中部引黃工程首部樞紐泵站廠房方案比選

孟元媛

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

中部引黃工程是山西大水網(wǎng)建設(shè)工程“兩縱十橫”十大骨干供水體系之一，工程由取水工程和輸水工程兩部分組成，設(shè)計流量23.55 m3/s，年引水量6.02億m3（其中工業(yè)及城鎮(zhèn)生活用水2.7億m3，農(nóng)業(yè)灌溉及生態(tài)用水3.32億m3）。輸水工程包括總干線、東干線、西干線以及各供水支線，線路總長419.13 km。工程自天橋水電站庫區(qū)取水，供水范圍包括忻州、呂梁、臨汾和晉中，四市十六個縣的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鎮(zhèn)生活、生態(tài)用水。

2 泵站方案廠房設(shè)計

2.1 半地下式泵站廠房方案

該方案泵站布置于天橋水電站左壩頭東側(cè)450 m處的黃崖溝右岸坡，生產(chǎn)區(qū)和管理區(qū)分開沿溝岸向上游方向呈一列布置，之間通過斜坡連接，連接段水平長度31m。生產(chǎn)區(qū)地坪高程844.85m，占地130m×44.5m，地坪以下為直立開挖，開挖深度43 m。管理區(qū)地坪高程867.0 m，占地105 m×34 m，建筑物包括管理站、110 kV開關(guān)站和消防水池等。設(shè)備根據(jù)泵站主、副廠房結(jié)合布置，主廠房布置于廠區(qū)中部、地面以下，副廠房布置于主廠房頂部和兩端，安裝間位于東側(cè)副廠房頂部，泵站廠房平面尺寸96 m×21 m（長×寬），其中東、西兩側(cè)副廠房各長12.0 m。

2.2 地下式泵站廠房方案

該方案地下泵站布置于義門鎮(zhèn)崔家堎村南黃崖溝左岸，距天橋水庫區(qū)約2.3 km。生產(chǎn)區(qū)和管理區(qū)位于同一位置，垂向排列，通過電纜豎井及連接洞連接。管理區(qū)位于地下泵站的頂部地面，地坪高程1028 m，占地面積110 m×70 m，布置有110 kV變電站、綜合設(shè)備樓等建筑物。地下泵站廠房埋深約170～195m，地下洞室開挖尺寸長123.3 m、寬21.9 m、高37.9 m（其中副廠房長20 m，主泵房長87.1 m，安裝間長16.2 m），出水閥室平行布置在地下泵站廠房下游側(cè)，開挖尺寸長97.5 m、寬5.1 m、高9.0 m；1號交通洞總長1298.8 m，進口位于黃崖溝左岸，終點位于廠房安裝間；灌漿兼通風洞全長827.7m，進口位于1號交通洞上游約1000m處。

3 方案比較

3.1 地質(zhì)條件

半地下式泵站方案工程區(qū)位于天橋背斜的南東翼的黃崖溝右岸坡，區(qū)內(nèi)岸坡基巖裸露，下部近于直立，上部稍緩，坡度40°～60°，溝底為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土、含礫級配不良砂等，厚度0～32 m。廠區(qū)基巖巖性為厚層灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r夾薄層泥灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖，巖層產(chǎn)狀N20°～30°E/SE∠2°～6°，主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙：N70～80°E/NW或SE∠75°～85°；N20～30°W/NE或SW∠65°～75°，F(xiàn)a1正斷層從廠區(qū)南側(cè)邊緣50～80 m處通過。設(shè)計廠房建基面高程804.18 m，最大邊坡高度為90 m，邊坡巖體為灰?guī)r和泥灰?guī)r互層，泥灰?guī)r巖性較軟，對邊坡穩(wěn)定不利。泵站處巖溶地下水水位高程833～834 m，屬承壓水，與工程有關(guān)的隔水層底板高程804～806 m，泵站開挖底高程已揭穿承壓水隔水頂板，會形成突水。奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組上段厚層灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r夾薄層泥灰?guī)r，其巖性較堅硬。巖體基本質(zhì)量級別為Ⅲ級，弱風化灰?guī)r地基承載力地質(zhì)建議值為1.5～2.5 MPa。

地下泵站方案工程區(qū)以奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖等層狀巖層為主，巖層產(chǎn)狀NW330°～340°SW∠2°～6°，無較大規(guī)模的斷層從工程區(qū)通過。巖體主要發(fā)育三組裂隙：NE70°～80°或SE∠75°～85°；NW∠330°～340°或 SW ∠65°～75°；NW290°～300°或 SW∠70°～75°。最大水平主應(yīng)力方向為NE24°～32°，最大水平主應(yīng)力值為11～12 MPa。據(jù)地質(zhì)資料，地下泵站站址區(qū)在837～854 m高程段分布奧陶系中統(tǒng)峰峰組下段地層泥灰?guī)r，厚度約為5.5～18.7 m，該地層巖性較軟，出露易風化，在地下水作用下易軟化，圍巖分類為Ⅳ類，對洞室穩(wěn)定不利。地下廠房頂拱開挖高程為840.5 m，位于不利巖層中。同時，該區(qū)域巖溶地下水水位高程834 m左右，且具有一定的承壓性，地下廠房建基面高程802.8 m，基本位于地下水位以下，地下洞室的開挖時存在涌水、突水等問題。

3.2 施工條件

半地下泵站生產(chǎn)區(qū)和管理區(qū)分開布置，可同時施工，工作面大，利于多個工作面同時施工，運輸條件較好，有利于加快進度；地面施工，施工臨建措施較少，安全風險??；工程地處泉域，如遇突水，可通過封堵并加強排水措施解決，透水引起的安全隱患小。不利的是黃崖溝對岸為省道沙保線，是主要運煤專線，石方開挖工程量很大，爆破施工時，需實行交通管制，施工干擾大；且泵站附近場地狹窄，施工布置困難，工程開挖量大，施工棄渣大，對自然環(huán)境具有一定的破壞性。

地下泵站整個廠房幾乎全處于地下水位以下，且地下洞室群布置復雜，工作面小，施工難度大，施工前需進行灌漿、防滲排水等處理，施工過程需及時支護等，如遇突水，排水困難，因此，施工過程安全隱患多、施工難度大。有利的是對外施工干擾小，不存在施工度汛問題，工程開挖量相對較小，施工棄渣少，對環(huán)境影響小。

3.3 施工對周邊環(huán)境的影響

半地下泵站對面為神池—保德公路，該公路及其銜接的沿黃公路是晉、蒙、陜?nèi)≈饕墓访哼\通道之一，車流量大，堵車現(xiàn)象嚴重。半地下泵站及沉沙池開挖爆破施工時，需警戒、封路，會對當?shù)亟煌ㄔ斐筛髩毫Γ粗ＷC一定的交通通行時間必然影響施工進度安排。

地下泵站大部分施工項目位于地下，僅1號主交通洞進口與神保公路銜接，地面廠區(qū)施工遠離公路，因此對當?shù)亟煌ㄓ绊戄^小。

3.4 運行管理分析

半地下泵站設(shè)計揚程201.35 m，地下泵站設(shè)計揚程200 m，半地下泵站設(shè)計揚程較地下泵站設(shè)計揚程高1.35 m，從長期運行期角度來看，地下泵站能耗較低；半地下泵站受地形條件限制，生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)分開布置，高程相差近90 m，需修建不同的進場公路，運行管理不便，但在自然通風、采光和防潮方面優(yōu)于地下泵站；而地下泵站地面廠區(qū)布置于廠房頂部平臺，可通過電梯垂直聯(lián)系，運行管理相對方便。

3.5 其它

半地下泵站生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)沿黃崖溝岸坡右岸一字形布置，受自然條件影響較大，如洪水、岸坡塌滑等。1995年7月29日黃崖溝發(fā)生特大洪水，對天橋水電站的電力生產(chǎn)設(shè)施產(chǎn)生嚴重破壞，35 kV出線鐵塔被沖毀，312、314輸電線路中斷，35 kV開關(guān)樓擋水墻、運行休息樓、工地食堂沖陷倒塌，110 kV變電站受到嚴重威脅，直接經(jīng)濟損失達120萬元。

地下泵站在抵御黃崖溝洪水侵襲、邊坡塌滑等方面較半地下泵站更為有利。

4 結(jié)論

綜上所述，半地下式泵站廠房型式在工程施工、建筑物采光等方面有優(yōu)勢，地下泵站廠房型式雖地質(zhì)條件差、施工難度大，但在目前國內(nèi)地下洞室開挖技術(shù)成熟的情況下，安全施工已不成為問題。特別是地下泵站施工過程對周邊環(huán)境的影響小，從長遠考慮，工程后期運行管理方便、成本相對較低。因此，地下泵站方案優(yōu)于半地下式泵站方案。