江智健

（江西省婺源縣水利局，江西 婺源 333200）

云潭水電站引水系統(tǒng)比選及隧洞的特殊設(shè)計(jì)

江智健

（江西省婺源縣水利局，江西 婺源 333200）

通過(guò)對(duì)云潭水電站隧洞設(shè)計(jì)的介紹，以期拋磚引玉，為小型水電站引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一些參考。

隧洞；比選；引水系統(tǒng)；云潭水電站；婺源縣

1 概 述

云潭水電站坐落于饒河源頭洪源支流的考源分支上、江西婺源大障山鄉(xiāng)車(chē)田村云潭上游山澗中，云潭電站壩址控制流域6.1 km2，其中心地理位置為東經(jīng)117°43′15″，北緯29°31′40″。發(fā)電廠房位于上云潭村上游右岸河邊，設(shè)計(jì)引用流量0.681 m3／s，滿(mǎn)發(fā)凈水頭253.96 m，裝機(jī)1 200 kW，多年平均年發(fā)電量283.68×104kW·h。引水系統(tǒng)布置于壩址右岸山體，全長(zhǎng)3 200 m，由進(jìn)水口、隧洞和壓力鋼管等組成。云潭水電站于2006年設(shè)計(jì)，2008年正式施工，2010年建成。

2 引水系統(tǒng)方案比選

云潭水電站工程引水可以開(kāi)渠道、安管路、打隧洞。而且工程引水系統(tǒng)線路長(zhǎng)，工程量大，其建設(shè)方案比選對(duì)降低本工程的造價(jià)、提高經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系重大。

（1）沿山邊開(kāi)渠。不僅對(duì)山林植被與生態(tài)環(huán)境破壞很大，而且在風(fēng)化巖層上進(jìn)行渠道防滲處理非常困難，因此投資較大，同時(shí)，由于渠邊山體極易塌方，運(yùn)行維修費(fèi)用較大，但有利的是能沿途匯入渠道上方集雨面積的來(lái)水；

（2）安設(shè)管道。由于采用有壓方式，可隨依山勢(shì)適度變化鋪設(shè)，故對(duì)山林植被與生態(tài)環(huán)境破壞會(huì)較開(kāi)山邊渠小些，但水頭損失與造價(jià)均會(huì)很大，也不能沿途匯入管道上方集雨面積的來(lái)水（若無(wú)壓管道可設(shè)法接入較大支流）；

（3）開(kāi)鑿隧洞。不僅對(duì)山林植被與生態(tài)環(huán)境破壞較小，而且由于要求圍巖抗力之原因洞埋一定后圍巖為弱風(fēng)化～微風(fēng)化粉砂質(zhì)板巖夾千枚巖，沿途防滲不存在問(wèn)題，同時(shí)工程耐久性極好，運(yùn)行維修與更新改造費(fèi)用為三方案之最小，因此投資也不會(huì)最多，同時(shí)本方案也不能匯入沿途任何集雨面積的來(lái)水。

經(jīng)對(duì)以上方案各設(shè)計(jì)出的相應(yīng)結(jié)構(gòu)圖并測(cè)算出的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)表1。

從表1中不難看出，方案三國(guó)民凈現(xiàn)值最高，而且對(duì)山林環(huán)境的破壞最小，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，故推薦之。

3 引水隧洞的特殊設(shè)計(jì)

3.1 洞線布置原則與一些實(shí)際布置

云潭水電站由于廠址的選擇與進(jìn)出廠區(qū)與現(xiàn)有公路物對(duì)接，當(dāng)然更主要是根據(jù)云潭溪兩岸地形地質(zhì)條件等情況，決定將發(fā)電引水系統(tǒng)布置于云潭坑右岸山體中，由于壩址與廠址間距離長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里，而且山高林密，真正實(shí)施地形測(cè)量不僅工作量極大，而且對(duì)林木破壞也將很?chē)?yán)重，為此，云潭水電站設(shè)計(jì)采用1∶10 000航測(cè)圖進(jìn)行洞線布置，由于云潭水電站于云潭山澗中，不僅規(guī)模小壩址控制流域面積也極小，而且為第一梯級(jí)電源點(diǎn)，則根據(jù)擬布隧洞進(jìn)出口附近各三個(gè)山尖設(shè)固定樁布點(diǎn)采用GBS建立測(cè)量控制網(wǎng)，然后經(jīng)試配將該控制網(wǎng)移置到1∶10 000航測(cè)圖上，再在該航測(cè)圖上進(jìn)行隧洞布置。由于它幾乎沿河布置，故其側(cè)向埋深對(duì)工程安全與工程造價(jià)關(guān)系重大，切不可小覷。因此，為了增加隧洞埋藏深，同時(shí)又要便于支洞布置以降低工程造價(jià)，故洞線應(yīng)作適度的轉(zhuǎn)拐，以確保隧洞的圍巖厚度尤其是側(cè)向巖壁厚度，由于本電站為高水頭電站，適度拐彎其局部水頭損失增加不是問(wèn)題。對(duì)于可能薄弱地段還應(yīng)在實(shí)地上布點(diǎn)，并進(jìn)行GBS定位測(cè)量，然后將其結(jié)果與航測(cè)圖對(duì)照檢查所布置隧洞的真正埋深與圍巖厚度，堅(jiān)決消除由于航測(cè)圖誤差所帶來(lái)的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

表1 云潭水電站引水方案比較

3.2 進(jìn)水口攔沙坎的設(shè)置

由于云潭水電站設(shè)計(jì)引用流量為0.681 m3／s，而隧洞洞徑又不能小于施工的最小截面，即云潭水電站隧洞內(nèi)徑取1.8 m。由于該進(jìn)口水流流速極小，不足0.30 m／s，故進(jìn)水口不需做喇叭口，設(shè)為矩形斷面，即為1.70 m×1.70 m。同時(shí)，由于云潭溪山高坡陡，泥沙與崩石很多，攔沙任務(wù)艱巨，為此，進(jìn)水口前應(yīng)設(shè)高攔沙坎，以防溪中泥沙沖入洞中。為了最大限度地?cái)r沙，攔沙坎高度應(yīng)盡可能滿(mǎn)足其頂高程不高于壩前發(fā)電最低水位減去在壩前發(fā)電最低水位時(shí)引流合理的過(guò)水深為度。為了不使該過(guò)水深太大，以保證進(jìn)口水流流速不大以避免其過(guò)攔污柵水頭損失偏大，可適當(dāng)增加攔沙坎的溢流前沿，即可將該攔沙坎做拱壩形式，同時(shí)，也優(yōu)化了其受力狀況。當(dāng)然進(jìn)水口的攔污柵也應(yīng)當(dāng)做成相應(yīng)于攔沙坎頂弧度的半圓臺(tái)狀，以利垃圾清理。

3.3 關(guān)于隧洞的襯砌

云潭水電站隧洞由于圍巖為粉砂質(zhì)板巖夾千枚巖，除進(jìn)出口少量地段外，均新鮮完整，無(wú)需進(jìn)行全程襯砌。因此，隧洞進(jìn)口風(fēng)化與破碎段較長(zhǎng)，且進(jìn)口段水壓力很低，故僅作了5 m長(zhǎng)的鋼筋混凝土襯砌，而出口段一則考慮到風(fēng)化與破碎較嚴(yán)重；二則考慮到內(nèi)水壓力較大，擔(dān)心圍巖側(cè)厚、偏小而發(fā)生圍巖抗力不足，故作了35 m長(zhǎng)壁厚6 mm的鋼管襯砌。其余2 665 m長(zhǎng)中間段均未作襯砌。由于2 665 m長(zhǎng)洞段不作襯砌，洞內(nèi)殘?jiān)鼪](méi)有辦法全部清理干凈，同時(shí)運(yùn)行時(shí)，沿程洞壁由于卸荷等原因而崩落的石塊一定會(huì)不少，盡管在出口鋼管段前設(shè)有沉渣池，但有人還是擔(dān)心將來(lái)石渣會(huì)被水流帶入壓力管道，卡死沖擊水機(jī)的噴嘴而造成電站癱瘓事故，因此，業(yè)主及參建諸方大多數(shù)人均主張澆筑隧洞混凝土底板。但澆筑隧洞混凝土底板不僅多花近20萬(wàn)元投資，而且也將增加工期2個(gè)月（由于洞內(nèi)材料運(yùn)輸極其困難）。筆者認(rèn)為：因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)洞內(nèi)水流流速極小，V

＝Q／S＝0.681÷（3.14×1.82÷4）＝0.268 m／s，完全小于泥沙的淤積流速，因此，洞中殘?jiān)静粫?huì)被水流搬移，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，在支洞口（設(shè)了一個(gè)清淤放空與進(jìn)人孔）后和出口沉渣池前設(shè)了兩個(gè)高0.8 m

的攔渣坎攔截殘?jiān)驳撞吭O(shè)排水孔以備放空隧洞之需）。因?yàn)樗矶唇孛婧艽?，設(shè)攔渣坎對(duì)隧洞過(guò)流根本不影響，而且做攔渣坎較開(kāi)鑿沉渣池更經(jīng)濟(jì)，因此，出口鋼管段前沉渣池也設(shè)得較小。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）隧洞作引水式水電站引水建筑物，工程耐久性極好，運(yùn)行維修與更新改造費(fèi)用均較小，但建設(shè)投資較大，而且隨著炸藥成本（如嚴(yán)控程序的增加）的上升，其優(yōu)勢(shì)日趨衰落。

（2）云潭水電站幾乎沿河布置隧洞，尤其為節(jié)省設(shè)計(jì)測(cè)量工作量與費(fèi)用采用航測(cè)圖布置洞線時(shí)，如何確保隧洞的埋深與圍巖厚度問(wèn)題切不可小覷，一定要認(rèn)真對(duì)待、反復(fù)檢查論證之。

TV732

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2013－04－16

江智健（1960－），男，江西婺源人，高級(jí)工程師，從事水利水電建筑、工業(yè)與民用建筑等的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、行業(yè)管理工作。