清水河水利樞紐工程引水發(fā)電洞布置方案比選

張龑 王立群 李洪蕊

1 工程概況

清水河水利樞紐工程位于云南省文山州清水江流域，工程任務為以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水、農業(yè)灌溉為主，兼顧發(fā)電等綜合利用。清水河水庫總庫容為1.26億m3，設計供水量為9 271萬m3，灌溉面積1.55萬hm2（23.2萬畝）。電站共3臺機組，總裝機容量為8.0 MW。工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模大（2）型。

水利樞紐工程主要由大壩、岸邊溢洪道、引水發(fā)電洞、放空隧洞、平老泵站、電站、過魚設施及生態(tài)放水管等組成，其中平老泵站、電站采用聯合一體布置。右岸引水發(fā)電洞主要承擔生態(tài)基流下放、城鎮(zhèn)供水及灌溉取水任務，考慮到清水河水庫對供水對象的重要性、生態(tài)水量下放對保證下游生態(tài)的重要作用及下游平老泵站的建筑物級別，將引水發(fā)電洞（包含進水口）建筑物級別確定為2級。

2 引水發(fā)電洞布置方案

清水河水庫左岸為凹岸，右岸為凸岸。壩址區(qū)河谷呈“V”形，左右岸山體雄厚，基本對稱。左岸山頂高程1 477.6 m，右岸山頂高程1 482.8 m，兩岸坡度一般為25°～38°。兩岸零星發(fā)育階地。河流切割深度160～170 m。兩岸植被發(fā)育，基巖零星出露。選擇隧洞布置方案時，應根據隧洞的用途、運行和施工條件，研究臨時與永久相結合以及一洞多用的可行性、合理性和經濟性。[1]電站與泵站聯合布置在壩下河床內。引水發(fā)電洞布置充分考慮與各水工建筑物相互位置關系，壩址區(qū)地形地質條件，初步擬定左岸引水發(fā)電洞、右岸引水發(fā)電洞兩個方案。

2.1 左岸引水發(fā)電洞

引水發(fā)電洞布置于靠近左壩肩的山體中，引水發(fā)電建筑物由引渠段、岸塔式進水口段、進口漸變段、平面轉彎段、出口鋼襯段等組成。引水發(fā)電洞總長487.80 m，有壓圓形斷面，洞徑4.0 m，縱坡i=0.076 8。鋼筋混凝土襯砌部分長度258.00 m，樁號引0+280.00—引0+509.80采用鋼板外包混凝土襯砌，混凝土厚度0.7 m，鋼板厚度14 mm。隧洞出口處經卜形岔管連接電站和泵站壓力鋼管。左岸引水發(fā)電洞平面布置詳如圖1所示。

圖1 左岸引水發(fā)電洞平面布置示意圖

2.2 右岸引水發(fā)電洞

引水發(fā)電洞布置于靠近右壩肩的山體中，引水發(fā)電建筑物與左岸方案一致。引水發(fā)電洞總長416.80 m，有壓圓形斷面，洞徑4.0 m，縱坡i=0.076 8。鋼筋混凝土襯砌部分長度267.00 m，樁號引0+289.00—引0+438.80采用鋼板外包混凝土襯砌，混凝土厚度0.7 m，鋼板厚度14 mm。與左岸方案類似，隧洞出口處經卜形岔管連接電站和泵站壓力鋼管。右岸引水發(fā)電洞平面布置詳如圖2所示。

3 引水發(fā)電洞布置方案比選

3.1 地形地質條件

圖2 右岸引水發(fā)電洞平面布置示意圖

左、右岸引水發(fā)電洞穿越地貌均屬于低中山構造侵蝕地貌，左岸自然邊坡坡度15°～30°，右岸自然邊坡坡度10°～20°，左右岸方案地形條件相似。進水塔建基面位于弱風化中上部T2bb-2巖體中，巖性為黃綠色中厚層泥質粉砂巖夾灰黑色泥巖，屬軟巖-中硬巖。建基面以弱風化巖體為主，地基承載力能夠滿足其建基要求。兩條洞線穿越的巖層主要為三疊系版納組上段第1層（T2bb-1）中厚層狀灰?guī)r夾泥質灰?guī)r及第2層（T2bb-2）中厚層泥質粉砂巖夾灰黑色泥巖，圍巖強度均以較軟巖為主，中硬巖次之，圍巖類別以Ⅳ類、Ⅲ類為主，局部Ⅴ類。兩方案引水發(fā)電隧洞地質條件不存在大的差異。

3.2 工程布置比較

左右岸兩方案的進水塔型式、進水塔結構布置、引水發(fā)電洞洞徑、電站廠房位置及結構布置完全相同。左岸引水發(fā)電洞進水塔位于壩軸線左岸上游160 m處，進水塔單獨布置，導流放空洞和溢洪道均布置于右岸；右岸引水發(fā)電洞進水塔位于壩軸線右岸上游220 m處，導流放空洞進水塔和引水發(fā)電洞進水塔相鄰布置，放空洞運行時起到拉沙作用，對保證引水發(fā)電洞進口的“門前清”起到一定作用，且兩個進水塔聯合布置，開挖量較小，樞紐整體布置較為緊湊。

左岸引水發(fā)電洞洞線長487.8 m，其中鋼襯段長229.8 m；右岸引水發(fā)電洞洞線長416.8 m，其中鋼襯段長149.8 m。左岸引水洞較右岸引水洞長71 m。

兩種布置方案的綜合比較詳見表1。

3.3 運行管理分析

左岸引水發(fā)電洞方案進水口獨立布置于左岸，其它樞紐建筑物均在右岸，交通不便利，需單獨設置進廠公路，運行管理不便利。右岸方案引水發(fā)電洞進水口和導流放空洞進水口相鄰布置，且各樞紐建筑物均在右岸，有利于交通道路布置，樞紐布置緊湊，便于運行管理。

3.4 投資分析

左岸引水發(fā)電洞方案主要工程投資為5 336萬元，右岸方案為4 839萬元。左岸方案工程投資比右岸方案多497萬元，因左岸引水發(fā)電洞較右岸長71 m，隧洞的開挖、支護工程量相對增加，且因右岸進水口和導流放空進水口相鄰布置，則右岸方案進水口土石方開挖量相對較少。

表1 引水發(fā)電洞方案布置綜合比較表

3.5 比選結論

兩種布置方案均能夠滿足取水、發(fā)電及生態(tài)基流下放等多項功能要求，隧洞穿越地層巖石條件基本相當，進水塔建基面坐落巖體基本相同。左岸引水發(fā)電洞較右岸洞線長71 m，且左岸進水塔開挖量明顯大于右岸開挖量，因此，主體工程投資方面，左岸引水發(fā)洞主體工程投資小，更為經濟。右岸方案樞紐建筑物布置緊湊，便于運行管理。綜合分析，清水河水利樞紐工程引水發(fā)電洞布置推薦右岸布置方案。

4 結語

本文通過多方面分析驗證，在保證安全的前提下，選取工程布置緊湊、運行管理方便、工程投資較小的引水發(fā)電洞右岸布置方案。可為類似工程設計提供一定借鑒作用。