芙蓉江角木塘水電站發(fā)電引水系統(tǒng)設(shè)計

黃 晶

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽 550002)

1 工程概況

芙蓉江角木塘水電站位于貴州省芙蓉江下游的道真縣忠信鎮(zhèn)聯(lián)江村，為芙蓉江水電梯級開發(fā)中的第11級。工程由碾壓混凝土重力壩、左岸壩頂溢流表孔、左岸泄洪兼放空洞、右岸發(fā)電引水系統(tǒng)、河床式廠房及升壓站等主體建筑物組成。工程規(guī)模為中型，水庫總庫容3259萬m3，興利庫容385萬m3，工程任務(wù)主要為發(fā)電，裝機2臺，總裝機容量70MW，保證出力10.1MW，多年平均年發(fā)電量2.51億kW·h。

根據(jù)河床壩段開挖過程中揭露的基巖巖體質(zhì)量情況，河床建基面高程優(yōu)化抬高了11.4m，局部巖體質(zhì)量偏低處采取深挖回填、加強固結(jié)灌漿等處理措施提高了壩基的整體性、地基承載力及抗滑能力，優(yōu)化后最大壩高為55m。

2 發(fā)電引水系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)電引水系統(tǒng)主要包括進水口和壓力引水道。綜合樞紐區(qū)域地質(zhì)條件和建筑物布置等，引水系統(tǒng)軸線平面方向上與壩軸線垂直，進水口緊靠大壩上游面布置，裝機2臺，設(shè)計發(fā)電引用流量為279m3/s。每臺機組采用2條引水道、2個進水口，一共4個進水口，進水口上游的引渠段是根據(jù)進水口進水順暢的原則開挖而成，靠山一側(cè)引渠邊線由一圓弧段和兩直線段組成，起始直線段長28.79m，中間圓弧段轉(zhuǎn)彎半徑為40m，轉(zhuǎn)彎角度為31.63°，圓弧段長22.04m，該圓弧段末端通過長11.79m的直線段與進水口相接，引渠底板及靠山側(cè)邊坡采用0.5m的C25鋼筋混凝土襯砌[1]。進口閘井段長26.84m，單條引水道軸線長38.612m。芙蓉江角木塘水電發(fā)電引水系統(tǒng)平面布置圖見圖1，芙蓉江角木塘水電發(fā)電引水系統(tǒng)縱斷面圖見圖2。

圖1 芙蓉江角木塘水電發(fā)電引水系統(tǒng)平面布置圖

圖2 芙蓉江角木塘水電發(fā)電引水系統(tǒng)縱斷面圖

發(fā)電引水系統(tǒng)施工過程中，結(jié)合開挖揭露的基礎(chǔ)情況對基礎(chǔ)處理、大體積混凝土澆筑要求等進行了設(shè)計優(yōu)化。

1)發(fā)電引水系統(tǒng)基礎(chǔ)垂直水流方向要求開挖成臺階狀，開挖后揭露地層巖性為P2m灰色中-厚層灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，夾薄層泥灰?guī)r及瀝青質(zhì)，含燧石團塊，層面裂裂隙夾泥。建基面巖體呈強風(fēng)化至弱風(fēng)化狀態(tài)，巖體完整性差，巖體質(zhì)量等級為BⅥ1。為提高臺階狀岸坡基礎(chǔ)的承載力及整體性，基礎(chǔ)考慮設(shè)置C28錨筋，其布置同基礎(chǔ)固結(jié)灌漿孔布置(5m孔深的錨筋長6m，8m孔深的錨筋長9m)，錨筋上端露出建基面長度為1.0m，待固結(jié)灌漿孔封孔前插入錨筋。同時基礎(chǔ)考慮設(shè)置2排5C28錨筋樁，錨筋樁長9m，樁頭部分露出開挖面1.0m。

2)發(fā)電引水系統(tǒng)下部采用C15混凝土回填，大體積混凝土澆筑要求采取薄層澆筑(0.3-0.5m)連續(xù)上升的施工方法，在連續(xù)上升時每薄層的允許澆筑時間，要求必須在混凝土初凝時間內(nèi)完成，夏季允許澆筑時間2-4h、其他季節(jié)按6h控制；一個升層高度≤3m，層間間隙時間為7d左右。

2.1 進水口

進水口采用壩式進水口，底板高程在考慮了死水位滿負荷運行、孔口尺寸、進水口最小淹沒深度、閘門水頭及壓力引水道布置后綜合確定?？卓跀嗝娉叽?.1×6.3m，每孔設(shè)快速事故閘門1扇，采用液壓啟閉機啟閉；事故閘門前設(shè)2扇檢修閘門共用，采用1臺臺車式啟閉機啟閉。每個進水口檢修門槽前設(shè)1扇6.5×13m的欄污柵，進水口閘室段長26.8m。進水口閘井段為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚2.5m，外側(cè)閘墩厚3.656-5.041m，柵槽位置閘墩厚2.956m；中間閘墩厚1.976-4.751m，柵槽位置閘墩厚1.136m；中間兩側(cè)隔墩厚2.678-2.70m，柵槽位置閘墩厚1.86m；靠山側(cè)閘墩厚3.7-5.085m，柵槽位置閘墩厚3.285m。進水口底板置于下部的C15回填混凝土上，外側(cè)回填體最低高程為334m，靠山側(cè)回填體高程為365.5m。

井筒頂部設(shè)置清污及檢修平臺，配置一臺液壓耙斗式清污機兼啟閉機用于4扇攔污柵的清污及啟閉；配置一臺臺車式啟閉機用于4扇檢修閘門檢修；每扇快速閘門配置一臺液壓啟閉機。

2.2 壓力引水道

壓力引水道接取水口閘室末端，其軸線在平面方向上與壩軸線垂直。因壓力引水道要穿過廠房段壩體，為了減小引水道位置的壩體應(yīng)力，每臺機組采用2條引水道，一共4個進水口；同時為了減少引水道長度，綜合考慮進水口、引水道的布置、機組進水管的斷面型式和尺寸等，引水道采用矩形斷面，斷面尺寸5.125m×6.27m，壓力引水道采用C25鋼筋混凝土襯砌，孔間隔墩約2.0m[2]。

壓力引水道采用兩圓弧轉(zhuǎn)彎段與閘室末段及機組進水管相接，起始端水平直線段長0.5m，然后通過一軸線轉(zhuǎn)彎半徑為7.6m的圓弧段變成鉛直方向，圓弧段長12m，鉛直段末端通過一軸線轉(zhuǎn)彎半徑為16.7m的圓弧段變成水平方向，圓弧段長26.2m，末端水平段長6m，其后接機組進水管。

2.3 隔墩結(jié)構(gòu)復(fù)核

同一臺機組兩個進水口間閘墩厚度為2.7m，相鄰兩個壓力引水道孔間隔墩厚度為2.0m，隔墩結(jié)構(gòu)較薄，主要承受結(jié)構(gòu)自重和水壓力等荷載，在順?biāo)骱痛怪彼鲀蓚€方向受力[3]。將隔墩視為固接于底板的懸臂結(jié)構(gòu)，采用材料力學(xué)方法對水平截面上的應(yīng)力和門槽應(yīng)力進行驗算。進水口橫斷面圖見圖3。

圖3 進水口橫斷面圖

根據(jù)工程特點，隔墩結(jié)構(gòu)復(fù)核時主要考慮下列3種工況：

1)在正常運行期，兩臺機組中只有一臺機組雙進水口引水的情況，兩機組間隔墩主要承受上游水壓力和自重等荷載，還將承受不對稱側(cè)向水壓力作用。

2)在檢修期，同一臺機組中一孔檢修，檢修閘門擋水，相鄰閘孔正常工作，同機組間隔墩主要承受上游水壓力和自重等荷載，還將承受不對稱側(cè)向水壓力作用。閘墩水平截面正應(yīng)力計算成果表見表1，門槽拉應(yīng)力計算成果表見圖2。

3)在非常運行期，同一臺機組中一孔關(guān)閉(工作閘門關(guān)閉)，相鄰閘孔正常工作，同機組間隔墩主要承受上游水壓力和自重等荷載，還將承受不對稱側(cè)向水壓力作用[4]。閘墩水平截面正應(yīng)力計算成果表見表1，門槽拉應(yīng)力計算成果表見表2。

表1 閘墩水平截面正應(yīng)力計算成果表

表2 門槽拉應(yīng)力計算成果表

2.4 評價

發(fā)電引水系統(tǒng)基礎(chǔ)巖體較為破碎，完整性差，通過基礎(chǔ)處理和加強基礎(chǔ)固結(jié)灌漿后，基礎(chǔ)承載力可滿足設(shè)計要求。目前的基巖變位計監(jiān)測成果資料顯示，累計開合度變化量在-3.2-10.3mm之間，最大開合度為10.3mm(W1)，其余沉降量較小，目前測值趨于穩(wěn)定。發(fā)電引水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)安全，進水塔穩(wěn)定、應(yīng)力滿足現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范要求。

3 結(jié) 語

1)芙蓉江角木塘水電站發(fā)電引水系統(tǒng)充分利用了壩址處獨特的地質(zhì)地形條件，采用多孔口、薄隔墩布置方式，總體布置形式緊湊、合理，有效避免了布置大孔口產(chǎn)生較大的壩體應(yīng)力。

2)結(jié)合發(fā)電引水系統(tǒng)開挖揭露的基礎(chǔ)地質(zhì)情況對設(shè)計方案進行了調(diào)整優(yōu)化，節(jié)省了工程投資，縮短了建設(shè)工期，為今后類似工程提供了可借鑒的工程實踐經(jīng)驗。