中軍渡水電站發(fā)電引水道的布置及評(píng)價(jià)

王文球

湖南省常德市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院, 湖南 常德 415000

1 工程概況

中軍渡水電站位于澧水一級(jí)支流渫水中游，壩址在湖南省石門(mén)縣雁池鄉(xiāng)中軍渡村，距石門(mén)縣城約80km。壩址控制流域面積1668km2，占渫水總流域面積3041km2的54.85%。該電站是渫水流域規(guī)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第五級(jí)，工程包括溢流閘壩、非溢流壩、沖砂閘、交通橋、取水口攔污柵、發(fā)電引水道、調(diào)壓井、主廠房、副廠房、升壓站等部分。

該電站為低水頭引水式徑流電站，工程以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉與航運(yùn)，是一項(xiàng)具有綜合效益的水利水電樞紐工程。大壩正常蓄水位164.0m（56黃海系統(tǒng)，下同）,設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇，電站廠房?jī)?nèi)安裝3臺(tái)8800kW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量26.4MW，多年平均發(fā)電量7215萬(wàn)kw.h，工程靜態(tài)總投資17197.45萬(wàn)元。

2 發(fā)電引水道的布置

中軍渡水電站發(fā)電引水道的布置充分考慮現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件，既不能中斷石清公路，又要避開(kāi)大型地質(zhì)斷層，在盡可能節(jié)省投資的情況下確保引水道的順利施工。鑒于上述實(shí)際情況，工程布置如下：發(fā)電引水管道（隧洞）布置在大壩右岸，自壩址起大致順石清公路方向經(jīng)

中軍渡村、涼風(fēng)埡、苦竹溪，至新家臺(tái)出入渫水,全長(zhǎng)約2580m。該區(qū)域?qū)贃|山峰復(fù)背斜南東翼，珠寶街背斜南東翼，地貌形志屬中低山壟崗坡地。近壩段渫水河流向近南北向，河谷形志呈寬“U”型，河谷較為開(kāi)闊，漫灘發(fā)育，壩下約1km處河流折向近東流，河谷漸窄，兩岸基巖裸露。而引水洞則繼續(xù)南向進(jìn)入志留系粉砂質(zhì)泥頁(yè)巖山體中，山勢(shì)呈低山壟崗狀，溝谷發(fā)育，多呈“V”型，表層殘積薄層粉砂質(zhì)頁(yè)巖碎屑及黏土。石清公路則順著山坡腳及山間埡口呈南北向延展。

整個(gè)發(fā)電引水道長(zhǎng)約2580m，共分三段，即上首段：位于攔河壩右壩肩山體段，兼作施工導(dǎo)流洞；中部段：位于壩后沖洪積漫灘上，采用明挖埋管法施工；尾部段：位于志留系粉砂巖及泥質(zhì)頁(yè)巖山體中，采用引水隧洞。

2.1 隧洞（埋管）軸線(xiàn)的選定

隧洞（埋管）軸線(xiàn)走向近南北，與石清公路走向大致接近，并兩次穿越石清公路。隧洞進(jìn)口需考慮洞頂至石清公路路面的安全高度，并盡可能的減少明挖的土石方量，綜合比較后選用隧洞進(jìn)口底板高程143.6m，出口底板高程134.8m，斷面為圓形，洞線(xiàn)于中部略有轉(zhuǎn)折。

設(shè)計(jì)采用2條洞線(xiàn)進(jìn)行比選:洞線(xiàn)一為全隧洞方案,隧洞自攔河壩上游50m處右岸山體進(jìn)洞,至調(diào)壓井處出洞,隧洞全長(zhǎng)2730m；洞線(xiàn)二結(jié)合施工導(dǎo)流洞, 隧洞自攔河壩上游30m處右岸山體進(jìn)洞, 整個(gè)引水道分三部分, 第一部分為施工導(dǎo)流洞,第二部分為沿河道右岸的埋管段,第三部分為隧洞段,三部分引水道總長(zhǎng)度為2580m。經(jīng)綜合比較：采用全隧洞方案增加引水道長(zhǎng)度150m，增加施工導(dǎo)流洞155m，同時(shí)隧洞較長(zhǎng)，又無(wú)合適的施工支洞位置，工期長(zhǎng)、造價(jià)高。經(jīng)綜合比較后選定洞線(xiàn)二位推薦方案。

2.2 隧洞斷面及襯砌方案

電站設(shè)計(jì)最大發(fā)電引用流量124.8m3/s，采用有壓輸水隧洞，圓形斷面，選取洞徑7.4m、6.6m、6.0m三種方案進(jìn)行比較：

方案一：全斷面洞徑7.4m，第一部分發(fā)電引水道進(jìn)口兼做施工導(dǎo)流洞，采用全斷面鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.7m；第二部分為沿河道右岸埋管段，鋼筋砼壁厚0.7m；第三部分為隧洞段，采用全斷面鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.6m。

方案二：第一部分發(fā)電引水道進(jìn)口兼做施工導(dǎo)流洞，洞徑7.4m，采用全斷面鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.7m；第二部分為直徑6.6m的沿河道右岸埋管段，鋼筋砼壁厚0.7m；第三部分為直徑6.6m的隧洞段，采用全斷面鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.55m。

方案三：第一部分發(fā)電引水道進(jìn)口兼做施工導(dǎo)流洞，洞徑7.4m，采用全斷面鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.7m；第二部分為直徑6.0m的沿河道右岸埋管段，壁厚0.7m；第三部分為直徑6.0m的隧洞段，采用全斷面鋼筋砼襯砌，襯砌厚度0.55m。

以上三方案發(fā)電引水道部分經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)下表。

表1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)看，方案二較優(yōu),選定方案二為推薦設(shè)計(jì)方案。

2.3 埋管襯砌方案

埋管段采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)與鋼襯鋼筋砼結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較, 鋼筋砼結(jié)構(gòu)壁厚0.7m,鋼襯鋼筋砼結(jié)構(gòu)用10mm厚內(nèi)徑6.6m鋼管外敷300mm厚的鋼筋砼,其比較見(jiàn)下表。(見(jiàn)表2）

經(jīng)比較后引水道沿河右岸埋管段采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

表2 埋管段襯砌方案比較表

2.4 引水隧洞（埋管）過(guò)流能力復(fù)核

引水隧洞（埋管）為有壓洞，過(guò)流能力按下式計(jì)算：

式中：— 管道系統(tǒng)的流量系數(shù)，

λ—沿程水頭損失系數(shù)，L—管道長(zhǎng)度（m），

d—管道直徑（m），ζ—局部水頭損失系數(shù)

A—隧洞斷面積，

Z—上、下游水位差（含行近流速的壩前水位與調(diào)壓井內(nèi)水位差） Z=5.2m

3 對(duì)發(fā)電引水道布置方案的評(píng)價(jià)

中軍渡水電站發(fā)電引水道上首段采用發(fā)電引水隧洞兼作施工導(dǎo)流洞方案，可以減少工程投資，縮短施工工期，一舉多得；中部采用埋管方案，在沒(méi)有合適位置布置施工支洞的前提下，可以減少隧洞長(zhǎng)度，較好地規(guī)避了地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域隧洞施工的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可以縮短施工工期；整個(gè)發(fā)電引水道采用了較經(jīng)濟(jì)的過(guò)流斷面及襯砌方案，對(duì)類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)有較好的借鑒作用。該電站現(xiàn)已建成投產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

水電站樞紐的布置是一個(gè)系統(tǒng)工程，其中水道部分的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要內(nèi)容，本文中的發(fā)電引水道的布置對(duì)類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。

[1]渫水中軍渡水電站工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告，常德市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2006.9．

[2]水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范（SL279-2002），中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．

[3]小型水電站第二版,水工建筑分冊(cè). 水利電力出版社．

[4]成都科技大學(xué)水力學(xué)教研室吳持恭主編．水力學(xué).高等教育出版社