白鹤滩水电站左岸大坝施工冷水厂初步设计

白鹤滩水电站左岸大坝施工冷水厂初步设计

王银善

中国水利水电第四工程局有限公司 青海省 西宁市 810007

摘要：本文介绍了白鹤滩水电站大坝左岸施工冷水厂初步设计、设备选型及工艺布置。由于大坝大体积混凝土自身结构特点，在施工过程中必须对其采取严格的稳控措施。根据大坝混凝土施工不同时段及高程所需的冷却水及温控要求，采用体积小、模块化的移动式冷却站提供大坝冷却水。

关键词：白鹤滩水电站 冷水厂 选型 设计

白鹤滩水电站为Ⅰ等大（1）型工程，枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成。拦河坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程834.00m，最大坝高289.00m，坝下设水垫塘和二道坝。

1气象条件

根据白鹤滩气象站1994～2009年共16年的气象观测资料进行统计、分析，其气象要素特征如表1。白鹤滩气象站多年平均气温21.9℃，极端最高气温42.7℃。

表1 气象要素特征表

2冷水厂主要任务

左岸坝体冷水厂的主要任务：大坝混凝土一期、中期和二期冷却，水垫塘和导流洞封堵一期、二期冷却，左岸坝顶垫座混凝土一期、中期和二期冷却。大坝需要通水冷却的混凝土约为447.8万m³。

2坝体通水冷却技术要求

2.1各期目标温度

（1）一期冷却目标温度（Ta）为一期冷却结束的标志温度，在一期冷却期间对混凝土温度进行实时测量并统计平均值，当该值达到该目标温度后，转入中期冷却一次控温。

（2）混凝土中期冷却目标温度（Tb）为中期冷却阶段结束的标志温度，在中期冷却期间对混凝土温度进行实时测量并统计平均值，该值达到目标温度后，转入中期冷却二次控温。

（3）封拱温度（Tc）为混凝土二期冷却目标温度，在拱坝横缝灌浆区灌浆施工前，通过二期冷却使同冷区和拟灌区的相应拱圈达到目标温度（温度平均值）后，转入接缝灌浆控温区，直至接缝灌浆后2个月结束。各期冷却目标温度要求见表2。

表2 各期冷却目标温度表

2.2通水冷却过程控制

根据拱坝混凝土温控防裂特点，将混凝土通水冷却降温过程分为一期冷却、中期冷却、二期冷却共三期进行。

（1）一期冷却

1）混凝土下料浇筑后应尽早开始一期通水冷却。一期通水冷却控温阶段时，冷却水管入口处参考通水温度为8~10℃。一期通水冷却降温阶段时，冷却水管入口处参考通水温度视情况可调整为14~16℃。

2）控温目标：根据混凝土分区控制要求，混凝土最高温度Tmax应不超过27℃、29℃，并不应低于24℃。

3）通水流量：参考流量为1.0～1.5m³/h，根据现场实际控温情况可适度调整。一期冷却通水冷却时间不少于21天。

表3 一期冷却目标温度

（2）中期冷却

1）控温目标：使混凝土温度维持在一期冷却目标温度，混凝土温度变化幅度不超过±1.0℃，结合下部接缝灌浆施工计划及温度梯度控制要求安排中期冷却降温。

2）控温目标：中期冷却目标温度见表4。同时要求降温阶段日降温速率≤0.3℃/天。混凝土中期冷却降温宜按灌区同拱圈同时进行，混凝土温度达到中期冷却目标温度后，开始进行二次控温，应及时调整通水冷却措施。

3）中期冷却降温原则上采用连续通水的方式实现，参考通水温度为14~16℃，参考通水流量0.8～1.0m³/h，中冷降温的时间不短于28天。

表4 中期冷却目标温度

（3）二期冷却

1）降温目标及混凝土龄期：使混凝土温度降低至设计封拱温度，及13℃、14℃、16℃，同时要求降温阶段日降温速率≤0.3℃/天，开始二期冷却降温的混凝土龄期应不小于90天，二期冷却末的最短混凝土龄期不小于120天。

2）通水温度及流量：二期冷却降温要求采用连续通制冷水的方法实现，参考通水温度为8~10℃，参考通水流量0.8～1.2m³/h，控温阶段参考通水流量0.2～0.5m³/h。

3冷水厂设计

3.1系统规模

大坝冷水厂满足大坝冷却水最大流量347.2m³/h（一期冷却出现在8月）、617m³/h（中期冷却出现在9月）和712m³/h（二期冷却出现在9月），冷却水温8~10℃、14~16℃和8~10℃的要求。

3.2混凝土通水冷却制冷容量计算

（1）一期冷却

以冷水厂为大坝提供8℃冷水计算，从冷水厂生产出的冷水温度为7℃，在冷水进入大坝冷却管时水温增加1℃后为8℃，根据以往冷却经验和坝体混凝土温控计算，冷却水与混凝土热交换后温升为6℃，即回到机组内的水温为14℃。

大坝混凝土一期冷却冷水厂通水峰值最大水量为347.2m³/h，考虑施工时各种不确定因素的影响，大坝一期冷却水量最终确定为410m³/h。以10%的补充水和8月平均水温作为补充水温度计算。

①

根据上式①计算，混合后进水温度为14.8℃，冷水厂冷却后出水温度为7℃，制冷厂冷循环水平均降温幅度为7.8℃。

冷水厂高峰制冷量（标准工况）计算：

②

③

Q₀设备制冷容量（kW）

k₁制冷设备补偿系数1.06～1.15，取值1.15

k_i工况换算系数，一期、二期取值2.084，中期取值3.08

Qi混凝土冷却水冷负荷（kW）

k₂损耗系数1.1～1.2，取值1.2

G_S冷却水量（m³/h）

ρ水密度kg/m³

c_W水比热容kg/（kg·℃）

t_J设备进水温度

t_C设备出水温度

根据上式②、③计算大坝一期冷却制冷水所需最大制冷容量为2506.2kW。

（2）中期冷却

以冷水厂为大坝提供15℃冷水计算，从冷水厂生产出的冷水温度为14℃，在冷水进入大坝冷却管时水温增加1℃后为15℃，根据以往冷却经验和坝体混凝土温控计算，冷却水与混凝土热交换温升为5℃，即回到机组内的水温为20℃。

大坝混凝土中期冷却通水峰值最大水量为617m³/h，考虑施工时各种不确定因素的影响，大坝中期冷却水量最终确定为740m³/h。以10%的补充水和当月平均水温作为补充水温度计算。

根据上式①计算，冷水厂循环冷水平均降温幅度为6.3℃。

根据上式②、③计算大坝中期冷却制冷水所需最大制冷容量为2327.9kW。

（3）二期冷却

以冷水厂为大坝提供8℃冷水计算，从冷水厂生产出的冷水温度为7℃，在冷水进入大坝冷却管时水温增加1℃为8℃，根据以往冷却经验和坝体混凝土温控计算，冷却水与混凝土热交换温升为5℃，即回到机组内的水温为13℃。

大坝混凝土二期冷却通水峰值最大水量为712m³/h，考虑施工时各种不确定因素的影响，大坝二期冷却水量最终确定为820m³/h。以10%的补充水和当月平均水温作为补充水温度计算。

根据上式①计算，制冷厂冷水平均降温幅度为6.8℃。

根据上式②、③计算冷水厂二期冷却高峰通水所需最大制冷容量为4551.3kW。

3.3设备选型及生产规模

（1）一期冷水厂配置及规模

按照大坝混凝土一期冷却通水高峰期最大冷水量410m³/h要求，一期冷水厂选用1台YDLSBMZ930.1型和2台YDLSBMZ1240.1型移动冷水机站，冷水厂总制冷量为2832.5kW（标准工况，以下均为标准工况），冷水厂冷水流量436.8m³/h，冷水厂总功率756.5kW。

（2）中期冷水厂配置及规模

按照大坝混凝土中期冷却通水高峰期最大冷水量740m³/h要求，中期冷水厂选用1台YDLSBMZ1240.2型和2台YDLSBMZ1420.2型移动冷水机站，冷水厂总制冷量为3405.5kW，冷水厂制冷对应冷水流量946.6m

³/h，冷水厂总功率907.2kW。

（3）二期冷水厂配置及规模

按照大坝混凝土二期冷却通水高峰期最大冷水量820m³/h要求，二期冷水厂选用1台YDLSBMZ1240.2型和3台YDLSBMZ1580.2型移动冷水机站，冷水厂总制冷量为4711.7kW，冷水厂制冷对应冷水流量876.2m³/h，冷水厂总功率1316.9kW。

4结语

白鹤滩水电站大坝混凝土温度要求非常严格，大坝冷水厂是控制混凝土施工质量控制的重要措施。水电站两岸地形陡峻，不利于大型设备布置，因此采用集中式移动冷水站，可利用缆机根据施工高程进行移动布置，连接大坝智能温控系统后保证了大坝温控可靠。

参考文献：

《水利水电工程施工组织设计手册》中国水利水电出版社

SL 512-2011水利水电工程混凝土预冷系统设计规范

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