東水峽水電站工程設(shè)計(jì)

張惠莉

（甘肅省水利水電學(xué)校，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

討賴河?xùn)|水峽水電站工程為一低壩長(zhǎng)隧洞引水發(fā)電工程，主要工程建筑物由引水樞紐、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及發(fā)電廠房等組成。水庫(kù)庫(kù)容18萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)引水流量32.4 m3/s，設(shè)計(jì)水頭189.0 m，電站裝機(jī)容量52.8 MW，多年發(fā)電量為2.43億kW·h。

2 地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)河谷為開(kāi)闊的“U”型谷，河道彎曲，平面展布呈凸向左岸的弧形，總體流向由南向北，河水面寬一般20～25 m，河水位高程2558～2561 m，河谷開(kāi)闊，漫灘發(fā)育,河谷兩岸殘留階地分布較多,一般岸坡坡度 30～50°。

3 工程布置設(shè)計(jì)

3.1 首部樞紐設(shè)計(jì)

根據(jù)電站的功能和運(yùn)用條件，首部樞紐主要建筑物由進(jìn)水閘、排沙閘、泄沖閘、防滲排水建筑物、消能建筑物及左、右岸連接建筑物等組成。

（1）進(jìn)水閘布置。根據(jù)樞紐區(qū)地形、地質(zhì)條件，為了防止河道泥沙進(jìn)入電站引水口，進(jìn)水閘側(cè)向布置，與河道夾角呈50°。閘體由前到后依次為導(dǎo)沙坎、平底寬頂堰、漸變段和進(jìn)水口。整個(gè)閘體全部座于玉門礫巖上，地質(zhì)條件很好。

（2）排沙閘布置。排沙閘沿河道左岸正向布置，設(shè)1孔，閘體總長(zhǎng)27 m，總寬度7 m，孔口尺寸3 m×4 m（寬×高）。閘體設(shè)兩道閘門，事故檢修閘門設(shè)在前端，閘門型式為平板鋼閘門，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)啟閉；工作門設(shè)在事故檢修門之后，閘門型式為弧形鋼閘門，采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)型式。檢修門前設(shè)寬4.5 m的樞紐交通橋。整個(gè)閘體全部座于玉門礫巖上，地質(zhì)條件很好。

（3）泄沖閘布置。泄沖閘位于排沙閘右側(cè)，閘中心線與河道中心線平行布設(shè)，閘體布設(shè)在河床砂礫石層上。閘體總長(zhǎng)27 m，總寬度35.5 m，共設(shè)3孔，孔口尺寸均為8.5 m×10.5 m（寬×高），每個(gè)中墩處設(shè)伸縮縫，每一孔為一個(gè)閘壩段，共3個(gè)閘壩段，中墩寬度3 m，底板厚度2.0 m，閘底板高程2559.5 m。閘體設(shè)兩道閘門，檢修閘門設(shè)在前端，閘門型式為平板鋼閘門，采用臺(tái)車啟閉機(jī)啟閉；工作門設(shè)在檢修門之后，閘門型式為弧形鋼閘門，為便于運(yùn)行管理，采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)型式。泄沖閘右側(cè)設(shè)檢修閘門庫(kù)，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。檢修門前設(shè)寬4.5 m的樞紐交通橋。

（4）防滲、排水建筑物布置。防滲鋪蓋布置于攔河閘前，長(zhǎng)度40 m，寬度35.5～47.65 m，厚度50 cm，前端設(shè)防沖齒墻，高度1 m，每10 m設(shè)一道伸縮縫，鋪蓋伸縮縫以及鋪蓋與水閘底板間的結(jié)構(gòu)縫，全部采用“652”橡膠止水帶進(jìn)行止水，形成全封閉水平止水系統(tǒng)。

為減少閘底板的揚(yáng)壓力，河床排水系統(tǒng)布置于閘后消力池內(nèi)，采用直徑10 cm的PVC排水管，梅花型布置，間、排距均為2 m。

（5）消能防沖建筑物布置。水閘閘下采用消力池、護(hù)坦和防沖海漫相結(jié)合的建筑物型式。

3.2 引水隧洞設(shè)計(jì)

（1）隧洞布置。引水隧洞布置在左岸山體，線路總長(zhǎng)10864.51 m，其中涵管段長(zhǎng)度203.2 m，隧洞段長(zhǎng)度10661.31 m；涵管段地層以玉門礫巖為主，局部有砂礫石地層；隧洞段分兩個(gè)地層段，與涵管段相接的一段為玉門礫巖段，長(zhǎng)度95.59 m，其余段為由凝灰質(zhì)板巖、灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r和石英片巖等巖石組成的地層段，長(zhǎng)度10565.72 m。

（2）斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隧洞的斷面型式，選擇受力條件最好的圓形隧洞和馬蹄型隧洞進(jìn)行比選。圓型隧洞洞徑的選擇按照經(jīng)濟(jì)洞徑確定，馬蹄型斷面尺寸的選擇也按照經(jīng)濟(jì)斷面確定，經(jīng)分析圓形確定本電站經(jīng)濟(jì)洞徑為3.9 m，馬蹄型斷面頂拱半徑R1=2.125 m，側(cè)墻半徑為R2=4.25 m。

（3）襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算成果并結(jié)合甘肅省水電站發(fā)電隧洞的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，確定該電站隧洞襯砌為：①涵管段：采用C20鋼筋混凝土襯砌；②玉門礫巖段按照IV類圍巖的襯砌型式設(shè)計(jì)：全斷面噴混凝土厚12 cm，襯砌采用C20鋼筋混凝土混凝土襯砌；③巖石段：不做噴護(hù)，襯砌采用全斷面單層鋼筋混凝土。

（4）灌漿設(shè)計(jì)。隧洞頂拱120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿，孔距3 m，排距3 m；灌漿壓力 0.2 MPa，灌漿孔深入圍巖10 cm。對(duì)圍巖段全斷面進(jìn)行固結(jié)灌漿，孔距3 m，排距3 m；灌漿壓力2倍內(nèi)水壓力。

3.3 調(diào)壓井設(shè)計(jì)

調(diào)壓井布置于討賴河左岸山梁巖體內(nèi)，井頂高程2603.78 m，井底高程2532.77 m，井深71 m，井?dāng)嗝嫘褪綖閳A形，直徑8 m，阻抗孔徑2.5 m，設(shè)鋼筋混凝土球型頂拱。調(diào)壓井頂左側(cè)設(shè)通氣孔，通氣孔面積按大于引水隧洞面積10%考慮，同時(shí)考慮交通要求，稱為通氣交通隧洞。通氣交通隧洞總長(zhǎng)度430 m，斷面為城門洞型，底寬4.0 m，高4.6 m，出口位于調(diào)壓井左側(cè)下游，出口遠(yuǎn)離鐵路線。

3.4 壓力管道設(shè)計(jì)

根據(jù)壓力管道地層巖性特點(diǎn)，將壓力管道布置成斜井埋管型式，壓力管道由主管段和支管段組成，主管段總長(zhǎng)558 m，由上平段、上彎段、豎井段、下彎段和下平段組成，其中上平段長(zhǎng)度10 m，豎井段長(zhǎng)度164 m，下平段長(zhǎng)度361 m。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速和施工條件，選擇確定主壓力管道內(nèi)徑，經(jīng)計(jì)算，管徑確定為3 m，設(shè)計(jì)流速為4.59 m/s，總長(zhǎng)度558 m，支管管徑確定為1.5 m。

3.5 電站廠房設(shè)計(jì)

電站廠房位于首部樞紐下游16 km的左岸河漫灘中部。

（1）主廠房布置。廠房?jī)?nèi)布置了3臺(tái)17.6 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，考慮電站運(yùn)行期間的單臺(tái)機(jī)組檢修，每臺(tái)機(jī)蝸殼進(jìn)口前設(shè)1.5 m直徑的液控蝴蝶閥一臺(tái)。主廠房分為三個(gè)機(jī)組段，機(jī)組間距為10 m，機(jī)組安裝高程為2353.8 m。

主廠房分4層設(shè)計(jì)，分別為發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、蝸殼層和集水井層。

（2）副廠房布置。布置在主廠房上游側(cè)，全部座于玉門礫巖上。副廠房寬12.6 m，長(zhǎng)55.11 m，基礎(chǔ)高程2354.60 m。

（3）尾水渠設(shè)計(jì)。尾水渠頂設(shè)計(jì)高程為2364.0 m，由水平段、反坡段和順坡段組成。

（4）升壓站設(shè)計(jì)。升壓站布置在電站副廠房上游側(cè)，地面高程為2362.1 m，占地尺寸42 m×33.5 m，面積為1407 m2。升壓站設(shè)備基礎(chǔ)均采用混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，電纜溝采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

（5）廠區(qū)防洪堤設(shè)計(jì)。為防止洪水進(jìn)入廠房，在廠區(qū)靠河道一側(cè)設(shè)防洪堤。防洪堤高程設(shè)為2364.0 m，高于校核洪水位1.04 m，防洪堤寬度2 m，臨水面結(jié)構(gòu)型式為混凝土護(hù)坡，坡度1∶1.5，護(hù)坡厚度20 cm，底部設(shè)深1 m的防沖齒墻，背水面填筑砂礫石，坡度 1∶1.5。

4 結(jié)語(yǔ)

東水峽水電站設(shè)計(jì)主要受到左岸酒鋼鏡鐵山專用鐵路線的影響，設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)隧洞引水發(fā)電方案，可以最大限度的利用河段水能資源。東水峽水電站單位千瓦投資6977元/kW，單位電能投資1.52元/（kW·h），經(jīng)濟(jì)效益好。該電站的建設(shè)可以有力促進(jìn)本地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

[1]徐干成等.地下工程支護(hù)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社.

[2]張光斗，王光淪.水工建筑物[M].北京：水利電力出版社.

[3]水工設(shè)計(jì)手冊(cè)]M].北京：水利電力出版社，1987.