分析水电站气垫式调压室应用现状和主要设计问题

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翻新时间：2015-07-29

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分析水电站气垫式调压室应用现状和主要设计问题

【摘要】近年来，随着经济的飞速发展，环境污染问题也越来越受到人们的重视，为了保护环境，节约工程建设中的投资，我国开始在某些水电站建设气垫式调压室。采用气垫式调压方案，不仅有利于保护环境，还减少了工程中的投资，节约了建设成本。本文主要分析水电站气垫式调压室的应用现状以及主要设计问题。

【关键词】水电站；气垫式调压室；现状；设计

气垫式调压室是我国的一种新技术，具有保护环境节约成本的优点，气垫式调压室还被称作封闭调压室，它作为一种性能优越的水锤和波涌控制设施，在水电站的运行中发挥着重要的作用，它的工作原理是：在室内一部分充水，在水面之上的密闭空间中充满高压空气，形成一个气垫，利用空气的压缩和膨胀，来减小调压室内水位的涨落幅度。与常规调压室相比，气垫式调压室的高度可以大大降低，可少受地形条件的限制并保护地表环境，可布置在更接近厂房的位置，使引水道在纵剖面上更接近于直线，因此缩短了引水道的长度，减少了工程量，并改善了机组的调节性能。

一、水电站气垫式调压室的应用现状

世界上第一个气垫式调压室最早建设在挪威，建于1973年，挪威的最后一座已建成的气垫式调压室Torpa水电站于1989年投入运行。在1989年之后，挪威就没有再建气垫式调压室，并不是因为该种调压室再设计上存在的问题，而是挪威政府对水电开发的政策，因为政策的限制，挪威才没有继续建设气垫式调压室。根据资料显示，直到今天其他国家还没有开启水电站气垫式调压室的建设。

（一）自一里水电站的建设

自一里建设在九寨沟风景区之中，电站施工公路极为险峻，施工难度相对较大，由于用了气垫式调压室设计方案，有效解决了厂内的交通问题，同时也保护了风景区内的自然环境。

（二）小天都水电站的建设

2004年初，和自一里电站同一业主的木座水电站也准备采用气垫式调压室方案，目前正在研究中。

二、气垫式调压室主要设计问题

（一）围岩质量准则

气垫式调压室的建设关键在于围岩质量是否符合标准。岩石自身应能抵抗非常高的水压力作用。因此，应选择岩石强度高（坚硬岩）、岩体相对完整、洞室稳定性好的位置进行气垫式调压室布置，避开较大的不利地质构造和岩溶发育地区。

（二）最小覆盖厚度经验准则

气垫式调压室应首先满足上抬理论经验准则要求。通过控制垂直和水平覆盖厚度，从宏观上避免山体发生整体上抬和失稳现象。最小覆盖厚度准则对气垫式调压室设计是必须满足的，特别是在初步评判气垫式调压室方案的成立与否及初拟位置时更具有重要意义。

（三）最小地应力准则

最小覆盖厚度经验准则属于简单极限平衡法，该方法仅考虑岩石的重力。然而地形对谷坡内的实际地应力影响很大，许多情况下还存在相当大的构造应力和残余应力。因此，为确保围岩不发生水力劈裂和气压劈裂破坏，最小地应力准则就显得更为必要。

（四）岩体抗渗准则

岩体渗透性是确定洞壁岩体漏水、漏气量的重要指标，应选择透水性相对微弱的岩体进行气垫式调压室布置，应进行固壁灌浆处理。

是否对水幕上方岩体进行灌浆处理以降低水幕中可能发生的漏水问题，应该视现场具体情况而定。例如挪威水电站的水幕设计中未考虑对水幕上方岩体进行灌浆处理。

（五）地下水压力梯度准则

如果岩体的渗透性不是很低，为了使空气损失控制在允许范围内，使围岩内的水压力大于气垫压力是至关重要的。气垫式调压室位置的天然地下水压力若高于气垫压力，在运行过程中，朝向气垫的地下水压力梯度是正的，就可以避免漏气，这是避免气流向外泄漏的准则。若拟建气垫式调压室位置的天然地下水位较低，低于最高气体压力水头，或者天然地下水位不确定，则需要设置水幕，人为地产生必要的孔隙水压力，以解决漏气问题。

1、水幕的布置设计

水幕的布置以封住气垫室使气体在水幕压力下不外泄为原则，水幕可以设置在气垫室上部的专门廊道中，以倾斜向下的伞形进行布置。

2、设置水幕的条件

孔隙水压力与气垫压力比如果小于1，且上覆岩体厚度薄，岩石渗透性较大，则需要设置水幕。相关经验表明，如果地下水压力和调压室内气体压力之比小于0.9，则漏气量将迅速增大，如果该值大于1.1，与消散在水道中的损失相比，通过岩体的漏气并不是很重要。设置水幕后，岩体的渗透性不再成为主要控制条件。

结语

作为一种新技术，气垫式调压室不断的被应用到水电站的建设中，相对于传统的调压室方案来说，气垫式调压室的优点是显而易见的，不仅能够保护生态环境，节约工程建设的成本，同时也降低了水电站建设的难度，利用得天独厚的自然资源，对气垫式调压室进行深入研究和合理的设计，注意设计中存在的各种问题，气垫式调压室将造福更多的人，更加有效的为社会主义的建设做出贡献。