摘 要：随着KYET水电站开发工作的推进，需要对引水系统调压井进行优化设计，为解决调压井深挖方与施工场内交通的问题，结合气垫式调压室所需满足的地形地质条件，通过对KYET水电站基本条件的分析，探讨了其布置型式，计算了气垫式调压室的气体参数。
关键词：气垫式调压室；气室布置；稳定气体体积
1 工程概况
KYET水电站工程坝址断面多年平均年径流量9.02亿m3，总库容921万m3，水库正常蓄水位1345m，相应库容797万m3，死水位1335m，调节库容696万m3，死库容101万m3。主电站装机容量110MW，引用流量80.2m3/s。多年平均年发电量2.42亿kW·h，装机年利用小时数2202h。
枢纽布置由混凝土重力坝、表孔、底孔、发电引水系统及厂房组成。根据DL5180—2003《水利枢纽工程等级划分及设计安全标准》规定，该工程规模属中型，工程等别III等。
发电引水系统布置在左岸，隧洞水平全长7080m，最大引用流量80.2m3/s；发电厂房位于卡依尔特河出山口，Ⅲ级阶地山前冲洪积扇前缘上，距坝址直线距离7km，主机间内设2台45MW，加1台20MW水轮发电机组。电站最大水头173.46m，最小水头150.58m。
原设计调压井距离主厂房770.164m，调压井型式为阻抗式，底板高程1186m，该处发电洞底板高程1158.096m，顶高程1363.5m，由阻抗孔、竖井组成。阻抗孔为圆型断面，直径3.4m；竖井为圆型断面，直径16m，断面面积201.06m2。由于调压井挖深200m，故本次拟优化为气垫式调压室方案作为调压设施，省去了山体明挖及上井公路，布置位置更灵活。
2 地质条件
气垫式调压室结合3#施工支洞设置，距离厂房机组中心线1107m。根据NB/T 35080—2016《水电站气垫式调压室设计规范》，气垫式调压室应满足的基本地质条件是：岩体质量与成洞条件、埋深条件、地应力条件和渗透性条件。
2.1 岩体质量与成洞条件
气垫式调压室的内水压力较大，应利用围岩承担内水或气体压力，围岩宜为中硬岩或坚硬岩，以不低于Ⅲ类较完整的岩体为主。3#交通洞围岩类别除进洞口20m为Ⅳ类围岩外，洞身围岩类别以ⅢA为主，局部为ⅢB。基本满足要求。
2.2 埋深条件
气垫式调压室最小上覆岩体厚度应满足下列经验公式，并应复核最大气室压力条件下的最小上覆岩体厚度。
式中 CRM为除去覆盖层及全、强风化岩体后的最小埋深厚度（m）；H0为气垫式调压室设计压力，即调压室设计最大静水头（m）；γw为水的重度（N/m3）；γR为岩体的重度（N/m3）；α为地形边坡平均倾角（°），当α＞60°时，取60°；F为经验系数，一般取1.3～1.5，当复核最大气室压力条件下的最小上覆岩体厚度宜大于1.1。
经计算最小允许埋深CRM=102.29m，3#支洞长250m，满足要求。
2.3 地应力条件
气垫式调压室岩体最小主应力σ3应满足如下经验公式：
式中 σ3为调压室岩体最小主应力（MPa）；γw为水的重度（N/m3）；Pmax为气垫式调压室内最大气体压力水头。
气垫式调压室内最大气体压力水头由调保计算结果而得，由于本阶段无实测地应力成果，参照同区域水电站地下厂房地应力成果，最小主应力3.3MPa。调压室初始气压1.82MPa，待下阶段进行地应力补测工作。
2.4 渗透性条件
气垫式调压室区域宜有较高天然地下水位，或能形成稳定渗流场。设计压力下高压压水岩体渗透率宜小于5Lu。3#支洞透水率在5Lu以下，长298m。
3 稳定气体体积计算
根据NB/T 35080—2016《水电站气垫式调压室设计规范》，气垫式调压室体积应满足稳定条件要求，结构尺寸经水利过渡计算过程确定。气垫式调压室底板安全水深不宜小于2m，校核工况下应不小于1.5m。本工程取初始安全水深4m。依据气垫式调压室稳定气体体积公式：
式中 V0为稳定气体体积（m3）；KV为稳定气体体积安全系数，1.2～1.5， 取1.35；Vth为临界稳定气体体积（m3）；m为理想气体多变指数，宜取m=1.4；P0为气室设计静止工况的室内气体绝对压力水头（m）；L为压力引水道长度（m）；f为断面面积（m2）；g为重力加速度（m/s2）；αmin为压力引水道最小水头损失系数（s2/m）；Zumax为电站发电运行最高水库水位 （m）；Zd为与Zumax相对应的电站最高尾水位（m）；Z0为气室设计静止工况的室内水位（m）；ha为当地大气压（m）；hw0为引水道最小水头损失，包括局部水头损失和沿程水头损失（m）；v为压力引水道流速（m/s）。
经计算稳定气体体积V0=13606m3。
4 闭气型式选择
地下埋藏式气垫式调压室防止气体渗漏措施主要有3种：①围岩闭气一般要求围岩的透水率在0.1～0.001Lu范围，适应性较窄。布置形式灵活，断面形状多样。②水幕闭气时一般要求围岩透水率小于1Lu，布置灵活，断面形状多样。③罩式闭气一般要求围岩透水率小于5Lu，适应性较广。罩体和平压系统设计相对较复杂。气室一般采用钢筋混凝土衬砌，平面布置宜采用条形。
3#交通洞岩石自身的抗渗能力不能达到岩石闭气要求。结合已建工程经验，水幕闭气效果并不理想，罩体闭气可以有效地减少漏气量。本工程气垫式调压室防止气体渗漏措施拟采用罩式闭气。鉴于目前国内钢罩式气垫式调压室均采用条形布置，故本工程拟定平面结构为条形。
罩式闭气的气垫式调压室每小时气体渗漏量可按式（7）估算：
式中 Vq为气室内气体渗漏量（m3）；P0为气室设计静态工况的室内气体绝对压力水头（m）；A为气垫与水面接触面积（m2）。
经计算Vq=0.362～0.966m3。
5 断面设计
结合透水率及岩体埋深要求，洞室拟采用窄高式城门洞型，初拟尺寸8m×14m×190m（宽×高×长）。连接洞室长36m。连接洞室尺寸按原支洞尺寸。如图1。
图1 调压室横断面
边墙衬砌厚1m，底板衬砌厚0.6m，断面顶拱和两侧边墙设置系统锚杆φ25@2m×2m，长4.5m，挂φ8钢筋网，C30混凝土喷护，厚100mm。根据地质情况判断，岩石自身的抗渗能力不能达到岩石闭气要求。
本工程气垫式调压井采用罩式闭气，即在边墙和顶拱混凝土衬砌中间设置钢板，厚12mm，防止气室内气体外漏。钢板外侧设置平压系统，由纵横平压管和岩石平压孔组成。横向平压管直径采用φ100mm的钢管，侧向平压管采用φ50mm的钢管，长0.1m，与横向平压管相连；侧向平压管另一段接入岩石平压孔中，岩石平压孔深入围岩4m，间排距2m，方形布置，孔径76mm。
6 结语
（1）KYET水电站设置常规阻抗调压井，由于受地形限制，调压井井筒高度过高，开挖难度较大。结合3#支洞布置调压室在工程地质条件方面均满足要求。
（2）由于支洞位置距离电站厂房1107m，需通过调保计算确定机组蜗壳末端、机组转轮出口（即尾水管进口）、输水道全线洞顶最大内水压力及机组最大转速上升率等参数，进一步研究设置气垫式调压室可行性。
