觀音巖（河東）水電站引水線路優(yōu)化設計

王 澤 張光碧 謝國章

（1.四川大學水利水電學院 四川 成都 610065；2.中國水利水電第十四工程局有限公司 云南 昆明 650041）

1 工程概況

觀音巖（河東）水電站工程位于四川省西昌市冕寧縣，位于安寧河已建觀音巖水電站的開發(fā)河段內。原觀音巖電站已建于上世紀80年代，電站裝機規(guī)模為17.5MW，上一級為已建的大橋水庫及其電站，下游一級為已建的金洞子水電站。新建觀音巖（河東）水電站為利用觀音巖棄水的引水式電站，利用落差68m，裝機容量22MW，設計引用流量36.24m3/s，并與原觀音巖水電站聯(lián)合運行。安寧河新建取水口設于河床左岸岸邊，為“正向泄洪排沙，側向取水”布置型式，取水口設有控制門。取水口后接長6187m的引水隧洞及558m渠道，再經壓力前池和壓力管道至安寧河下游左岸廠房。電站廠房座落在安寧河左岸河東村河灘地上，為地面廠房，尾水經沿岸邊布置的尾水渠排入安寧河中。該電站為Ⅳ等?。ㄒ唬┬退娬竟こ?，屬小水電。其主要建筑物攔河壩、引水隧洞、壓力前池、壓力管道、主副廠房按4級設計，次要建筑物和臨時建筑物按5級設計。該工程引水部分管道長，且有斷層、冰磧、冰水堆積層分布，地質條件較復雜，且工程建設受當?shù)厝?、地、建筑干擾很大，其安寧河引水線路的優(yōu)化設計是本文主要研究的問題。

2 引水線路方案

2.1 引水工程區(qū)地質條件

觀音巖（河東）水電站工程引水線路區(qū)為中、高山區(qū)，山脊走向近于南北向，山頂高程2300m～2000m，相對高差300m～400m，地形坡度 30°～60°，山體高大寬厚，安寧河穿越工區(qū)河谷較為開闊。安寧河左岸Ⅱ級階地保留較為完整，階地平臺大多為坡積洪積物所覆蓋，Ⅲ級階地大多被剝蝕，僅見階地堆積物。安寧河左岸山體發(fā)育多條沖溝，切割較深，多為泥石流溝，溝口多見扇形的泥石流堆積區(qū)，前池地段，地形相對平緩，地形坡度15°～25°。安寧河斷裂帶內受區(qū)域構造環(huán)境控制，構造較為發(fā)育，區(qū)內出露5條規(guī)模較大斷層。引水區(qū)基巖主要由T3-J1bg泥灰?guī)r與炭質泥巖互層夾層砂巖，βp玄武巖、γ05斜長花崗巖和δ05石英閃長巖組成。隧洞所穿越的地層和圍巖中構造發(fā)育狀況及地下水活動和巖體風化程度基本一致，隧洞圍巖均為Ⅲ～Ⅴ類。

表1 引水線路三種方案經濟比較表

2.2 引水線路設計方案

（1）方案一

該方案從取水口取水后，先經6187m的引水隧洞，再由249.5m的箱涵和308.5m的引水明渠引水至壓力前池。隧洞為無壓隧洞，根據(jù)地質情況分段采用平底馬蹄形斷面和城門洞形斷面。箱涵采用矩形斷面，明渠采用梯形斷面。末段渠道總長558m。方案一線路全長6710m。

（2）方案二

該方案從進水口取水后，經長2030m的前段渠道，穿薩葉馬村和河東村2組范圍后，經長3570m隧洞，再經長1482m的后段渠道至前池。前后段渠道采用梯形斷面；隧洞采用無壓隧洞。方案二線路全長7082m。

（3）方案三

該方案從取水口取水后，經長6710m引水隧洞接至前池。隧洞采用無壓隧洞。方案三線路全長6745m。

3 方案比較與優(yōu)化設計

3.1 地質條件

方案一引水線路Ⅳ～Ⅴ類圍巖2365m，Ⅲ類圍巖3822m；隧洞前段穿越斷層破碎帶和出口段穿越土層。

方案二引水線路Ⅳ～Ⅴ類圍巖1435m，Ⅲ類圍巖2135m；避開了方案一、三中隧洞前段、后段的不利地質條件。

方案三引水線路Ⅳ～Ⅴ類圍巖2888.0m，Ⅲ類圍巖3822.0m。隧洞前段穿越斷層破碎帶和穿越土層；隧洞后段穿越冰磧、冰水堆積層。

3.2 施工難易程度

方案一其主要問題在于隧洞前段穿越斷層破碎帶和出口段穿越土層洞段的施工不易，但避開了后段的不利地質條件，后段施工干擾較小。后段明渠其渠道開挖深度5m～27m，存在渠道邊坡穩(wěn)定問題。工程共布置2條支洞，工期29個月。

方案二有兩個顯著特點，其一是可以避開方案一、三中隧洞前段、后段的不利地質條件；其二是上段渠道經過薩葉瑪村，后段渠道經過臺地，施工與當?shù)厝罕姾椭車?、建筑的干擾大，難以協(xié)調，一定程度上會影響工期。工程不設支洞，工期26個月。

方案三隧洞前段穿越斷層破碎帶和穿越土層洞段的施工不易；隧洞后段施工穿越冰磧、冰水堆積層，施工難度較大，但可避免后段渠道邊坡穩(wěn)定問題。共布置2條支洞，工期31個月。

3.3 征地拆遷

方案一需沿后段渠道征用土地，涉及林地，耕地及極少民房，拆遷容易。

方案二需沿前段和后段明渠征用土地，涉及耕地、民房、商店、通信電力線路，拆遷難度很大。

方案三征地有壓力前池，管道處，基本不涉及拆遷，占地最少。

3.4 經濟比較

根據(jù)四川省頒布的水利建筑定額及費用標準，參照冕寧縣當?shù)夭牧蟽r格，各方案的工程量和投資詳見表1所示。

從經濟上看方案一比方案二節(jié)省3773.47萬元，比方案三節(jié)省114.40萬元。

3.5 方案選用

由以上分析，就工程地質條件而言，3條線路不存在制約工程建設的重大工程地質問題。方案一和方案二隧洞長度相對較長，Ⅳ～Ⅴ類圍巖長度相應較長，施工難度較大。方案二避免了隧洞穿越斷層破碎帶和土層等不良地質洞段，工程條件相對較簡單，施工較方便，但工期難以保證。綜合工程地質、施工工期、征地拆遷和工程投資等方面比較，方案一投資最少，隧洞區(qū)域地質條件一般，施工風險相對較小，隧洞施工與地面的干擾小，工期可以得到保證。工期為28個月，在三個方案中施工工期長度居中。其減少征地拆遷的同時減小了施工難度，還避免了不良地質如沖溝、冰磧、冰水堆積層對引水線路的影響，且工程管理簡化，投資減少，故選擇了方案一。

方案選定后，通過了由涼山州發(fā)展和改革委員會和水務局組織的專家審查。另外，觀音巖（河東）水電站安寧河引水線路采用無壓引水方式，安寧河無壓隧洞長6710m，布置時考慮到比原觀音巖電站的前池水位略高，有利于出洞后渠道的布置。Ⅳ、Ⅴ類圍巖段采用平底馬蹄形斷面、Ⅲ類圍巖洞段城門洞形斷面，進口底板高程1826.95m，至隧洞出口底板高程1823.45m，縱坡 i=0.5‰，襯砌厚度0.20m～0.80m。Ⅳ、Ⅴ類圍巖段采用平底馬蹄形斷面設計過水寬度4.14m，凈高5.4m。Ⅲ類圍巖洞段城門洞形斷面設計過水寬度4.6m，凈高6.93m，直墻高5.6m，頂拱半徑2.67m。無壓隧洞引用流量36.34m3/s。Ⅲ類圍巖洞段占61.8%，其邊墻及頂拱采用噴錨襯砌，襯砌度0.10m，底板采用混凝土襯砌，厚20cm。Ⅳ類圍巖段占23.3%，采用現(xiàn)澆混凝土襯砌，襯砌厚度0.40m。Ⅴ類（包含土洞段）圍巖段占14.9%，采用現(xiàn)澆混凝土襯砌，襯砌厚度0.60m（土洞段的襯砌厚度0.80m）。

4 結語

觀音巖（河東）水電站為典型的山區(qū)引水式水電站，其引水線路對工程整體影響重大，通過對三個方案的技術經濟比較，確定了合理方案，取得了較好的社會和經濟效益。該類水電站引水部分的設計應掌握引水線路的設計關鍵，結合明渠、隧洞等各種輸水形式的優(yōu)勢與布置特點和工程實際情況，進行充分的分析比較，對某些部分在保障安全的情況下進行簡化處理，使設計方案盡可能的合理、安全、經濟。陜西水利

[1]王恩潤.小水電站[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2]張潤.山區(qū)徑流引水式電站設計的幾點體會[J].小水電，2007，（3)：28-29.

[3]柴建新，柴建江.引水式水電站水工設計經驗介紹 [J].中國農村水利水電，2000，（12）：53-54.

[4]曾冬梅，栗帥.石城子二級電站引水系統(tǒng)優(yōu)化設計研究[J].吉林水利，2012，（10）：19-21.

[5]趙東華.中高水頭徑流引水式小水電站引水部分設計探討 [J].廣東水利水電，2001，（3）：16-17.