中華人民共和國能源行業(yè)標準PNB/T35080—2016水電站氣墊式調(diào)壓室設(shè)計規(guī)范DesigncodeforaircushionsNB/T35080—2016I2016年第1號(試行)〉及實施細則的通知》(國能局科技(2009)52號)有關(guān)建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范第5部分：水處理及制氫系統(tǒng)》等345項行業(yè)標準，其中能源標準(NB)54項，電力標準(DL)125項和2016年1月7日行業(yè)標準目錄序號標準編號采標號批準日期實施日期調(diào)壓室設(shè)計規(guī)范制(修)訂計劃的通知》(國能科技〔2012)326號〕的要求，編水電水利規(guī)劃設(shè)計總院(地址：北京市西城區(qū)六鋪炕北小街2號，本規(guī)范主要起草人員：郝元麟余挺陳子海劉朝清本規(guī)范主要審查人員：黨林才趙琨方光達李光順高永輝陳祥榮姜宏軍劉戰(zhàn)平韓益民李仕勝 1 23氣墊式調(diào)壓室設(shè)置條件及位置選擇 4 43.2位置選擇 54氣墊式調(diào)壓室工程地質(zhì)勘察 64.1一般規(guī)定 64.2圍巖工程地質(zhì)特性勘察 64.3圍巖工程地質(zhì)評價 74.4施工地質(zhì)工作 75氣墊式調(diào)壓室水力計算及基本尺寸確定 85.1穩(wěn)定氣體體積計算 85.2基本尺寸確定 95.3水力過渡過程計算 96氣墊式調(diào)壓室閉氣、結(jié)構(gòu)布置及監(jiān)測設(shè)計 6.1閉氣型式及選擇 6.3安全監(jiān)測 7氣墊式調(diào)壓室氣、水和運行監(jiān)測系統(tǒng) 7.2運行監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 7.3運行要求 附錄A氣室穩(wěn)定工況參數(shù)計算 附錄B氣室內(nèi)涌波和氣體絕對壓力極值計算 本規(guī)范用詞說明 引用標準名錄 V 1 23Layoutrequirementsand 43.1Layoutrequirements 4 5 64.1Basicrequiremen 6 6 7 75Hydrauliccalculationandbasicdimensionsofa 8 8 95.3Calculationofhydraulictransient 9andobservationofaircushionsurgech Explanationofwordinginthiscode Listofnormativestandards Addition:Explanationofprovisions 11.0.2本規(guī)范適用于水電站3級及以下上游氣墊式調(diào)壓室的設(shè)22.0.2氣室chamber2.0.4常規(guī)調(diào)壓室conventiona2.0.10氣室控制參數(shù)chambercontrolpara343.1.1水電站壓力水道需設(shè)置調(diào)壓室時，是否采用氣墊式調(diào)壓室方案，需結(jié)合地形、地質(zhì)、工程布置、施工、環(huán)境影響、工程量、投資及運行等因素進行技術(shù)經(jīng)濟綜合比較后確定，對有較高環(huán)境要求的高水頭中小型水電站可優(yōu)先選用。1氣墊式調(diào)壓室應(yīng)利用圍巖承擔內(nèi)水或氣體壓力，圍巖宜為中硬巖或堅硬巖，以不低于Ⅲ類的較完整的巖體為主。2氣墊式調(diào)壓室最小上覆巖體厚度(見圖3.1.2)應(yīng)滿足下列經(jīng)驗公式，并應(yīng)復(fù)核最大氣室壓力條件下的最小上覆巖體厚度。a.力管道Z?廠房5NB/T35080—2016H?——氣墊式調(diào)壓室設(shè)計壓力，即氣墊式調(diào)壓室設(shè)計最大靜水頭(m);K——水的重度(N/m3);Z?——氣室設(shè)計靜態(tài)工況的室內(nèi)水位(m);F——經(jīng)驗系數(shù)，一般取1.3～1.5。當復(fù)核最大氣室壓力條件下的最小上覆巖體厚度時F宜大于1.1。3氣墊式調(diào)壓室?guī)r體最小主應(yīng)力σ?應(yīng)滿足下列經(jīng)驗公式，當無法滿足時，應(yīng)進行專門論證。式中：o?——巖體最小主應(yīng)力(N/m2);Pmax——氣室內(nèi)最大氣體壓力水頭(m)。4氣墊式調(diào)壓室區(qū)域宜有較高的天然地下水位，或能形成穩(wěn)定滲流場。設(shè)計壓力下高壓壓水巖體透水率宜小于5Lu。3.2.1氣墊式調(diào)壓室位置要求山體雄厚、穩(wěn)定，地形完整，避免靠近深切溝谷。氣墊式調(diào)壓室宜布置在地應(yīng)力正常帶內(nèi)，應(yīng)避開區(qū)域性斷裂、活斷層、采空區(qū)、強烈風化卸荷巖體、大型喀斯特洞穴、暗河。3.2.2氣墊式調(diào)壓室位置選擇宜分階段逐步進行，氣墊式調(diào)壓室位置宜靠近廠房，并根據(jù)地形、地質(zhì)、工程布置、施工條件及投資等進行技術(shù)經(jīng)濟綜合比較后確定。64.1.2基本地質(zhì)條件勘察的主要內(nèi)容應(yīng)包括地形地貌、地層巖(變形)模量、抗剪(斷)強度、波速值，結(jié)構(gòu)面的抗剪(斷)強785氣墊式調(diào)壓室水力計算及基本尺寸確定9g——重力加速度(m/s2);5.1.3應(yīng)針對允許的氣體最大漏損量進行穩(wěn)定氣體體積校核計5.3.2氣墊式調(diào)壓室內(nèi)氣體瞬態(tài)控制方程可采用理想氣體狀態(tài)5.3.4計算涌波水位極值時，氣體多變指數(shù)m取1.0;計算氣體2罩式閉氣結(jié)構(gòu)宜設(shè)置平壓系統(tǒng)平衡罩體外側(cè)水壓力和氣量不宜少于2臺。7.3.1氣室在初次投運或檢修后投運，應(yīng)先通過引水系統(tǒng)向氣室7.3.2采用水幕閉氣的氣墊式調(diào)壓室，水幕充水宜與氣室充水同NB/T35080—2016附錄A氣室穩(wěn)定工況參數(shù)計算A.0.1氣室設(shè)計靜態(tài)工況的室內(nèi)氣體絕對壓力、氣體體積以及控制常數(shù)應(yīng)按下列公式計算：(A.0.1-2)ha——當?shù)卮髿鈮?m);Z?——氣室設(shè)計靜態(tài)工況的室內(nèi)水位(m);氣室設(shè)計靜態(tài)工況的室內(nèi)氣體體積(m3),是Z?的Cno——氣室控制常數(shù)(m?)。A.0.2當氣室設(shè)計靜態(tài)工況的控制常數(shù)Cn取值確定后，按“等Cmo”的運行控制模式，任意正常穩(wěn)定運行工況的氣室內(nèi)水位、氣室內(nèi)氣體絕對壓力及氣室內(nèi)氣體體積應(yīng)按下列公式計算：P=Z+h-Z-hP·V=CT(A.0.2-2)式中：Zu——發(fā)電運行的最高水庫水位(m);hw——引水道水頭損失(m);Z——氣室內(nèi)水位(m);V——與水位Z相對應(yīng)的氣墊式調(diào)壓室內(nèi)的氣體體積NB/T35080—2016P——氣室內(nèi)氣體絕對壓力水頭(m)。A.0.3氣墊式調(diào)壓室宜采用斷面面積隨高程變化不大的體型，水位波動范圍內(nèi)，室內(nèi)氣體體積與室內(nèi)水位具有或近似具有線性當氣墊式調(diào)壓室水面面積在水位波動范圍內(nèi)相等時，式(A.0.3-1)嚴格成立，且k?為氣墊式調(diào)壓室水面面積，k?為按氣體體積不變而折算成等水面面積后的調(diào)壓室頂部折算高程。其他體型的氣墊式調(diào)壓室，其體型參數(shù)k、k?可通過選取兩組氣體體積與水位的對應(yīng)點(V?,Z?)、(V?,Z?)按下式確定：體積函數(shù)采用式(A.0.3-1)時，任意正常穩(wěn)定運行工況的室內(nèi)水位、氣體絕對壓力及氣體體積可由下式確定：P=Cro/V(A.0.3-5)c——計算參數(shù)(m2)。NB/T35080—2016附錄B氣室內(nèi)涌波和氣體絕對壓力極值計算式計算：μ=Z?-Z?(B.0.1-10)R,=h/Q2(B.0.1-12)NB/T35080—2016?NB/T35080—2016B.0.3增加負荷時，室內(nèi)最低水位及最小絕對氣壓可按下列公式2條文中指明應(yīng)按其他有關(guān)標準執(zhí)行的寫法為：“應(yīng)符《水電水利工程地下建筑物工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》DL/T中華人民共和國能源行業(yè)標準NB/T35080—能源局2016年1月7日以第1號公告批準發(fā)布。 3氣墊式調(diào)壓室設(shè)置條件及位置選擇 305氣墊式調(diào)壓室水力計算及基本尺寸確定 5.1穩(wěn)定氣體體積計算 335.2基本尺寸確定 5.3水力過渡過程計算 6氣墊式調(diào)壓室閉氣、結(jié)構(gòu)布置及監(jiān)測設(shè)計 386.2結(jié)構(gòu)布置及設(shè)計 6.3安全監(jiān)測 7氣墊式調(diào)壓室氣、水和運行監(jiān)測系統(tǒng) 7.1氣、水系統(tǒng)設(shè)計 7.2運行監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 3.1.1對于下述幾種情況，應(yīng)優(yōu)先考慮采用氣墊式調(diào)壓室的可表3-1列出了國內(nèi)已建氣墊式調(diào)壓室圍巖整況。統(tǒng)計結(jié)果表明5個工程的氣墊式調(diào)壓室圍巖天然透水率小于5Lu的實驗段占總試驗段的78%,故本標準采用5Lu作為圍巖整幕閉氣時要求灌漿后透水率小于1Lu。水電站自一里小天都陰坪高壓壓水比例(%)明氣墊式調(diào)壓室區(qū)工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，綜合比較推薦氣墊表3-2列出了國內(nèi)外氣墊式調(diào)壓室工程相關(guān)參數(shù)。表中氣墊式調(diào)壓室與廠房(或機組)最大距離不超過1300m,最小距離為水電站建成日期至水輪機距離連接隧洞長度自一里已建小天都已建水電站建成日期額定水頭至水輪機距離連接隧洞長度已建已建陰坪NB/T35080—20165氣墊式調(diào)壓室水力計算及基本尺寸確定5.1穩(wěn)定氣體體積計算5.1.1此前，氣墊式調(diào)壓室小波動穩(wěn)定性判斷的傳統(tǒng)依據(jù)是基于“托馬假定”的臨界穩(wěn)定斷面面積，其定義與常規(guī)調(diào)壓室類似。氣墊式調(diào)壓室的臨界穩(wěn)定斷面面積國內(nèi)外大多采用挪威R.Svee教授導(dǎo)出的下列公式計算：A——常規(guī)調(diào)壓室的臨界穩(wěn)定斷面面積(m2);I?——氣室內(nèi)氣體體積折算為Asy時的高度(m)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對于氣墊式調(diào)壓室，采用臨界穩(wěn)定斷面面積的概念判斷其小波動穩(wěn)定性是不準確的，因為：①從嚴格意義上來講，氣墊式調(diào)壓室波動穩(wěn)定性取決于各運行工況調(diào)壓室內(nèi)的氣體壓力、氣體體積、水面面積，而不是由其中某一個因素單獨決定的；②在調(diào)壓室體型參數(shù)未定的情況下，僅增加調(diào)壓室斷面面積并不能保證式(5-1)的成立，且當氣體體積、壓力變化時，式(5-1)所得到的Asv計算結(jié)果的變化很敏感；③在實際工程中，一般有可見，氣墊式調(diào)壓室的斷面面積對其穩(wěn)定性的影響一般很小，NB/T35080—2016而能夠描述其小波動穩(wěn)定性的主要特征參數(shù)是氣室內(nèi)的氣體體積和氣體絕對壓力。對于按等“氣室控制常數(shù)Cro”模式控制的氣墊該參數(shù)也是決定氣墊式調(diào)壓室體型結(jié)構(gòu)的一個主要設(shè)計控制參數(shù)。對于氣墊式調(diào)壓室的斷面面積，從理論上講，其允許的極限最小穩(wěn)定斷面面積即為常規(guī)調(diào)壓室的托馬斷面面積，但從實際工程意義上講，氣墊式調(diào)壓室的斷面面積一般都會比常規(guī)調(diào)壓室的托馬斷面面積大很多。5.1.2基于托馬假定推導(dǎo)的氣墊式調(diào)壓室的臨界穩(wěn)定氣體體積計式中：lo——氣室內(nèi)氣體體積除以Z。處的斷面面積(m);為方便起見，忽略部分次要因素的影響并將參數(shù)按不利情況取值，可得到如下簡化形式：穩(wěn)定氣體體積安全系數(shù)的取值可以借鑒常規(guī)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面安全系數(shù)的取值經(jīng)驗。《水電站調(diào)壓室設(shè)計規(guī)范》NB/T35021規(guī)定，常規(guī)調(diào)壓室穩(wěn)定斷面安全系數(shù)一般可采用1.0～1.1。對于氣墊式調(diào)壓室，挪威8個氣墊式調(diào)壓室工程的穩(wěn)定斷面面積安全系數(shù)平均取值為1.57(基于隧洞糙率取n=0.025)。我國已建氣墊式調(diào)壓室工程中(見表5-1),安全系數(shù)取值在4.4～1.3,且隨著技術(shù)的成熟，安全系數(shù)取值有減小的趨勢。由于臨界穩(wěn)定氣體體積是基于苛刻的托馬條件推導(dǎo)出來的，且計算公式中參數(shù)取值已考慮各種不利情況，因此安全系數(shù)取過大值是不必要的。綜合考NB/T35080—2016慮，建議穩(wěn)定氣體體積安全系數(shù)采用1.2～1.5,可視工程重要程項目名稱自一里小天都陰坪此外，穩(wěn)定氣體體積的計算公式和計算原則也適用于壓力尾水道上單獨設(shè)置的氣墊式調(diào)壓室的情況，但需將壓力引水道的參數(shù)改為壓力尾水道的參數(shù)，壓力管道的參數(shù)改為尾水管后的延伸段的參數(shù)，水位取值也需做相應(yīng)調(diào)整。不過尾水道上單獨設(shè)置的氣墊式調(diào)壓室的經(jīng)濟性較差。5.1.3漏氣引起的水位上升會減小調(diào)壓室的穩(wěn)定安全裕度，需對氣室最大允許漏氣情況進行校核。當考慮氣體漏損時，由臨界穩(wěn)定氣體體積計算公式、氣體狀態(tài)方程，有：——漏氣量(%);對于氣墊式調(diào)壓室，由水頭平衡方程易知，漏氣引起的壓力變化值△P為室內(nèi)水位變化，此值相對于氣室壓力而言很小的，即漏氣引起的水位上升導(dǎo)致安全系數(shù)的減小。由此可知，漏氣對調(diào)壓室水位波動穩(wěn)定是不利的。氣墊式調(diào)壓室的穩(wěn)定性計算不僅要按設(shè)計工況設(shè)計，還應(yīng)對氣室最大允許漏氣情況進行校核。5.2.3氣墊式調(diào)壓室體型應(yīng)結(jié)合工程實際情況，經(jīng)水力過渡過程計算優(yōu)化確定。因窄高城門洞型可以減小安全水深所占據(jù)的室容，在同等初始水位條件下，能增大有效氣體容積比例，從而對減小調(diào)壓室的總?cè)莘e是有利的，即具有較好的水力性能，且布置方便，已積累了豐富的設(shè)計運行經(jīng)驗，可優(yōu)選窄高城門洞型。5.2.4氣室底板高程可按室內(nèi)最小水深不小于安全水深確定。氣墊式調(diào)壓室的水力特性與常規(guī)調(diào)壓室差別較大，氣墊式調(diào)壓室安全水深不能照搬常規(guī)調(diào)壓室的安全水深標準。在同等條件下，如果安全水深取值相同，則氣墊式調(diào)壓室比常規(guī)調(diào)壓室在安全性上要高很多，但其經(jīng)濟性較差，強求氣墊式調(diào)壓室的安全水深取較大值是不必要、不經(jīng)濟的。為防止高壓氣體進入引水道，氣墊式調(diào)壓室安全水深的設(shè)計取值建議為不小于2.0m,對于發(fā)生概率很小的校核工況，可取不小于1.5m,當水深小于1.5m時，則視為事故情況。5.2.5調(diào)壓室底部阻抗隨阻抗孔面積的減小而增加。設(shè)置阻抗孔對減小氣墊式調(diào)壓室水位及氣室壓力波動幅值有利，但阻抗孔斷面過小(即阻抗取值過大)對調(diào)壓室內(nèi)流態(tài)平穩(wěn)不利，存在一定5.3水力過渡過程計算5.3.1氣室控制常數(shù)為電站初始充氣量及各工況初始參數(shù)的確定提供依據(jù)，室內(nèi)氣體壓力及氣體溫度為結(jié)構(gòu)、閉氣設(shè)計及相關(guān)監(jiān)5.3.2實際工程中氣墊式調(diào)壓室內(nèi)氣體與理想氣體物理性質(zhì)相程度有關(guān)，實際工程中其變化過程介于等溫過程(m=1.0)與等熵過程(絕熱過程m=1.4)之間。對計算而言，氣體多變指數(shù)m水率最大的Osa電站為0.5Lu,透水率最小的Ulsel電站為6.2.1圍巖閉氣和水幕閉氣的氣室一般采用不襯砌或錨噴支挪威的Torpa水電站采用了環(huán)形，Kvildal水電站采用了“日”電站名氣體體積氣墊壓力“水幕”超壓(標準狀況下)自一里小天都罩式閉氣罩式閉氣陰坪罩式閉氣注：上標“*”表示設(shè)水幕的漏氣量；上標“**”表示閉氣補強后的漏氣量。NB/T35080—20167氣墊式調(diào)壓室氣、水和運行監(jiān)測系統(tǒng)7.1氣、水系統(tǒng)設(shè)計7.1.3氣室充氣時間長短會對電站機組第一次投運時間產(chǎn)生一定的影響，應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。充氣空壓機造價較高，僅在