白水江三級(jí)水電站調(diào)壓井設(shè)計(jì)優(yōu)化

張澤輝 婁紹撐 余學(xué)彥

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 杭州 310 002）

1 問題的提出

白水江三級(jí)水電站位于云南省昭通市鹽津縣境內(nèi)，發(fā)電引水建筑物布置在白水江右岸，由進(jìn)水口、發(fā)電引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道等組成。電站裝機(jī)容量48MW，額定水頭45m，發(fā)電引水流量125.2m3/s。

原設(shè)計(jì)調(diào)壓井布置在廠后邊坡上，地形平緩，為明挖阻抗孔式矩形調(diào)壓井，井筒襯后尺寸50m×10m×35m（長(zhǎng)×寬×高），頂部高程 498.0m。根據(jù)鉆孔揭露情況，原調(diào)壓井處出露的巖土層有：（1）砂土夾灰?guī)r碎屑、孤石，鉆孔揭露表層松散堆積層厚度22.5m；（2）灰?guī)r，為二迭系下統(tǒng)棲霞組地層，完整性好，鉆孔R(shí)QD值達(dá)85%以上，節(jié)理裂隙不發(fā)育。

2005年 8月，原調(diào)壓井在開挖至高程494.0m，距設(shè)計(jì)底高程還有 32m時(shí)，已進(jìn)行錨噴支護(hù)的調(diào)壓井后邊坡和坡上居民房出現(xiàn)大量裂縫，附近電線桿傾斜，而此時(shí)井筒靠下游側(cè)尚未挖到完整基巖。當(dāng)時(shí)正值雨季，繼續(xù)往下開挖隨時(shí)可能發(fā)生滑坡。故立即停止開挖，搬遷坡上居民，調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

2 優(yōu)化思路

我院接手設(shè)計(jì)后，立即進(jìn)行了補(bǔ)充勘探，發(fā)現(xiàn)整個(gè)廠后邊坡表層松散堆積層范圍廣、覆蓋深，沒有合適的位置進(jìn)行調(diào)壓井移位。如果采用倒掛井方式明挖，則須采用圈梁鎖口、井周巖體預(yù)固結(jié)灌漿和錨筋索預(yù)加固等強(qiáng)支護(hù)措施。該方案工程量大、費(fèi)用高，對(duì)已出現(xiàn)裂縫的邊坡可能造成新的破壞，施工存在較大的風(fēng)險(xiǎn)和難度，不宜采用。

當(dāng)時(shí)位于原調(diào)壓井上游約172m的2#施工支洞已經(jīng)貫通，整個(gè)支洞及上下游已開挖的主洞均為完整的灰?guī)r，地質(zhì)條件較好，是布置大尺寸地下洞室的理想之地。調(diào)壓井優(yōu)化調(diào)整的思路之一應(yīng)該是移往地質(zhì)條件較好的上游位置。

2#施工支洞與主洞交點(diǎn)附近的山坡高程為560m，弱風(fēng)化基巖底界線高程535m左右。借鑒抽水蓄能電站尾水調(diào)壓室和氣墊式調(diào)壓室的布置方式，將調(diào)壓室主室放在地質(zhì)條件較好的山體圍巖中，從而避開表層深厚松散堆積層是本工程調(diào)壓井優(yōu)化調(diào)整的思路之二。

3 優(yōu)化過程

經(jīng)復(fù)核計(jì)算，調(diào)壓井波動(dòng)穩(wěn)定斷面為470m2。選取發(fā)電建筑物校核洪水位（480.0m）加2臺(tái)機(jī)全甩負(fù)荷的工況計(jì)算調(diào)壓井最高涌浪；選取發(fā)電死水位(473.0m)加 1臺(tái)機(jī)滿發(fā)，1臺(tái)機(jī)由空轉(zhuǎn)增荷至滿發(fā)的工況計(jì)算調(diào)壓井最低涌浪。

調(diào)壓井優(yōu)化一開始仍采用阻抗式調(diào)壓井，擬采用受力條件較好的圓形單井形式。為滿足波動(dòng)穩(wěn)定條件，襯后洞徑須25m。根據(jù)涌浪計(jì)算成果，穹頂高程495.0m，底高程464.5m，井筒高30.5m，通過內(nèi)徑5m、長(zhǎng)9.5m的阻抗孔與引水隧洞相連。穹頂開挖面距弱風(fēng)化基巖底界線約38m，開挖跨度達(dá)29m，而巖體厚度僅為洞徑的1.3倍，且上覆約25m厚的松散堆積層，有失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

為減小開挖跨度，考慮采用雙井形式，襯后洞徑均為17m，一個(gè)布置在引水隧洞上，另一個(gè)布置在2#施工支洞上，上下各通過內(nèi)徑5m的連通洞相連，平面布置詳見圖1。雙井穹頂巖體厚度也僅為開挖洞徑的2.0倍，與單井形式?jīng)]有本質(zhì)區(qū)別，且雙室式調(diào)壓井水流條件復(fù)雜，洞室較多，施工較復(fù)雜，對(duì)引水隧洞施工干擾較大，不宜采用。

圖1 雙井式調(diào)壓井平面布置圖

4 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)布置

從上面的分析可以看出，為確保施工安全，一方面應(yīng)減小調(diào)壓井跨度，放棄圓形結(jié)構(gòu)斷面形式，采用跨度較小的窄長(zhǎng)矩形斷面；另一方面應(yīng)降低穹頂高程，增加上覆巖體厚度，考慮布置溢流洞，降低最高涌浪，同時(shí)為了進(jìn)一步減小井筒高度，最低涌浪補(bǔ)水由下室補(bǔ)充。因此，設(shè)計(jì)最終采用帶雙室的溢流式調(diào)壓井。

調(diào)壓井位于施工支洞下游側(cè) 13m處，由上室、溢流洞、下室、豎井、水平連接洞和通氣洞組成，平面布置和縱剖面詳見圖2、圖3。

上室為城門洞型，橫斷面襯后尺寸70m×7m，襯砌厚 1m。上室縱坡為 1.65%，底高程以發(fā)電死水位 473.0m減去引水隧洞最大水頭損失，取469.0～470.155m。頂高程根據(jù)最高涌浪取483.5～484.655m。上覆巖體厚度為開挖跨度的5.6倍。上室井筒高 14.5m，采取全斷面系統(tǒng)錨桿和固結(jié)灌漿的圍巖加固措施，并間隔5m設(shè)兩排橫撐梁。

圖2 溢流式調(diào)壓井平面布置圖

圖3 溢流式調(diào)壓井縱剖面圖

調(diào)壓井溢流采用兩個(gè)襯后洞徑 4.0m×4.0m的城門洞形斷面，中心距 21m，溢流洞底高程480.125m，略高于正常蓄水位 480m。當(dāng)發(fā)生校核洪水位兩臺(tái)機(jī)全甩負(fù)荷工況時(shí)，涌入調(diào)壓井的瞬時(shí)最大流量為 110m3/s，剛好滿溢流洞，棄水均經(jīng)一段斜洞泄入2#施工支洞，再排入白水江。溢流洞和施工支洞均采用鋼筋混凝土襯砌。

下室為圓形斷面，襯后直徑5.0m，長(zhǎng)60.0m，底高程 458.0m，頂高程 463.0m，最低涌浪458.99m，壓力余幅8.5m。下室之所以采用轉(zhuǎn)彎形式，是為了與上游同一水平面的內(nèi)昆鐵路手扒巖隧洞保持最小 50m的距離，避免內(nèi)水外滲造成對(duì)鐵路的影響。若取消下室，根據(jù)最低涌浪計(jì)算，上室底高程須降低至 464.5m，則上室井筒高度增加至19.5m，增加石方開挖1544m3，增加鋼筋混凝土襯砌319m3，故采用設(shè)下室而降低上室高度的結(jié)構(gòu)布置形式。連通上室和下室的豎井襯后直徑5.0m，通過一段7m的水平連接段與壓力管道相通。如將豎井直接開在壓力管道上，水流條件會(huì)更好?？紤]到調(diào)壓井施工擬采用導(dǎo)井挖通后經(jīng)2#施工支洞出碴的方式，而壓力管道開挖也是通過2#施工支洞，7m的水平連接段正是為調(diào)壓井出碴用，避免與壓力管道的施工相互干擾。

為給調(diào)壓井補(bǔ)氣，在上室頂部設(shè)一個(gè)3.0m×3.5m的城門洞形隧洞作為通氣洞通往山坡，出口底高程 493.1m，通氣洞兼作調(diào)壓井的施工支洞。

由于調(diào)壓井及相鄰建筑物較多，空間結(jié)構(gòu)交叉，距內(nèi)昆鐵路手扒巖隧洞最短距離僅50m，開挖過程中須嚴(yán)格控制裝藥量，采取短進(jìn)尺、弱爆破的施工方法，并及時(shí)進(jìn)行圍巖支護(hù)。

5 優(yōu)化要點(diǎn)

（1）將調(diào)壓井布置在圍巖條件較好的山體內(nèi)部，避開表層深厚松散堆積層；

（2）波動(dòng)穩(wěn)定斷面采用窄長(zhǎng)矩形，開挖跨度僅9m，降低了支護(hù)難度；

（3）采用溢流式結(jié)構(gòu)，利用現(xiàn)有的 2#施工支洞排泄棄水，降低穹頂高程，增加上覆巖體厚度，保證結(jié)構(gòu)安全；

（4）增設(shè)下室，抬高上室地板高程，降低上室井筒高度；

（5）設(shè)水平連接段減少調(diào)壓井和壓力管道的施工干擾；

（6）通氣洞兼作施工支洞，且在開挖過程中可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)一步確定上室的位置。

調(diào)壓井經(jīng)過以上優(yōu)化調(diào)整后，井筒高度由原設(shè)計(jì)的35m降到14.5m，施工較簡(jiǎn)單，施工安全有了保障，并比原設(shè)計(jì)方案節(jié)省投資212萬元。調(diào)壓井優(yōu)化調(diào)整后，原調(diào)壓井已開挖部分及坡腳進(jìn)行了回填石渣處理，并做好排水措施，定期監(jiān)測(cè)。至今沒有發(fā)現(xiàn)新的裂縫和邊坡變形，原計(jì)劃遷移的居民也沒有搬遷。

6 結(jié)語

白水江三級(jí)水電站2009年10月蓄水運(yùn)行至今，調(diào)壓井一切正常，設(shè)計(jì)優(yōu)化是成功的。調(diào)壓井優(yōu)化的設(shè)計(jì)思路，在我院設(shè)計(jì)的類似工程，云南江邊水電站、四川三岔水電站等工程中也得到了成功應(yīng)用。對(duì)于低水頭、大流量、波動(dòng)穩(wěn)定斷面很大的中、小型水電站，特別是廠房后邊坡覆蓋層深厚，不宜采用大規(guī)模明挖施工，采用山體內(nèi)雙室溢流的調(diào)壓井結(jié)構(gòu)型式不失為一種可選方案。

1 DL/T5058—1996 水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范

2 朱經(jīng)祥,石瑞芳.中國(guó)水力發(fā)電工程──水工卷.北京：中國(guó)電力出版社，2000，545-554.

3 朱苦竹，李青麒，朱合華. 不良圍巖條件下水電站調(diào)壓井襯砌結(jié)構(gòu)選型研究. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2007（6）

4 覃建，孫懷昆. 崖羊山水電站大斷面地下矩形調(diào)壓室設(shè)計(jì)創(chuàng)新. 水力發(fā)電，2006（11）.