大雅河抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)設(shè)計

傅 迪，寧衛(wèi)琦

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春130021）

1 概述

大雅河抽水蓄能電站位于遼寧省桓仁縣境內(nèi)，站址距桓仁縣城40km，距沈陽市直線距離為152km。樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)和地下廠房四部分組成，上水庫設(shè)在大雅河左岸的一撮毛山頂部，下水庫利用在建的大雅河水庫。上水庫正常蓄水位1066.00m，總庫容703×104m3，下水庫正常蓄水位425.00m，總庫容3744×104m3。

電站裝機容量1600MW，共4臺，單機容量400MW，年平均發(fā)電量26.80×108kW·h，年平均抽水電量34.85×108kW·h，電站綜合效率為76.9%。電站以2回500kV線路接入本溪徐家500kV變電所，線路長約125km。

2 輸水方式選擇

輸水系統(tǒng)由引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)組成，引水系統(tǒng)總長1044.50m，尾水系統(tǒng)總長766.50m。根據(jù)選定的廠房位置和該階段輸水方式，重點比較了兩洞四機和一洞四機兩種布置型式。

從結(jié)構(gòu)布置上看，一洞四機輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸較兩洞四機輸水系統(tǒng)相對龐大，開挖支護(hù)要求比兩洞四機方案高；引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)主、支管間通過岔管連接，一洞四機方案岔管規(guī)模大，分岔段長。另外，兩方案引水岔管部位靜水頭約740 m，水錘壓力按靜水頭的40%考慮，則內(nèi)水壓力可達(dá)1036m水頭，相比一洞兩機，一洞四機高壓岔管HD值大，鋼岔管制作安裝存在很大難度。

從水力機械方面分析，兩方案布置均可行。一洞四機方案特殊的要求：①4臺機組的尾水管、蝸殼、尾水閘門和蝶閥需集中供貨；②4臺機組的蝸殼、尾水閘門、蝶閥安裝時間也要集中，必須在第一臺機組發(fā)電前安裝完畢；③蝶閥操作系統(tǒng)一般布置在水輪機層，一洞四機方案4臺機組段的水輪機層施工，必須在第一臺機發(fā)電之前全部完成。因此，機組供貨和安裝強度增大，設(shè)備采購、安裝和土建費用實際上將會有所增加。

從運行管理上看，兩洞四機方案要相對靈活，1條引水隧洞蝶閥、尾水閘閥檢修時，只需停2臺機組，而一洞四機方案如主洞出一點問題，需要檢修就要全部停機，對于抽水蓄能電站是不適宜的，運行不夠靈活。

從工程投資上看，一洞四機方案比一洞兩機方案減少了洞挖量、襯砌混凝土量和鋼筋用量，顯然一洞四機方案比一洞兩機方案工程量少，工程投資少。

綜上所述，在結(jié)構(gòu)布置上，一洞四機方案引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸較大，尤其引水岔管，設(shè)計、制造、施工難度均較大；從工程投資上，一洞四機方案投資相對較??；在運行管理上，一洞四機方案不如一洞兩機方案靈活。該階段引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)輸水方式均推薦采用兩洞四機方案。

3 主要建筑物型式選擇

3.1 輸水洞襯砌型式選擇

1）地質(zhì)條件。輸水隧洞埋深在85～450m之間，隧洞圍巖以微風(fēng)化～新鮮巖石為主，僅上、下水庫進(jìn)/出水口段圍巖由于埋深較淺為弱風(fēng)化中、下部巖體。巖體多屬完整～較完整巖體，經(jīng)初步分類，輸水隧洞Ⅱ～Ⅲ類圍巖占55%，Ⅲ類圍巖占28%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖占10%，Ⅳ類圍巖占7%。隧洞圍巖主要為石英砂巖和含礫石英砂，巖質(zhì)堅硬。

2）隧洞襯砌型式選擇。根據(jù)目前所探明的地質(zhì)情況，該工程輸水洞線穿越的地質(zhì)條件較好，但受上述斷層帶及破碎帶的影響，局部圍巖穩(wěn)定性差。引水隧洞在水頭55～247m之間，采用鋼筋混凝土襯砌，在水頭247～740m之間，采用鋼板襯砌。尾水隧洞內(nèi)在32～110m之間，僅在地下廠房下部采用鋼襯，其余洞段均采用鋼筋混凝土襯砌。

3）岔管襯砌型式選擇。引水岔管和尾水岔管上覆巖體厚度約為450m，引水岔管最大內(nèi)水壓力為10.4MPa，尾水岔管最大內(nèi)水壓力為1.5MPa，參考廠房部位地應(yīng)力測試成果，最小主應(yīng)力為8.35～11.14MPa，考慮引水岔管內(nèi)水壓力較大，而尾水岔管內(nèi)水壓力較小，因此該階段引水岔管采用鋼板外包素混凝土結(jié)構(gòu)型式，尾水岔管采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式。

4）高壓管道襯砌型式選擇。對于高壓管道，隧洞圍巖厚度雖滿足最小覆蓋厚度要求，但為保證廠房邊墻的穩(wěn)定性和地下廠房能有良好的工作環(huán)境，輸水洞進(jìn)入廠房前需采用鋼板襯砌。為安全計，此階段引水支洞全長和引水主洞高程819m以下洞段，以及引水岔管均采用鋼板外包素混凝土襯砌。

3.2 上水庫進(jìn)/出口型式選擇

由于庫盆位于山脊，沒有采用側(cè)式進(jìn)水的地形條件，故上水庫進(jìn)/出水口采用豎井式進(jìn)水結(jié)構(gòu)。另外，庫周采用混凝土面板堆石壩，壩體堆石在施工和蓄水工況都存在變位，事故閘門井不宜布置在壩體內(nèi)，而庫盆底部寬度較窄，在庫盆內(nèi)布置攔污柵和事故閘門井又較困難，考慮庫盆位于山脊，天然污物很少，故該階段上水庫進(jìn)/出水口不設(shè)置攔污柵，初步擬定采用閘門豎井進(jìn)水的豎井式結(jié)構(gòu)型式。

3.3 下水庫進(jìn)/出口型式選擇

根據(jù)地形地質(zhì)條件，下水庫隧洞進(jìn)/出口處為上陡下緩，進(jìn)/出口若布置成豎井式則開挖量很大，考慮到下水庫進(jìn)/出水口高度較小，結(jié)構(gòu)問題不突出，故此階段初擬采用岸塔式進(jìn)/出水口。

4 輸水系統(tǒng)布置

輸水系統(tǒng)由引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)組成，輸水系統(tǒng)建筑物包括上水庫進(jìn)/出水口、引水主洞、引水岔管、引水支洞、尾水支洞、尾閘室、尾水岔管、尾水主洞和下水庫進(jìn)/出水口。

4.1 上水庫進(jìn)/出水口

上水庫進(jìn)/出水口采用豎井式進(jìn)水結(jié)構(gòu)，共2座，平行布置，中心距離為52.0m，體形相同，由進(jìn)、出口閘門豎井段、垂直擴散段、垂直整流段、轉(zhuǎn)彎段和漸變段組成。平面布置上，上水庫進(jìn)/出水口周邊庫底高程為1015.00m，為116.2m×64.2m（長×寬）的長方形，以1∶5坡向中間平臺，中間平臺為87.2m×35.2m（長×寬）的長方形，高程為1012.10m。

4.2 引水隧洞鋼筋混凝土段

自進(jìn)/出水口漸縮段末至樁號0+120.00m豎井段高程為819.00m，引水隧洞全長221.09m，其中上平段長75.22m，上彎段長31.42m，豎井段長99.45m，漸變段長15m，隧洞軸線方位。引水隧洞采用鋼筋混凝土襯砌，圓形斷面，內(nèi)徑為6.7m，流速為4.28m/s，襯砌厚0.6m。

4.3 引水隧洞鋼襯段

自樁號0+120.00m豎井段高程819.00m至引水岔管，引水隧洞全長658.41m。其中2個豎井段長436.25m，中平段長111.90m，3個彎段長94.26 m，下平段長16m。此段引水隧洞采用鋼板外包素混凝土襯砌，圓形斷面，內(nèi)徑為5.2m，流速為7.11m/s，素混凝土襯砌厚0.6m。

4.4 高壓引水洞岔管

引水洞岔管為正Y型，分岔角60°，岔管主管直徑為5.2m，支管直徑為3.7m，鋼筋混凝土襯砌厚1.5m。引水岔管采用鋼板外包素混凝土岔管。

4.5 引水支洞

從引水洞岔管至廠房蝸殼進(jìn)口為引水支洞，共設(shè)4條引水支洞，單條引水支洞長150.00m。引水支洞均采用鋼板外包混凝土襯砌。

4.6 尾水支洞

從機組尾水管出口至尾水岔管為尾水支洞，尾水支洞內(nèi)徑為4.3m，承受最大內(nèi)水水頭為156 m（最大靜水頭的1.4倍），設(shè)計流速為5.45m/s，該段長134.17m。為防止內(nèi)水外滲對主廠房和主變洞室的影響，從尾水管出口至尾閘室漸變段前采用鋼板襯砌，其它洞段采用鋼筋混凝土襯砌。

4.7 尾水岔管

4條尾水支洞經(jīng)尾水洞岔管合并為2條尾水隧洞。與引水洞岔管相同，尾水岔管型式也為正Y型，合岔角60°。岔管支管直徑為4.3m，主管直徑為6.7m。選用鋼筋混凝土岔管，襯砌厚1.5m。

4.8 尾水隧洞

從尾水洞岔管至下水庫進(jìn)/出水口為尾水隧洞，全長617.33m，其中下平段長560.89m，下彎段長26.18m，斜直段長74.21m，上彎段長26.18m，上平段長30.00m。尾水隧洞軸線方位為NW282°09′24″。尾水隧洞采用鋼筋混凝土襯砌，過水?dāng)嗝鏋閳A形，內(nèi)徑為6.7m，流速為4.28m/s，襯砌厚0.6m。

4.9 下水庫進(jìn)/出水口

進(jìn)/出水口底板高程為390m，而此位置地面高程409.00m，為此在進(jìn)口前緣設(shè)一明渠段。為防止泥沙進(jìn)入水道，在明渠渠周設(shè)有擋砂坎，其頂高程為412.00m，高于河床清理基面3.0m，低于死水位2.0m。

下水庫進(jìn)/出水口建筑物包括防渦梁段、攔污柵段、擴散段、閘門井段和閘后漸變段。下水庫進(jìn)/出水口閘門檢修平臺，設(shè)交通橋?qū)ν馀c公路連接。

下水庫進(jìn)/出水口開挖邊坡根據(jù)巖石風(fēng)化程度確定，覆蓋層采用1∶1.5，強風(fēng)化采用1∶1.0，中等風(fēng)化巖石采用1∶0.75。下水庫進(jìn)/出水口引水渠邊坡采用漿砌石護(hù)坡，進(jìn)/出水口兩側(cè)其它部位和后山坡的巖石開挖面采用噴錨護(hù)坡，下水庫進(jìn)/出水口全部結(jié)構(gòu)均座落于弱風(fēng)化的石英砂巖上。

5 結(jié)語

大雅河抽水蓄能電站，目前已完成預(yù)可行性研究設(shè)計，下階段應(yīng)根據(jù)進(jìn)一步的地質(zhì)勘察成果，優(yōu)化廠房軸線，調(diào)整輸水系統(tǒng)布置，研究壓力鋼管外部排水系統(tǒng)自流排水的可行性，并通過水力過渡過程計算分析，調(diào)整管徑，優(yōu)化襯砌結(jié)構(gòu)。