之间留施工缝，待混凝土达到稳定温度后再进行接触灌浆，缝面不放插筋，不做键槽。这种缝面能传递水平推力，不能传递很大弯矩和剪力。厂坝之间的连接方式主要取决于地质条件，地基条件好可采用整体连接方式，地基条件差的宜采取分开布置。三、坝内式厂房布置在坝体空腔内的厂房称为坝内式厂房坝内式厂房布置在溢流坝内，泄洪以及洪水期的高尾水位不直接作用于厂房。但坝内空腔削弱了坝体，使坝体应力复杂化。坝内式厂房坝体空腔的大小和形状对坝体的应力影响很大。空腔的大小和形状应结合坝型、坝高、厂房布置的要求，选择优化断面。坝内厂房的布置设计应与大坝剖面形状的拟定密切配合进行。坝内式厂房机组容量的确定、机电设备的选择和布置必须与坝内空腔的大小相适应。应采取一定的措施尽量减小主厂房的高度或宽度。坝内式厂房副厂房的布置要视坝体空腔的大小而定。当厂房空腔宽度较大，副厂房可平行布置在同一空腔内主厂房的上、下游侧。当厂房空腔宽度较小时，可将大部分副厂房布置在坝外。坝内厂房布置有需特别注意防渗、防潮、通风、照明问题。坝内空腔周围需设有隔墙，空腔壁与隔墙间布置排水沟管，主厂房顶部设有顶棚，上铺防水层。坝内厂房应有完善的通风、照明系统。第二节河床式厂房大化水电站横剖面厂房与挡水建筑物一起座落在河床上，成为挡水前沿的一部分，厂、坝在结构上合为一体。河床式厂房布置和结构计算的特点：1．厂房即是挡水建筑物，厂房上游侧设置比较挡水墙来承受上游水压力，因此必须进行厂房总体稳定分析和计算，包括抗滑稳定、基础防渗、地基应力等一系列问题。2．河床式水电站的进水口是与厂房的主机室连接成为一个整体结构,进口段的设计即为厂房设计的一部分。一、装置立轴轴流式水轮机的河床厂房3．厂房的上游侧一般不设吊车梁，将吊车轨道直接铺设在由上游挡水墙伸出的带形牛腿上。另外由于机组容量大，水轮发电机组的尺寸较大，发电机的重量大，厂房桥吊、立柱、吊车梁的负荷也较大。4．由于水电站的水头低，单机引用流量大，通常采用钢筋混凝土蜗壳。为了缩短机组段长度，蜗壳包角为135°～225°，常用的为180°；由于引用流量大，尾水管尺寸大，尾水平台加宽，平台下面空间较大，可以布置很多辅助设备。5．低水头大容量的水轮机（即轴流转浆式机组）气蚀性能较差，要求安装高程较低，因此基础开挖很深，水下混凝土方量很大。为了减少方量，尾水管扩散段底板常常上翘。6．河床式电站的水库容量不大，水库中流速较大，泥沙、漂浮物均会被带到厂房前面，要考虑排沙、防淤及排污措施。泥沙问题处理不当，可能淤死进水通道，加快水轮机磨损。防污措施不当，也能压垮拦污栅，造成停电事故。7．河床式电站落差不大，洪水期落差更小。尾水位高，除出力受阻外，对电站厂房设计也会造成不利的影响。一是进厂道路高，发电机层低，因此安装间与发电机层不在一个高程上。二是下游墙受到的水压力也大，几乎使厂房两面受压。二、装置贯流机组的河床厂房虎跳岩电站厂房(轴伸式机组)水头低于20m的大中型河床厂房常采用贯流式机组。机组转轮部分装置于转轮室内，发电机部分设于位于水轮机上游的灯泡体内。灯泡体固定于混凝土墩上，有的水电站厂房中灯泡体用辐射布置的混凝土支承结构固定于流道中，以改善流道中的流态。灯泡体外壳可以拆开以便装卸发电机，电机转子直径不大时可从转轮室吊出灯泡体，否则需在灯泡体流道上方设专用吊孔吊运发电机。灯泡的首尾部设有通道供运行人员进出和引出母线。通道也可设在灯泡体支撑结构的空腔内。通往厂房上部和下部的水轮机固定支柱，其空腔用以引出各种辅助管道和电缆，尺寸适宜时也可兼作通道。灯泡式贯流机组：发电机装置在灯泡体内，发电机定子是灯泡体的组成部分，灯泡体的直径由发电机确定。轴伸式贯流机组：发电机装置在外部。水头较小时，与采用立轴轴流机组比较，贯流机组厂房的机组段长度和安装场尺寸减小，结构简单，厂基面可以提高，厂房钢筋混凝土和开挖土石方可减少，施工安装方便。在水轮机方面，贯流机组的效率高于竖轴轴流机组。由于允许将机组装得低些也不致引起深开挖，水轮机的气蚀问题可得以减轻。三、泄流式河床厂房泄流式河床式厂房简称泄流式厂房，也称混合式厂房。其典型的布置有：泄水道可布置在蜗壳与尾水管之间，以底孔形式泄水；布置在蜗壳顶板上(发电机置于井内)，发电机层上部或主机房顶上，以堰流方式泄水；在尾水管之间布置泄水廊道，或将机组段与泄水道间隔布置，称闸墩式厂房。泄水式河床厂房的特点：1.利用厂房机组段布置泄水道，可以减少泄水闸的长度，有的工程甚至可以完全不建单独的泄水建筑物。2.在多沙河流上利用厂房的泄水底孔排沙效果显著。我国某电站进行的现场侧验表明，厂房泄水底孔的单位流量排沙能力为水轮机进水口的7~8倍，排沙量则为8~9倍，底孔排沙时期进入水轮机的泥沙颗粒级配较入库泥沙细得多，底孔排沙对厂房起到“门前清”的作用，为专门的冲沙闸所不及。3.河流漂污问题严重和有排冰要求时，利用厂房的溢流堰泄水可顺畅地排除厂房前的漂污和浮冰，防止或减轻污物，冰块堆积在进水口前封堵拦污栅。泄水式河床厂房的特点：4.河床狭窄时采用闸墩式厂房可减少开挖和占用河岸的场地。5.从流态来看，采用闸墩式厂房的枢纽，不论在洪水期还是在平枯水期，枢纽上下游河流的水流状态几乎与未建枢纽前相同，排沙、排污和排冰的效果较好。6.闸墩式厂房的缺点是机组分散，施工和运行不便。7.泄流式厂房利用泄水道泄水时产生的增差作用，可以部分地恢复水头，减少受阻出力，增加发电量。但要注意，根据经验，厂房泄水底孔和水轮机的流量比不宜大于1。第三节地下式厂房把水电站厂房等主要建筑物布置在山岩洞室之中就是地下厂房。目前国外建成的地下水电站约有350座，总装机容量达40000MW。我国已建成的地下水电站有40余座，总装机容量约5000MW。由于开挖机械的不断改进和施工技术的不断提高，地下开挖的进度越来越快，造价越来越低，因此近年来国内外地下水电站建设速度加快。溪洛渡水电站地下厂房锦屏二级水电站地下洞室群一、地下厂房的优缺点厂房位置可以选择地质条件较好的区域，厂房布置较灵活。河道比较狭窄、洪水流量较大的情况下，采用地下厂房可减少与泄洪建筑物的矛盾，并便于施工导流。可以全年施工，不受雨、雪、酷暑、严寒的影响。与其它建筑物的施工干扰少，有利于快速施工。雪崩、山坡塌方造成的危害小些，人防条件也好。可以降低安装高程，改善水轮机运行条件。在下游尾水位变幅很大时，对厂房也无大影响。有可能缩短高压管道，并可能取消调压室。采用地下钢管比露天钢管要安全些，并可节省钢材。地下厂房的缺点：地下岩石开挖量很大，增加了工程的开挖费用。通风、防潮、照明条件较差，要有专门措施，否则对设备和管理人员都不利。地质条件较差时，用于支护方面的费用将要增加。二、地下厂房的布置型式根据厂房在引水系统中的位置，地下厂房的布置有首部式、中部式和尾部式三种。1．首部式地下厂房厂房位于电站引水系统的首部。特点：有压引水隧洞较短，尾水隧洞较长，有可能需要设置尾水调压室。不设上游调压室，单元供水，可不设下端阀门。因而可以降低造价。2．尾部式地下厂房特点：具有较长的引水隧洞和较短的尾水隧洞，一般均设有上游调压室。厂房靠近地表，尾水洞短，厂房的交通、出线及通风等辅助洞室的布置及施工和运行管理比较方便，因而采用较多。尾部式地下水电站适用水头范围较大，最高水头达1000m以上，目前高水头电站多采用尾部布置方式，我国已建成的地下水电站尾部式占70%以上。3．中部式地下厂房厂房位于引水系统的中部同时具有较长的上游引水道和下游尾水道，当引水道和尾水道均为有压时需要同时建引水调压室及尾水调压室。地下厂房的布置型式的选择，要结合水电站水能规划、当地的地形、地质、交通运输、出线条件、施工和运行条件，经过技术经济比较确定。三、地下厂房的洞室组成主厂房洞室+附属洞室→洞室群。附属洞室主要布置：机电设备、交通运输、出线、通风道。1．交通运输洞和安装间交通运输洞是地下厂房的主要对外通道。形式：平洞、竖井。位置：与安装间位置直接关连，两者应一起考虑确定。安装间：主厂房一端、厂房中间机组段之间。2．地下副厂房必须靠近主机的附属设备集中布置在紧靠主机房的地下副厂房内。其他可以利用己有洞室分散布置或放在地面副厂房内。为避免增加主洞室的跨度，地下副厂房往往设于主厂房的一端。机组尺寸不大，围岩稳定性好时，也可将地下副厂房放在主厂房一侧，主副厂房集中布置在同一主洞室内。3．主阀门洞室水轮机前设有快速阀门时，主阀室可布置在主厂房内，利用厂房桥吊吊运，以免另开阀门洞和增设专用桥吊。主阀室可布置靠近厂房上游侧的单独阀门室内。这种布置有利于减小主厂房洞的跨度，阀门爆破后不致危及主厂房。4．尾水洞、尾水闸门洞、尾水调压室尾水隧洞比较长时，可采用联合出水或分组出水方式；尾水隧洞不长时，采用单独出水，即一机一洞出水。每台机组一般均应设置尾水闸门井，上部设有尾水闸门洞室，用以吊运和操纵启闭尾水闸门。尾水隧洞为有压而长度又较长时，尾水隧洞首部还需建尾水调压井