引子渡電站庫內泵站不同型式應用探討

符昌勝，汪 羅，馬富強

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

三岔河引子渡提水工程位于貴州省中部的平壩區境內，擬從距平壩縣城西北約18 km的三岔河引子渡水庫支溝匯口處提水至秀洞河，經由秀洞河自流進入石朱橋水庫和紅楓湖，成為貴陽市和貴安新區供水的近期備用水源和遠期供水水源。取水泵站距離引子渡電站大壩約11 km。引子渡電站水庫總庫容5.31億m3，死水位1052.00 m，正常蓄水位1086.00 m，設計洪水位1086.86 m，校核洪水位1091.09 m。引子渡提水工程設計提水流量2.25 m3/s，日供水能力19.6萬t、年供水量6060萬m3，提水泵站裝機容量8000 kW。

2 泵站選址和地形地質條件

引子渡提水工程采用泵站從引子渡水電站庫內提水后管線輸水至東南側的秀洞河，然后自流進入紅楓湖，從而滿足貴陽市用水需求。經對引子渡庫區河道走向和秀洞河走向的分析，在水庫中部的支流岔河匯口處取水揚程較低，輸水線路最短，而且水質較好，因此取水泵站布置于支流匯口右岸。

泵站所在位置為溶蝕峽谷地貌，為橫向“U”型谷，河谷底部高程約1049.00 m，寬約30.00 m，基巖巖性為二疊系下統茅口組(P1m)灰色、深灰色中厚層至厚層塊狀夾薄層灰巖、白云質灰巖，為單斜地層，巖層代表產狀318°∠21°，傾向河床下游稍偏右岸，未發現較大的地質構造通過。兩岸基巖多裸露，覆蓋層零星分布，河床覆蓋層由湖積淤泥質黏土、沖洪積砂卵礫石、含碎石砂質土及少量崩塌堆積碎塊石組成，成分較雜，一般厚約3～8 m。

3 泵站型式擬定

泵站采用庫內取水，水庫消落水深343.00 m，泵站型式根據泵型選擇可采用多種類型，泵型選擇主要有離心泵、長軸深井泵和潛水泵。結合本工程提水揚程和流量，潛水泵單泵流量小，且電機長期置于水下，可靠性較差，因此潛水泵不參與泵站型式比選[1-4]。

離心泵可選泵站型式有：浮船式、庫岸井筒式、岸邊地下式。因水庫為已成電站庫區，電站及水庫規模大，難以協調電站水位運行，且水庫水位變幅大，無合適地形條件設置圍堰，水下施工非常困難，因此不采用庫岸井筒式進行比選。離心泵采用浮船式和岸邊地下式進行方案比選。

長軸深井泵可選泵站型式有：庫內排架式、岸邊豎井式、河谷拱橋式。若采庫內排架式，需對河床基礎進行樁基施工，水庫水位變幅大，河床地質條件復雜，使得水下樁基施工困難，因此對于長軸深井泵僅采用岸邊豎井式和河谷拱橋式進行方案比選。

3.1 浮船式泵站

浮船式泵站方案由主廠房浮船、浮船支臂、岸邊錨固墩、岸邊副廠房及進廠公路組成，受水庫消落水深影響，浮船支臂及連接棧橋總長110.00 m，因此浮船泵站無法布置于狹窄的岔河支流，需布置于匯口下游主河道右岸。

初擬浮船式取水泵站位于岔河匯口主河道下游側。地形坡度約30°，自然邊坡穩定。結合現場地形地質條件，主河道右岸可布置浮船式泵站長度范圍約350.00 m，設計布置浮船緊靠岔河匯口，以減少進廠公路和泵站出水管長度。

浮船為泵站主廠房，船體長46.00 m，寬15.00 m，泵型采用臥式離心泵，共4臺(3用1備)，裝機容量4×1800 kW。每2臺泵接1根出水管，管徑1.10 m，采用專用鉸鏈與支臂上的出水管相接。浮船采用2根平行支臂與岸邊支墩相連，支臂長75.00 m，2支臂中心距10.00 m。岸邊支墩為C25鋼筋混凝土框架結構，框架頂部高程1087.00 m，下部基礎開挖高程1063.07 m。支墩與岸邊錨墩之間采用35.00 m長棧橋相接，棧橋與浮船支臂均采用出水管+支撐鋼結構一體化設計。泵站副廠房布置于緊靠錨墩的岸坡，采用兩層結構，每層長27.00 m，寬10.48 m，布置開關柜室、低壓配電室、中控室和通信室等。主變場布置于副廠房附近岸坡，基礎采用邊坡開挖的平臺。

3.2 岸邊地下式泵站

岸邊地下泵站方案布置于岔河匯口右側山體內，泵型采用臥式離心泵，共4臺(3用1備)，裝機容量4×1800 kW。由下部取水隧洞、地下主廠房、連通豎井、地面安裝間、副廠房、變壓站、回車場等組成。

結合實測河道高程，下部取水隧洞進口距離匯口150.00 m布置，以滿足巖塞爆破和進口淹沒要求。因取水隧洞進口采用巖塞爆破形成，同時為了提高地下廠房圍巖的抗滲性和完整性，將地下廠房適當的遠離河道布置，相應的地面部分地坪高程取1095.50 m。

取水隧洞進口由巖塞爆破形成，巖塞體直徑3.80～5.50 m，厚5.00 m，巖塞體周邊進行帷幕灌漿。巖塞爆破為高風險水下爆破作業，一旦爆破不成功，將直接影響整個取水泵站的成敗，因此布置雙取水洞，兩個巖塞爆破同時進行，確保爆破成功。進口下部設集渣坑，深4.50 m，長12.70 m，寬3.00 m。集渣坑至地下泵站襯砌之間為取水隧洞，洞長40.00 m，凈寬3.00 m，凈高3.60 m，采用0.50 m厚鋼筋混凝土襯砌，末端設5.00 m長混凝土堵頭，泵站取水鋼管穿過堵頭與庫水相接。

主廠房采用城門洞斷面，長39.62 m，寬16.50 m，高20.74 m，采用1.50 m厚C25鋼筋混凝土襯砌，廠房內布置4臺臥式離心泵。泵站出水管道為直徑1.10 m雙管，每2臺泵出水接1根出水管道,出水管道由豎井延伸至地面。

主廠房與地表安裝間采用豎井相連，豎井斷面長16.50 m，寬11.40 m，深46.75 m，采用1.50 m厚鋼筋混凝土襯砌。豎井斷面內布置有吊物通道、消防樓梯、電梯、出水管道、廠內排水管、廠房通風管、電源電纜通道和控制電纜通道。

豎井頂部靠回車場一側為安裝間，另一側為副廠房。安裝間與豎井段布置起重機，與主廠房內起重機配合轉運設備。

3.3 岸邊豎井式泵站

岸邊豎井式泵站方案布置于岔河末端右岸，由下部取水隧洞、橫向集水洞、取水豎井和地面泵房組成，泵型采用長軸深井泵，共8臺(6用2備)，裝機容量8×1000 kW。

根據選定的泵站站址，結合實測河道高程庫岸地形，下部取水隧洞進口距離匯口150.00 m布置，以滿足巖塞爆破和進口淹沒要求。

取水隧洞進口由巖塞爆破形成，結構設計與岸邊地下泵站方案基本一致。

取水隧洞末端接橫向集水洞，集水洞長45.20 m，城門洞斷面襯砌后凈寬3.00 m，凈高3.60 m，兩端接取水豎井。集水洞底板高程1043.05 m，滿足水泵取水要求。

泵站布置8臺長軸深井泵，若每臺泵管獨立設置取水豎井，將使得泵房過長或者豎井間距過小，因此將8臺泵分兩組布置，每組4臺共用一個長條形取水豎井。考慮到豎井內灌漿施工、水泵安裝等要求，豎井橫斷面襯砌后凈寬取2.00 m，凈長16.20 m，其中水泵機組中心間距5.00 m，端部泵管距離襯砌0.60 m。豎井襯砌厚0.43 m，豎井頂部設置1.00 m厚蓋板作為水泵基礎，蓋板頂高程同主廠房地面高程。

泵站豎井、集水平洞、取水洞和施工斜井處于引子渡水庫正常蓄水位之下，巖體的透水性較好，在隧洞開挖中庫水將通過溶隙、卸荷裂隙等向隧洞內滲漏或涌入。為減少開挖過程施工面的滲水，在豎井、集水平洞和施工斜井靠河一側布置帷幕灌漿，帷幕灌漿線從施工斜井上游20.00 m處開始，平行取水豎井20.00 m布置，線延伸至取水豎井西北側20.00 m后轉向山體，并延伸20.00 m，帷幕線總長260.00 m，帷幕底高程1042.00 m，低于引子渡庫區死水位10.00 m。

泵站主副廠房布置于地表，主廠房長59.31 m，寬14.40 m，由安裝間和水泵主機房組成。副廠房平行布置于主廠房靠山一側，結合坡面地形與主廠房呈臺階狀布置。

3.4 河谷拱橋式泵站

為減少泵站施工受制于電站水庫淹沒，結合岔河匯口附近河谷較為狹窄的特殊地形條件，設計考慮在距離匯口約220.00 m處布置拱橋式泵站，泵型采用長軸深井泵，共8臺(6用2備)，裝機容量8×1000 kW。

泵站布置于穿洞埡口至主河道河谷段的最窄處，下部采用拱橋結構。副廠房位于橋北端左側，基礎面為坡面開挖形成，底板高程1093.50 m，副廠房西北端為主變場，副廠房、主變場與山體之間設43.00 m運輸通道。進廠公路從附近的大寨村引入，與拱橋北端右側相接。泵站出水管道沿廠房兩側引出，在廠房北側下彎至廠區平臺高程以下采用埋管鋪設，在拱橋北端合并后向東沿坡面鋪設。

泵站主機間置于拱橋上，橋體采用C40鋼筋混凝土板拱，拱軸線采用懸鏈線，拱軸系數m=1.7，主拱凈跨62.50 m，凈矢高13.889 m，矢跨比1∶4.5，主拱厚1.50 m，主拱寬度結合上部主廠房結構取17.00 m。拱上結構采用空腹式結構，腹孔布置為拱式，腹孔跨徑為3.00 m。

泵站長軸深井泵泵軸長度超過40.00 m，為了保證水泵安全運行，設計采用外套鋼管對泵管進行保護，鋼管直徑1.20 m，頂部采用止推環固定在主拱結構上，下部采用折線拱進行水平約束。

副廠房布置于拱橋北側岸坡，長34.98 m，寬10.60 m。

4 泵站型式比選分析

考慮到浮船泵站和地下泵站為離心泵，岸邊豎井泵站和拱橋泵站為長軸泵，兩種泵型提水效率有差異，因此對工程壽命周期50 a的運行費用進行現值計算，各泵站方案總費用統計見表1[5]。

表1 各泵站方案總費用統計

由表1可見，四個方案工程總費用相差不大，但考慮到項目初期為應急備用水源，提水量較小，運行電費差異小于表1，因此拱橋泵站費用實際偏小。各泵站方案優缺點綜合對比分析見表2。

表2 各泵站方案優缺點綜合對比分析

續表2

由上述對比分析可見：浮船泵站方案主要存在侵占主河道航道、影響景觀、工程協調難度大的問題、工程耐久性和維護管理不及混凝土結構、后期擴容條件較差等缺點；地下泵站方案和岸邊豎井泵站方案主要存在水下結構開挖襯砌等施工難度大，施工風險高等問題；拱橋泵站主要存在長軸泵效率偏低的問題，但工程初期提水量小，影響有限，因此本階段推薦采用拱橋泵站方案。

5 結 論

通過對引子渡提水泵站的型式比選，采用了較為新穎的拱橋式泵站，避免了地下泵站的施工風險、消除了對景區的景觀影響，拱橋泵站還可作為新的景觀，合理利用電站運行期庫水位消落施工，使得結構在功能性、可實施性、環境適應性等方面達到綜合優化，為同類工程提供參考。