姜文峰

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

1 工程概況

山西省中部引黃工程是山西省“十二五”規(guī)劃大水網(wǎng)建設(shè)中的一項(xiàng)重要工程，本工程干線自天橋水電站庫(kù)區(qū)取水，供水范圍包括4市16縣（市、區(qū)），包括取水工程和輸水工程。取水工程起點(diǎn)取水口位于天橋水電站樞紐上游380 m處庫(kù)區(qū)左岸，由天橋電站庫(kù)區(qū)內(nèi)取水；終點(diǎn)泵站出水池位于黃崖溝上游、義門(mén)鎮(zhèn)崔家棱村南的山頂上，出水池后接供水工程總干線1號(hào)隧洞進(jìn)口。取水工程線路總體上沿黃崖溝由西北向東南布置，全長(zhǎng)2.6 km。主要建筑物包括取水口、1號(hào)引水隧洞、沉沙池、2號(hào)引水隧洞、取水（地下）泵站、出水豎井、出水池。

來(lái)水泥沙以義門(mén)水文站1985年前多年平均顆粒級(jí)配曲線作為入池泥沙含沙量計(jì)算依據(jù)，義門(mén)站平均粒徑為0.057 mm。

2 沉沙池總體布置

沉沙池工程主要包括引水系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、沉沙系統(tǒng)、集水系統(tǒng)和排沙系統(tǒng)。

2.1 引水系統(tǒng)

引水系統(tǒng)為1號(hào)引水隧洞，總長(zhǎng)532 m，底寬5 m，城門(mén)洞型，設(shè)計(jì)最大引水流量31.05 m3/s。引水系統(tǒng)進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔1座，末端設(shè)攔污柵。

2.2 進(jìn)水系統(tǒng)

進(jìn)水系統(tǒng)包括分水閘段、水平擴(kuò)散段、沖沙閘段和斜坡擴(kuò)散段，長(zhǎng)45 m，底寬5~37 m。

分水閘布設(shè)在擴(kuò)散段首部，主要是使水流均勻分配到每個(gè)池廂，并起到調(diào)節(jié)控制流量的作用。共設(shè)3孔，分別向各個(gè)池廂分水，閘孔尺寸4 m×4 m，閘室長(zhǎng)5 m，閘墩及墩墻均采用C25鋼筋混凝土，閘底板上下游均設(shè)齒墻，每孔進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量15.525 m3/s。

沖沙閘主要控制和調(diào)節(jié)沖沙流量，分為6孔，閘孔尺寸2.5 m×4 m，閘室長(zhǎng)5 m，上游寬27.3 m，下游寬30.6 m。閘墩及墩墻均采用C25鋼筋混凝土，閘底板上下游均設(shè)齒墻，每孔沖沙閘設(shè)計(jì)流量7.762 m3/s，閘前、閘后水位均為829.62 m。底板以上設(shè)2層，第一層為檢修室層，高6.5 m，第二層為啟閉機(jī)層，高4.0 m。

2.3 池廂布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樁號(hào)沉0+045—0+165段為沉沙池池廂，全長(zhǎng)120 m，分平流段和斜板段，長(zhǎng)度分別為50 m，70 m，池底縱坡1/100。沉沙池首端水深6.5 m，末端水深7.7 m。池廂分為3廂，每廂凈寬10 m，每廂分兩室，每室凈寬5 m。整個(gè)沉沙池池廂均采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板和各墻體均為固結(jié)。每個(gè)池室隔墻厚1.0 m，底板厚1.2 m，每個(gè)廂為1個(gè)單元，共3個(gè)單元，即每1廂為一獨(dú)立結(jié)構(gòu)，中間設(shè)2 mm寬結(jié)構(gòu)分縫，池體橫向分縫每10 m設(shè)一道，共設(shè)11道，內(nèi)設(shè)橡膠帶止水，分縫內(nèi)填充聚乙烯泡沫板。

斜板段長(zhǎng)70 m，為使水流從水平方向轉(zhuǎn)向向上經(jīng)過(guò)斜板出流，在斜板段進(jìn)口處設(shè)一道阻流墻，厚0.6 m，為現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。斜板區(qū)高1.3 m，配水區(qū)高1.3 m，設(shè)計(jì)淤積層厚度2.0~3.2 m，斜板材料采用玻璃纖維增強(qiáng)水泥板，板厚1 cm，斜板長(zhǎng)度1.5 m，傾角60°，斜板凈距10 cm，采用組合構(gòu)件，以主次梁結(jié)構(gòu)支撐斜板，在主梁上放置3根次梁，與次梁接觸處的下游端用鋼板焊接。

2.4 集水輸水系統(tǒng)

水流沉沙池沉淀處理后由集水區(qū)表層取水，依次進(jìn)入橫向集水槽、縱向集水槽和總橫向集水渠，經(jīng)2號(hào)引水隧洞輸送至加壓泵站。

橫向集水槽：在斜板段沿縱向每隔4 m布置一橫向集水槽，共108個(gè)，槽身由1 cm鋼板焊接而成，底寬40 cm、深20 cm，槽底呈水平，每個(gè)橫向集水槽流量 0.10 m3/s，水深 20 cm，流速 1.288 m/s。

縱向集水槽：布設(shè)在邊墻及隔墻上部，共12條，每條120 m，槽身溢流墻頂部高程829.57 m，槽底縱坡1/100，起始底高程829 m，末端底高程828.3 m，寬0.4～0.75 m，水深 0.57～1.23 m，結(jié)構(gòu)采用 C25 鋼筋混凝土。

出水渠（即總集水槽）：設(shè)計(jì)流量23.55 m3/s，位于沉沙池末端，與2號(hào)引水隧洞連接，其軸線與沉沙池軸線垂直，頂部高程831 m（右岸）和829.57 m（左岸），設(shè)計(jì)縱坡1/3000。槽身結(jié)構(gòu)采用C25鋼筋混凝土矩形斷面，寬度4.0 m，水深3.8 m，墻厚1.0 m。

2.5 排沙系統(tǒng)

排沙閘位于池廂末端總集水槽下層，共6孔，孔口尺寸1.5 m×1.5 m，每孔排沙閘設(shè)計(jì)最大流量15.36 m3/s，閘門(mén)前為有壓洞，閘門(mén)后為無(wú)壓城門(mén)洞，后接6條排沙道匯入排沙洞。

閘前有壓洞段斷面尺寸1.5 m×1.5 m，閘后無(wú)壓城門(mén)洞斷面尺寸1.5 m（底寬）×2.0 m（直墻），頂拱角180°，半徑0.75 m。結(jié)構(gòu)采用C25鋼筋混凝土，壁厚0.5 m。

排沙洞為無(wú)壓城門(mén)洞型式，斷面尺寸2.5 m（底寬）×2.2 m（直墻），頂拱角 135°，半徑 1.53 m。結(jié)構(gòu)采用C25鋼筋混凝土，壁厚0.35 m。洞線總長(zhǎng)681.7 m，設(shè)計(jì)縱坡1/200。出口設(shè)防洪閘1座，孔口尺寸為2.5 m×4 m，閘室長(zhǎng)5 m，閘墩及墩墻均采用C25鋼筋混凝土，閘底板上下游均設(shè)齒墻，每孔進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量15.36 m3/s。

2.6 保溫系統(tǒng)

本工程地處呂梁山脈，冬季氣候嚴(yán)寒，為防止沉沙池運(yùn)行期間表層水面結(jié)冰影響工程正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將沉沙池整個(gè)結(jié)構(gòu)做成密封結(jié)構(gòu)，以達(dá)到保溫效果，滿足供水需求。同時(shí)，考慮到本工程地形、交通條件較差等因素，沉沙池上部封閉結(jié)構(gòu)頂層設(shè)計(jì)為停車(chē)場(chǎng)及活動(dòng)場(chǎng)所。

縱向沿隔墻上部每2.5 m設(shè)一支撐柱，柱高2.8 m，截面尺寸600 mm×600 mm，支撐柱上搭載橫向主梁，跨度6000 mm和6325 mm，垂直主梁方向和中間設(shè)一次梁，跨度分別為2300 mm，2500 mm，主梁截面尺寸400 mm×800 mm，次梁截面尺寸350 mm×600 mm，厚度200 mm。結(jié)構(gòu)均采用C25鋼筋混凝土。

2.7 交通系統(tǒng)

池外交通：由天橋電站附近沿黃公路橋前鋪設(shè)一條進(jìn)場(chǎng)公路，公路寬4 m，混凝土路面，經(jīng)1號(hào)引水洞退水渠通過(guò)后，再經(jīng)沉沙池首部5 m明渠上交通橋到達(dá)沉沙池上部停車(chē)場(chǎng)。

池內(nèi)交通：為方便池內(nèi)巡視檢修，在每個(gè)池室隔墻和邊墻頂部設(shè)走道板，沿水流方向?yàn)楣探Y(jié)于隔墻、邊墻上的懸臂式結(jié)構(gòu)，走道板厚度120~200 mm，寬度900 mm；垂直水流方向跨度為5.0 m的主梁，梁截面尺寸400 mm×600 mm，走道板固結(jié)于其上，總寬度1000 m。臨水側(cè)均設(shè)欄桿防護(hù)。

2.8 沉沙池運(yùn)行

沉沙池的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為兩廂同時(shí)沉沙，一廂沖沙，交替運(yùn)行。分水閘控制各廂流量，沖沙閘控制沖沙流量，排沙閘控制泄空和擋水，防洪閘控制水沙排放及洪水倒灌。

當(dāng)一廂達(dá)到沉淀容積后，已沖洗完畢的空廂即投入運(yùn)行，汛期一般為25 h左右淤滿一廂，若引水流量較小或含沙量較低時(shí)，淤滿時(shí)間會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)，待運(yùn)行中逐步尋其規(guī)律后制定運(yùn)行規(guī)程和不同水沙條件下的運(yùn)行方案，斜板區(qū)淤積厚度不得超過(guò)2 m。沉沙池要經(jīng)常沖洗，對(duì)局部位置或斜板區(qū)的掛淤可用壓力龍頭接軟管沖洗。

分水閘前設(shè)攔污柵，汛期由專人清污，防止污草進(jìn)入斜板區(qū)，斜板區(qū)要定期沖洗以防掛淤，影響沉沙效果。

3 結(jié)語(yǔ)

本工程沉沙池布置由于受地形限制，在保證沉沙效率的前提下，有效利用地形地勢(shì)，設(shè)置斜板段后經(jīng)過(guò)計(jì)算后分析，沉沙效果明顯，可有效減輕泥沙對(duì)泵站水輪機(jī)的磨損及其后布置的輸水隧洞的淤積，進(jìn)而為后續(xù)輸水建筑物布置提供了方便。