压井井口以上人工开挖边坡， 坡高约64 HI。调．压井
主要处于弱风化岩体中，岩体总体相对完整，地质
构造不甚发育。裂隙较为发育，根据裂隙结构面的
组合情况分析在调压井开挖过程中会产生岩体不稳
定条件，该部位地下水埋藏较深， 主要为基岩裂隙
水，接受大气降水补给，向牛栏江排泄。
2 进行调压井稳定分析研究的原因
(1) 天花板水电站调压井部位的围岩为岩屑石
英砂岩夹粉砂质泥质页岩， 岩层岩体受 组结构面
的切割相对破碎呈小块的镶嵌碎裂结构，不利于大
跨度竖井的开挖。
(2)天花板水电站调压井断面大，井筒高， 因
此开挖支护工程量大， 施工难度大、工期长， 进行
调压井稳定分析研究，可以优化调压井稳定断面，
降低施工难度，缩短工期，减少工程投资。
(3)根据国内已建相关工程的成功经验， 实际
调压井断面取值可以小于规范中公式计算出的稳定
托马断面。
3 调压井稳定断面优化可能性分析
3．1 设置条件和托马断面
根据D／T 50 一1996 《水电站调压井设计规
范》相关规定判断： ① ：13．27 s>[ =4 s，需要设
置上游调压井。②=7．69时查 、 与调速性能关
系图可知， 机组调速性能在③ 区内，故认为本电站
机组调速性能差，需设置上游调压井。
上游调压井的稳定断面面积按托马准则计算确
定，计算得调压井断面面积为570．50 in ，对应调压
井直径为26．95 m． 直径取为27 m。
调压井稳定断面面积是保证机组小负荷变化所
引起的调压井水位小波动稳定的必须条件。
3．2 托马断面公式修正
根据《水电站调压井设计规范》条文说明第
5．1．1条论述．托马公式是以孤立电站小波动的稳定
性确定断面面积的。近年来， 随着电力系统容量的
增大和电器装置的完善． 国内外均有一些电站在设
计中考虑系统或调速器的作用等而采用了小于托马
条件的调压井断面面积
根据文献『11第三章第四节中说明， 托马公式是
针对简单式调压井进行的，并且作了很多简化假定。
除采用了“等出力调节” 的假定外， 其他主要假定
还有：在暂态过程中机组效率不变：所研究的电站
是孤立的电源； 忽略调压井底部的流速水头： 认为
波动振幅很小； 忽略引水道管壁和水体的弹性等
文献[1】根据前人研究试验的成果， 推出了考虑这些
皿Water Power Vo1．37 No．6
因素后的一些公式。
(1)考虑电力系数的影响。如果水电站联入电
力系统运行时，则调压井水位变化所引起的出力变
化可由系统中其他承担负荷变化的机组按容量比例
分担．这将减少本电站出力变化的幅度， 非常有利
于调压井水位的稳定。相应的临界稳定断面
2 (盟2 ) (1)
g ( 0一 佃一3 ， )、 ⋯
式中：F为临界稳定断面面积，In：；L为压力引水道
长度，113；厂为压力引水道断面面积，I13；H。为发电
最小净水头，m； 为自水库至调压室水头损失系
数，ot=h~／V ；V为压力引水道流速，m／s；h 为压
力引水道水头损失； 为压力管道水头损失；口=本
电站机组容量Ⅳ／系统装机总容量 。
天花板水电站机组发电将并人云南电网大系统
中， 据2009年底统计， “系统装机总容量” 为
3 195万kw ，而“本电站机组容量” 为18万kW ，
则J8=— =0．005 6，(3B一1)／2— 0．492，F<0。则可
认为， 调压井的断面不论多么小都不会出现失稳问
题，它的稳定性可由系统中的其他机组来保证。
(2)考虑底部流速水头的影响。因调压井底部
水流是通过阻抗孔流入调压井的。则在调压井底部
的流速水头也有一定数值。这个流速水头对引水道
来说也可看作是水头损失．它在暂态过程中对波动
的衰减是有利的。考虑这一影响，相应的临界稳定
断面为
L
．f
式中， 及 为流速水头的影响。
zg zg
