秦國(guó)強(qiáng)

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

按照山西省“十二五”大水網(wǎng)規(guī)劃要求，為滿(mǎn)足運(yùn)城地區(qū)工農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)生活和生態(tài)用水需求，開(kāi)工建設(shè)小浪底引黃工程，地下泵站設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的核心內(nèi)容，高揚(yáng)程大流量，也是該工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)所在。

小浪底引黃工程位于山西省運(yùn)城市，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程庫(kù)區(qū)向山西省涑水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程。工程南依黃河與河南隔河相望，北及涑水河與臨汾市接壤，東與晉城市相連，涵蓋了運(yùn)城市中東部的大部分地區(qū)。

引水干線(xiàn)起點(diǎn)位于垣曲縣境內(nèi)板澗河河口右岸的小浪底水庫(kù)庫(kù)區(qū)，終點(diǎn)為聞喜縣境內(nèi)的呂莊水庫(kù)，線(xiàn)路總的走向?yàn)闁|南-西北向，總長(zhǎng)度59.0km。其中壓力洞、泵站、無(wú)壓洞、箱涵、進(jìn)水塔末端出水池各1座，調(diào)蓄水庫(kù)2座。

1 泵站設(shè)計(jì)規(guī)模

地下泵站提水流量20m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程246.69m，安裝9臺(tái)臥式三級(jí)雙吸離心泵，單泵設(shè)計(jì)流量2.86m3/s，配套電機(jī)功率1.05萬(wàn)kW，7臺(tái)工作，2臺(tái)備用，總裝機(jī)容量9.45萬(wàn)kW。水泵采用變頻器啟動(dòng)裝置啟動(dòng)方式，每臺(tái)變頻器拖動(dòng)二臺(tái)或三臺(tái)泵組，設(shè)置差動(dòng)保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、缺相、反相保護(hù)、低電壓保護(hù)、溫度過(guò)高保護(hù)等自動(dòng)保護(hù)裝置。

提水泵站主要由進(jìn)出水建筑物、地下廠房及廠房附屬洞群、地面廠區(qū)等組成，泵站進(jìn)水總管接1#壓力隧洞，為直徑5m的有壓鋼筋混凝土隧洞，出水隧洞為直徑4m的斜井至2＃無(wú)壓輸水隧洞，地下廠房埋深100～230m，廠房開(kāi)挖尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為178.4m×19.4m×24.74m。

2 泵站總體布置

2.1 泵站平面布置

提水泵站位于解峪鄉(xiāng)上游板澗河左岸坡，距小浪底庫(kù)區(qū)約6.2km，王安線(xiàn)公路從泵站南側(cè)穿過(guò)，北面靠近陡峭山脈，站址西、東兩側(cè)各發(fā)育一條小沖溝，沖溝走向與地下廠房縱軸線(xiàn)近平行。

地面廠區(qū)沿王安線(xiàn)公路向北布置，開(kāi)挖尺寸112m×62m（長(zhǎng)×寬），主要有綜合設(shè)備樓、GIS室控制樓、消防水池、通風(fēng)機(jī)房和電纜井等，沿公路開(kāi)挖可最大限度地節(jié)省開(kāi)挖工程量，且交通條件便利；交通洞位于廠房左側(cè)，洞口在板澗河左岸解峪鄉(xiāng)政府附近，洞口有公路通過(guò)，施工條件便利；通風(fēng)洞出口布置于泵站西側(cè)沖溝岸邊。工程總體布置整合了各個(gè)附屬建筑設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了工程合理化及開(kāi)挖量最優(yōu)化設(shè)計(jì)。平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 泵站平面布置圖

泵站地下廠房平面布置力求占地面積最小，并充分利用立體空間，減小廠房跨度和高度，在綜合考慮水力地質(zhì)條件、技術(shù)難度、安裝、投資等要求后，采用臥式三級(jí)雙吸離心泵矩形布置形式。以矩形的長(zhǎng)邊作為進(jìn)出水管側(cè)墻；泵站的兩個(gè)短邊側(cè)布置副廠房及安裝間，水泵呈“一”字形排列，集水池設(shè)于末端副廠房下。

2.2 單體建筑物設(shè)計(jì)

2.2.1 調(diào)壓井

小浪底庫(kù)區(qū)的運(yùn)行水位在230～275m高程之間，泵站取水流量和水位變幅大，在進(jìn)水隧洞內(nèi)可造成三種流態(tài)：

（1）在最低取水位條件下，正常工況隧洞內(nèi)是無(wú)壓流態(tài)，但是在水泵事故斷電水力過(guò)渡過(guò)程工況隧洞內(nèi)會(huì)發(fā)生明滿(mǎn)交替流，即無(wú)壓流動(dòng)和有壓流動(dòng)交替發(fā)生。

（2）在隧洞進(jìn)口頂部高程與取水位非常接近情況下，正常工況隧洞內(nèi)流動(dòng)不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生明滿(mǎn)交替流，無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）正常工況下隧洞內(nèi)是有壓流動(dòng)，但是在水泵事故斷電水力過(guò)渡過(guò)程工況隧洞內(nèi)會(huì)發(fā)生明滿(mǎn)交替流，或者水壓降到液體汽化壓力，液體汽化，發(fā)生液柱中斷現(xiàn)象，可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故。

調(diào)壓井的布置，防止水泵事故斷電水力過(guò)渡過(guò)程中隧洞內(nèi)水壓降到液體汽化壓力，液體汽化，發(fā)生液柱中斷現(xiàn)象，通過(guò)安全性分析，采用帶下室的調(diào)壓井，保證在各種流態(tài)下泵站安全運(yùn)行。

2.2.2 巖壁吊車(chē)梁

本工程巖壁吊車(chē)梁系采用錨桿將現(xiàn)澆鋼筋混凝土吊車(chē)梁錨固在地下廠房?jī)蓚?cè)的巖壁上，吊車(chē)荷載通過(guò)吊車(chē)梁傳到巖壁，吊車(chē)梁側(cè)面通過(guò)錨桿與巖壁連接。開(kāi)挖巖壁與鉛垂面夾角30°，吊車(chē)梁上部設(shè)單排錨桿，吊車(chē)梁下部也布置一排錨桿，有利于抗剪穩(wěn)定。該型式施工便利，受力條件好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需設(shè)置吊車(chē)柱，從而減少?gòu)S房跨度，減少工程量，節(jié)省資金投入。

巖壁吊車(chē)梁受力分析與牛腿結(jié)構(gòu)近似，屬受彎曲變形結(jié)構(gòu)。參考類(lèi)似工程擬定并按牛腿理論試驗(yàn)式核算，計(jì)算錨桿內(nèi)力采用極限平衡理論計(jì)算成果。

2.2.3 電纜井

電纜井位于主廠房左側(cè)，豎井內(nèi)徑8.4m，井深83.0m，上至地面副廠房平臺(tái)。電纜井內(nèi)除敷設(shè)電纜外，還設(shè)置電梯、人行樓梯并兼作排風(fēng)道。電纜井內(nèi)部結(jié)構(gòu)均采用鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件。上部與地面變電站控制樓相接，下部通過(guò)連接洞與主廠房電纜層相通。連接洞為城門(mén)洞型，中間采用直墻分隔成左右兩部分，左側(cè)布置排風(fēng)管。右側(cè)又分成上下兩層，上層與廠房低壓配電室相通，布置有人行臺(tái)階，作為疏散通道；下層與廠房電纜廊道相連，用以敷設(shè)動(dòng)力電纜及控制電纜。

2.3 防滲排水設(shè)計(jì)

2.3.1 滲透途徑及處理措施

泵站位于板澗河左岸，泵站基礎(chǔ)底高程為220m，地下水位在285m左右，地下洞室主要的滲透水有兩個(gè)途徑，一是工程施工期來(lái)自板澗河滲透水，二是工程運(yùn)行期管道內(nèi)水外滲。地下水會(huì)導(dǎo)致洞室圍巖穩(wěn)定惡化，廠房?jī)?nèi)機(jī)電設(shè)備因絕緣受影響而被迫中斷運(yùn)行，應(yīng)做好防滲、排水設(shè)計(jì)。

在引水管道混凝土襯砌完成后頂部進(jìn)行回填灌漿處理，對(duì)進(jìn)、出水管道包括鋼襯段進(jìn)行固結(jié)灌漿，泵站靠近板澗河側(cè)應(yīng)布置一道帷幕灌漿，灌漿深度120m，通過(guò)上述工程措施減少滲水對(duì)地下廠房的影響。

2.3.2 排水設(shè)計(jì)

考慮到施工期及運(yùn)行期內(nèi)外水頭較高，為防止工程運(yùn)行期滲水危及廠房安全，除了在可能的滲透部位進(jìn)行灌漿處理外，還應(yīng)設(shè)計(jì)一套完善的排水系統(tǒng)，排水設(shè)計(jì)主要考慮主廠房上、下游側(cè)的排水，排水孔設(shè)在主廠房頂拱及底板部位，排水孔內(nèi)沿主廠房邊墻安裝的槽式排水管，將滲水引入排水道中，最后匯入泵站副廠房下的滲漏集水井內(nèi)。

2.4 防潮設(shè)計(jì)

為保證機(jī)組正常工作，防止由于滲水和廠房?jī)?nèi)外溫差等影響，需進(jìn)行防潮設(shè)計(jì)。主廠房?jī)?nèi)安裝間層以上沿巖壁面設(shè)防潮隔墻，巖壁與防潮墻之間留有間隙，減少濕氣滲入廠內(nèi)；廠房上部采用懸吊式型鋼架上裝金屬板材。巖面滲水可以沿墻頂排水溝、墻內(nèi)埋管引到集水井。

2.5 地下廠房對(duì)外交通

地下廠房對(duì)地面的通道有進(jìn)廠交通洞、電纜豎井、通風(fēng)洞兼安全通道三個(gè)出口。從安裝間經(jīng)進(jìn)廠交通洞至地面洞口；從廠房左側(cè)副廠房的通道到電纜豎井乘電梯或從樓梯直上地面廠區(qū)；從副廠房風(fēng)機(jī)室經(jīng)通風(fēng)洞到達(dá)地面。

3 結(jié)論

泵站是小浪底引黃工程最重要的建筑物，本工程提水揚(yáng)程高，流量大，因此選擇合適的泵站型式及位置十分重要。

本次設(shè)計(jì)采用地下泵站具有以下優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)、造價(jià)低；運(yùn)行安全，受自然災(zāi)害影響較小；有利于工程施工，冬季可以施工，工期縮短，節(jié)約水泥；工程占地少，開(kāi)挖量??；運(yùn)行安全。

小浪底水庫(kù)庫(kù)水經(jīng)地下泵站引到垣曲、聞喜、夏縣、絳縣和運(yùn)城市鹽湖區(qū)，可以有效地解決受水區(qū)工農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)生活和生態(tài)用水。