山区火电厂厂区竖向设计研究

 概述
火力发电厂厂区竖向设计是厂区总平面布置设计中一个重要的组成部分。厂区总平面布置主要是处理好建（构）筑物在平面上的相互关系，而竖向布置是要根据自然地形处理好建（构）筑物与建设场地在高程上的相互关系。山区火电厂厂址位于山区，相对平原电厂地形复杂，地势起伏较大，竖向设计合理与否，对工程投资和今后运行将带来极大影响。本文主要对山区电厂竖向设计的主要因素进行探讨，以期对同类电厂设计工作提供参考和借鉴。
2 山区电厂竖向设计主要考虑因素
山区电厂竖向设计受很多因素影响，各要素的影响程度根据不同地形条件也有较大差异。其中主要影响因素有如下几点：①满足生产工艺流程、和交通运输要求。②满足电厂防排洪要求，使厂区不被洪水、潮水及内涝水淹没。③合理利用自然地形，避免深挖高填。尽量减少土（石）方、建筑物和构筑物基础、护坡和挡土墙等处理工程量；应使土（石）方工程填、挖方平衡，运距短。当厂区自然地形坡度较大，为减少工程土石方量，宜采用阶梯式布置，台阶数量不宜过多，以利于纵横向生产运输联系和管线敷设。④场地平整工程，应合理利用地形，边坡开挖应防止产生滑坡、塌方，另外还需注意保护山坡植被，避免水土流失。⑤充分利用和保护现有排水系统。当必须改变现有排水系统时，应保证新的排水系统水流顺畅。⑥分期建设的工程，在场地标高、运输线路坡度、排水系统等方面，应使近期与远期工程相协调。⑦场地自然地形坡度较大时，建构筑物应尽量平行等高线布置，以减少土石方量和基础埋深，并改善交通运输条件。⑧当燃煤采用铁路运输时，应充分考虑铁路厂内企业站轨顶标高与厂外铁路专用线的衔接。
3 实例分析
下面将结合某2X1000MW滨海山区火电厂工程对上述问题进行分析、探讨。
该工程厂址处于丘陵高地，高差在13m左右，厂址北侧和西侧靠近渤海海边。电厂基本平行于地形等高线布置，厂区方位为正南正北向，三列式布置格局。铁路专用线南北方向自厂区东侧进入厂区。
3.1 厂区竖向设计原则及影响因素分析如下：①竖向布置形式：厂区地势高差较大，岩石出露，厂址地形中部高四周低，地面高程为3.4～16.3m，场地坡度在4%左右，宜采用阶梯式布置。②厂区洪水：厂址主要受其东侧约3km处的河流洪水及当地区域暴雨积水的影响。经计算，厂址处百年一遇洪水位对应厂区主厂房及附属设施区域洪水标高为5.0m，对应煤场区域为5.44m。当厂区场地设计标高低于对应区域洪水标高时考虑设置防洪墙。③主要建构筑物基础地质条件：从厂区总平面布置看，主厂房及主要建、构筑物均落于工程地质条件好的I区，持力层的岩层顶标高在4.0m～15.0m之间，主厂房基础埋深6m，因此，只要厂区标高在4+6=10m以下时，主要建、构筑物基础均能实现天然地基方案。④场地排水：场地采用有组织排水。厂区各种道路均设有雨水口，地面及道路雨水经雨水口排入雨水管道。直接排出厂外流入渤海。⑤土石方工程量。全厂土石方应进行综合平衡，尽量做到全厂土石方平衡。根据建筑物基础形式及地基处理方案（部分附属建筑物考虑消除地震液化局部换填）、管沟余土等，经过初步估算厂区基槽余土约为15万方。厂区竖向标高的确定应力争做到厂区土石方填挖方量最小，并考虑全厂包括施工场地。⑥铁路标高衔接。根据电厂铁路专用线可研报告：接轨站路肩标高为11.4m，铁路技术标准限制坡度4.0‰，推算至厂内站标高在6.00m～17.25m范围内技术上均可行。此项对场地竖向设计制约不大。⑦公路标高衔接。距厂址约4km的省级公路标高约6.9m，厂址周围自然地形标高3.4～16.3m，道路引接不是决定因素。⑧循环水系统（取水泵房）的运行费用。根据海滨电厂一次循环直流冷却的特点，减少主厂房室与取水口的高差，即降低主厂房区域场地设计标高能够大大的减少取水泵房的年运行费用，经估算每减少1m每台机每年可以节约用电160万度电，按0.2元/度计算、20年回收期折现。经济效益可观。从降低循环水系统（取水泵房）的运行费用的角度考虑，应尽可能降低主厂房区域场地设计标高。⑨施工要求。本工程施工生产及生活用地22公顷。为满足汽机、锅炉的组合安装需要，在主厂房扩建端至少保证有120m宽，结合二期扩建，此区域平整标高与主厂房高差不超过1m。其它施工场地根据自然地形进行粗平。
3.2 厂区竖向布置设计。综合上述竖向布置原则及各影响因素，初步确定如下：①厂区东侧铁路专用线标高不低于6.00m，从其接轨条件及场地自然地形分析，确定铁路专用线及煤场部分在一个台阶上。②主厂房区域场地设计标高兼顾两百年一遇高潮位、循环水系统运行费用、土石方量、工艺运行要求等确定，主厂房区域及其固定端的附属辅助建筑在同一台阶上。就厂址地形考虑，降低循环水系统运行费用即降低场地设计标高与场地挖方量是相互矛盾的。因此，把厂区场地标高拟按以下是个方案进行比较，以确定最佳厂区竖向设计方案。
方案一：全厂共设2个台阶，主厂房及附属设施3.5m，煤场铁路10m。由于主厂房及附属设施对应洪水位标高为5m，该区域低于平整标高低于洪水位要求，防洪措施采用将厂区围墙按防洪墙结构形式设置，以满足防洪要求。方案二：全厂共设2个台阶，主厂房及附属设施4.5m，煤场铁路10m。厂区防洪同方案一。方案三：全厂共设2个台阶，主厂房及附属设施5.5m，煤场铁路10m。方案四：全厂不设台阶，采用平坡式布置，场地平整标高为6m。四个方案比较结果见表1。
从表1比较可以看出，不同的竖向设计方案，引起的投资差异是很大的，尤其是方案四在此种复杂地势条件下，没有很好的结合地形，造成土方填挖方相差较大，且电厂运行费用增加较高，该方案较方案一增加投资1386万元，此方案是很不可取的。方案一与其它两方案相比厂区土方平整出现多余土方相对增加，但结合本工程特点，厂外道路及铁路专用线恰好需要约30万方土方，此方案厂区余方可用于此部分填方，从而实现全厂土方平衡，方案一不仅实现土方平衡，而且投资最省经济效益最佳，因此为最佳方案。通过以上工程实例分析可知，火力发电厂的竖向设计是多样化的，但总的设计原则应根据厂址区域地形、坡度、坡向、地址条件、洪涝水位、场地排水、土石方工程量、交通运输及工艺和施工要求等综合考虑，通过多方案技术经济综合分析比较，确立在技术上可行，经济上合理的最佳方案。