九龍電站輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工淺析

顏慶旻

(福建省泉州市德化縣水利局，福建泉州362500)

0 前言

九龍水力發(fā)電站工程位于德化縣水口鎮(zhèn)昆坂村，所在河流屬閩江水系產(chǎn)溪下游的一條支流石牛溪，流域面積50 km2，廠址以上流域面積13.9 km2。

電站的設(shè)計(jì)水頭158 m，設(shè)計(jì)流量0.86 m3/s，裝機(jī)兩臺，總?cè)萘? 000 kW，多年平均年電能388萬kW時(shí)，其中枯水電能102萬kW時(shí)，年利用小時(shí)數(shù)3 880 h，電站年產(chǎn)值約62萬元。

1 輸水系統(tǒng)總體布局

本工程為有壓引水日調(diào)節(jié)開發(fā)方式的水電站，輸水系統(tǒng)包括進(jìn)水口、無壓引水隧洞、有壓引水隧洞、壓力管道等，設(shè)計(jì)引水流量0.86 m3/s。

確定于主河流狹窄河段處修建一座小型漿砌石拱壩攔蓄水量，左側(cè)小支流通過1000 m明渠引水入庫，然后從庫中通過2 330 m長的有壓引水引水，右側(cè)支流通過300 m長的無壓引水隧洞引至主隧洞，確定采用有壓引水隧洞的布置方式，將水流引至壓力鋼管至廠房發(fā)電。

電站設(shè)計(jì)水頭為:HP=158 m。壓力管道總長250 m，壓力鋼管管徑為0.80 m。

2 輸水系統(tǒng)敷設(shè)、保護(hù)方法

輸水系統(tǒng)分有壓主引水隧洞和無壓引水隧洞。項(xiàng)目所在地山體較雄厚，隧洞埋深基本在50～100 m，最深處約180 m，穿越地層為南園組第二段晶屑凝灰熔巖。整個(gè)洞線地質(zhì)條件較好，但進(jìn)出口巖體較單薄、風(fēng)化層較厚，施工時(shí)做好安全措施，并做好永久支護(hù)［1］。

壓力管道均為浮土覆蓋，厚1～2 m，鎮(zhèn)墩位置應(yīng)開挖至弱風(fēng)化基巖才能作為建基面。由于出口巖體較單薄，建議壓力管道伸入引水隧洞10～20 m并用混凝土回填密實(shí)。

3 輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括4個(gè)方面的內(nèi)容:

3.1 進(jìn)水口

本工程具有二個(gè)進(jìn)水口:一個(gè)位于1號隧洞進(jìn)口處，即從1號壩庫內(nèi)右岸取水，該取水口為1號進(jìn)水口;另一取水口位于3號引水隧洞的進(jìn)口處，該取水口為2號進(jìn)水口。1號進(jìn)水口閘孔尺寸0.8 m×1.2 m，其底板高程822.50 m，閘門型式采用鑄鐵平面拱型閘門，采用8T螺桿啟閉機(jī)啟閉，其工作平臺高程838.50 m。

在閘門后設(shè)一通氣孔直徑400 mm。為了避免雜物進(jìn)入引水系統(tǒng)，于閘門前設(shè)一道攔污柵，攔污柵為鋼結(jié)構(gòu)，主支架為槽鋼8，柵條用Φ20圓形鋼筋制作而成，攔污柵的尺寸根據(jù)過柵流速＜1.0 m/秒及水工布置要求進(jìn)行設(shè)置。

3.2 引水隧洞

工程引水隧洞總長2 750 m，其中主引水隧洞2 330 m，無壓隧洞300 m，引水明渠長1 000 m。為了便于施工和出渣，確定隧洞斷面為城門型。隧洞設(shè)計(jì)過流量較小，所有非襯砌段隧洞尺寸均為1.60×1.8 m。

引水隧洞開挖時(shí)做好安全及支護(hù)措施。待隧洞貫通后，再作進(jìn)一步的地質(zhì)工作，確定采用錨噴支護(hù)或采用C20毛石混凝土進(jìn)行襯砌處理。

3.3 調(diào)壓井

因引水洞較短，引水壩的高程按自由出流考慮，工程不設(shè)調(diào)壓井。

3.4 壓力管道

壓力管道為露天式鋼管，采用聯(lián)合供水方式，鋼管最大長度(至閘閥)250.0 m，其中主管道長240 m，管坡段與水平面的夾角為34.00°，于主管坡頂與隧洞連結(jié)處、管道變坡處和坡底叉管處分別設(shè)置鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩之間每間隔5.0 m設(shè)一滾動(dòng)支墩，并于每個(gè)鎮(zhèn)墩下游側(cè)設(shè)置伸縮節(jié)，外露主管道需做防腐處理。

3.4.1 壓力水管水擊計(jì)算

水擊計(jì)算按截肢法串聯(lián)管計(jì)算，采用C20毛石混凝土襯砌，襯砌厚度300 mm，壓力洞為城門型，斷面尺寸1.5 m×1.8 m，總長度20 m，主鋼管直徑0.8 m，長度250.0 m，叉鋼管為兩段:第一段管徑0.6 m，長度10.0 m，第二段管徑0.40 m，至機(jī)組中心線長度按10.0 m計(jì)算。

考慮閘閥關(guān)閉時(shí)間為30 s，最大過水能力0.86 m3/s，單機(jī)過流量0.43 m3/s，設(shè)計(jì)靜水頭158 m。由此求得壓力管道的水擊為間接水擊，其水擊特性常數(shù)P=0.713，σ=0.263，為第一相水擊，水擊壓力相對升高值26.7%，負(fù)水擊壓力相對降低值20.09%。極限水擊沿管線為直線分布，據(jù)此求得各控制點(diǎn)的水擊壓力絕對值如下:

鋼管主端(D=0.8m):

3.4.2 管壁厚度計(jì)算

3.4.2.1 主管道(D=0.8m)

考慮銹蝕厚度后，選取鋼管管壁厚度為10 mm。

根據(jù)規(guī)范要求計(jì)算公式為:

故滿足規(guī)范的穩(wěn)定性要求。

3.4.2.2 支管管徑0.6的鋼管

考慮銹蝕，取鋼管管壁厚度為8 mm。

根據(jù)規(guī)范要求計(jì)算公式為:

故滿足規(guī)范的穩(wěn)定性要求。同時(shí)，考慮到該管埋于地下，故采用外包C15混凝土300保護(hù)。

3.4.3 上鎮(zhèn)墩彎管處負(fù)水擊復(fù)核。

負(fù)水擊絕對值:

上鎮(zhèn)墩彎管處頂水頭計(jì)算:以調(diào)壓井最低涌浪水位扣除該段的水頭損失，負(fù)水擊絕對值、彎管處中心高程及管半徑求得結(jié)果為5.75m，即＞2.0m的水頭，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 輸水系統(tǒng)施工

4.1 引水隧洞施工

有壓引水隧主洞長2 330 m，底坡為0‰～5‰不等，開挖洞徑1.6×1.8 m(底寬×高)，為縮短施工工期，在0+920和0+1650 m處，各設(shè)置施工支洞一個(gè)，支洞長120 m，斷面尺寸1.6×1.8 m(底寬 ×高)，在2+300 m處設(shè)置集石坑一個(gè)，長15 m。無壓引水隧洞長300 m，底坡為3%，開挖洞徑1.6×1.8 m(底寬×高)。引水隧洞開挖采用鉆爆法施工，全斷面一次開挖成形。氣腿鉆鉆孔，人工裝藥爆破，人工裝碴，板車運(yùn)輸，部份運(yùn)至大壩或廠房的人工砂石料系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開挖平均月進(jìn)尺80 m。引水明渠長1000 m，開挖采用鉆爆法施工，人工漿砌石砌筑。

本工程引水隧洞不襯砌，個(gè)別地段因地質(zhì)原因，采用混凝土襯砌。

4.2 進(jìn)水口施工

施工項(xiàng)目主要包括土石方明挖、混凝土澆筑。土石方明挖采用手風(fēng)鉆鉆孔，人工出碴。混凝土澆筑采用人工立模，用土車運(yùn)至進(jìn)水口，溜槽入倉。

4.3 壓力管道施工

土石方明挖采用手風(fēng)鉆鉆孔，人工出碴。壓力鋼管的制作在廠區(qū)現(xiàn)場制作，然后用鋼絲繩電動(dòng)牽引至工作面進(jìn)行管道組裝。

［1］陳順天.天湖水電站壓力水道、廠房布置方案的選擇［J］.廣西水利水電，1993(S1):20-26.