引子渡提水工程輸水線路工程布置綜合分析

袁麗娜，王永立，黃 凱

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽550002）

1 工程概況

引子渡提水工程擬從三岔河上的引子渡庫區(qū)提水入秀洞河，秀洞河上有已建的石朱橋水庫，秀洞河下游匯入紅楓湖，成為貴陽市和貴安新區(qū)供水的近期應(yīng)急備用水源和遠(yuǎn)期供水水源。引子渡電站水庫總庫容5.31億m3，正常蓄水位1086 m，死水位1052 m。石朱橋水庫為已建中型水庫，正常蓄水位1284 m。紅楓湖水庫為大（2）型水庫，正常蓄水位1240 m。

提水入河范圍可分為入石朱橋水庫和不入石朱橋水庫兩種方式。根據(jù)平面布置，不入庫方案輸水線路長(zhǎng)約13.5 km，其中隧洞長(zhǎng)10.2 km，隧洞出口高程1275 m，高位水池水位1285 m。入庫方案輸水線路較長(zhǎng)約9.25 km，其中隧洞長(zhǎng)6.6 km，隧洞出口高程1300 m，高位水池水位1307 m。不入庫方案揚(yáng)程較入庫方案低22 m，但卻不能直接進(jìn)入貴安新區(qū)供水網(wǎng)，此外隧洞明顯增長(zhǎng)，且隧洞大部分位于煤系地層，施工風(fēng)險(xiǎn)大，投資大幅度增加，因此僅對(duì)入庫方案進(jìn)行比較。提水線路共擬定北線輸水方案、中線輸水方案、南線輸水方案，走線布置示意見圖1。

圖1 輸水線路布置圖

2 輸水線路布置

2.1 北線布置方案

北線輸水方案泵站位于引子渡庫區(qū)右側(cè)水跳巖支流與主河道的匯口，泵站布置于拱式結(jié)構(gòu)上，上水管道沿山凹地形經(jīng)長(zhǎng)沖溝谷向東北至高位水池，上水管長(zhǎng)2710 m（樁號(hào)長(zhǎng)2695），水池水位1304 m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程260 m，之后采用6.565 km長(zhǎng)的院子頭隧洞將水輸送至位于秀洞河左側(cè)的擺撈鄉(xiāng)支溝自流入秀洞河，隧洞末端水面高程1300 m，線路總長(zhǎng)9.26 km，見圖2、圖3。

對(duì)走線縱剖面進(jìn)行分析，采用一次提水直接將庫水提至高位水池。

圖2 北線平面布置圖

圖3 北線方案縱剖面圖（縱橫1∶5）

根據(jù)泵站站址地形地質(zhì)條件分析，泵站下部采用拱式結(jié)構(gòu)，泵站提水流量2.25 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程260 m，布置8臺(tái)長(zhǎng)軸深井泵，裝機(jī)容量1.2萬kW。上水管采用雙管布置，管長(zhǎng)2710 m，管材為鋼管，管徑1.1 m，結(jié)合地形條件采用混凝土地埋管。

上水管末端高位水池不設(shè)調(diào)節(jié)能力，水流直接進(jìn)入隧洞，院子頭隧洞長(zhǎng)6.565 km，穿越地層為二疊系茅口組中厚層灰?guī)r、白云巖夾泥質(zhì)白云巖，二疊系峨眉山玄武巖，二疊系長(zhǎng)興組泥巖、頁巖夾泥灰?guī)r、燧石灰?guī)r、硅質(zhì)巖，其中隧洞穿越長(zhǎng)興組煤系地層長(zhǎng)度約3 km，隧洞出口南側(cè)約400 m布置有谷豹煤礦，出口北側(cè)約700 m布置有馬田煤礦，因此隧洞位于煤系地層開挖，施工風(fēng)險(xiǎn)大，投資高，受附近煤礦采空影響大。

2.2 中線布置方案

中線方案取水泵站位置及布置型式同北線方案，輸水線路向東南方向延伸穿過干河溝沖溝和毛針沖山脊地形，再經(jīng)楓香田二級(jí)泵站提水至雞場(chǎng)壩埡口后自流入秀洞河，輸水線路總長(zhǎng)7.4 km，見圖4、圖5。

圖4 中線方案平面布置圖

對(duì)走線縱剖面進(jìn)行分析，采用兩級(jí)提水方式，一級(jí)穿洞泵站位置與北線方案相同，設(shè)計(jì)揚(yáng)程175 m，二級(jí)楓香田泵站位于楓香田田壩北側(cè)，設(shè)計(jì)揚(yáng)程104 m。

圖5 中線方案縱剖面圖（縱橫1∶5）

一級(jí)穿洞泵站布置與北線方案基本一致，泵站提水流量2.25 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程177.29 m，布置8臺(tái)長(zhǎng)軸深井泵，裝機(jī)容量0.8萬kW。上水管道沿坡面延伸至大寨附近的高位水池，長(zhǎng)845 m，水池水位1227.09 m，末端接大寨隧洞。大寨隧洞長(zhǎng)841.64 m，進(jìn)口底板高程1225.98 m，采用城門洞形，大寨隧洞末端接大寨豎井，豎井底部高程1096.76 m，豎井高129 m。

干河溝平洞上游接大寨豎井，下游接旺寨豎井，長(zhǎng)1214 m，上游段520.52 m為順坡，坡度2%，下游段613.49 m為逆坡，坡度2%，中部80 m段為暗涵，干河溝來水由頂部通過。

二級(jí)提水泵站（楓香田泵站）為地面式泵站，泵站提水流量2.25 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程106.5 m，布置8臺(tái)離心泵，裝機(jī)容量0.48萬kW。

楓香田上水管由楓香田泵輸水至雞場(chǎng)壩埡口，管長(zhǎng)（樁號(hào)）1.045 km，雙管布置，管徑1.1 m，采用鋼管，出口設(shè)計(jì)水位高程1325.00 m。雞場(chǎng)壩渠道長(zhǎng)641.1 m，明渠采用梯形漿砌石和混凝土襯砌，暗渠采用城門洞C25砼襯砌。

2.3 南線布置方案

南線方案泵站位于主河道右岸華堡洞附近，距離下游水跳巖支流匯口1.6 km，輸水線路為：華堡洞—林家大坡—龍?zhí)秹巍芳掖笃隆缯状驇r—楓香田—雞場(chǎng)壩。其中楓香田之后走線與中線方案基本一致。

對(duì)泵站至楓香田段進(jìn)行縱剖面地形地質(zhì)分析，若采用兩級(jí)提水（見圖6），二級(jí)泵站設(shè)在楓香田，則需采用三個(gè)隧洞穿過林家大坡、梅家大坡和雷打巖山脊，根據(jù)地質(zhì)剖面分析，除林家大坡基本在灰?guī)r地層成洞外，梅家大坡和雷打巖隧洞均在煤系地層成洞，且洞頂為村寨，雷打巖隧洞上部因小煤礦開采形成地質(zhì)災(zāi)害區(qū)，因此南線方案若采用兩級(jí)提水方案風(fēng)險(xiǎn)大，對(duì)周邊影響大，故宜采用單級(jí)提水后沿地表鋪管道輸水方案。

圖6 南線方案兩級(jí)提水布置縱剖面圖

根據(jù)單級(jí)提水方式布置，泵站采用岸邊式，下部設(shè)豎井+平洞取水，上水管沿坡面延伸至林家大坡根附近的高位水池，水池水位1335 m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程286 m，之后采用倒虹管沿龍?zhí)秹?、梅家大坡、苗寨、雷打巖、楓香田至雞場(chǎng)壩埡口，然后接雞場(chǎng)壩渠道自流入秀洞河。楓香田之后管道、渠道走線與中線方案基本一致，輸水線路總長(zhǎng)7.02 km，見圖7、圖8。

圖7 南線方案單級(jí)提水平面布置圖

圖8 南線方案單級(jí)提水布置縱剖面圖（縱橫1∶5）

南線方案取水泵站位于主河道右岸華堡洞位置，距離下游水跳巖支流匯口1.6 km，對(duì)站址泵站型式分析如下：

該段主河道較窄，正常蓄水位時(shí)寬度僅為120 m左右，若布置浮船泵站，浮船支臂長(zhǎng)度就已經(jīng)超過百米，故不能采用浮船泵站。該段河谷為“V”形河谷，靠近岸坡布置排架式泵站非常困難，無圍堰施工條件，且水泵靠近河中心，阻斷景區(qū)規(guī)劃的航道，故不能采用岸邊排架式泵站。若采用山體內(nèi)地下泵站，目前電站已運(yùn)行多年，地下水位線受庫水位影響抬高，地下廠房施工困難，工程量大。因此較為經(jīng)濟(jì)合理的泵站型式為岸邊地面式泵站+豎井+平洞取水。泵站布置8臺(tái)長(zhǎng)軸深井泵，設(shè)計(jì)揚(yáng)程286 m，提水流量2.25 m3/s，裝機(jī)容量1.28萬kW。

圖9 華堡洞泵站平面布置示意圖

華堡洞取水泵站位于引子渡庫區(qū)主河道右岸，出露地層為二疊系中統(tǒng)茅口組灰?guī)r，地形坡度30～35°，地表覆蓋層較淺，巖層緩傾右岸約10°，為逆向坡，坡面穩(wěn)定性較好。華堡洞取水泵站由上部廠房、取水豎井和下平洞結(jié)構(gòu)組成，泵站平面布置圖見圖9。

泵站上水管道沿坡面延伸至林家大坡附近的高位水池，長(zhǎng)1010 m，水池水位1335.00 m，下游接輸水倒虹管。倒虹管沿林家大坡、龍?zhí)秹?、梅家大坡、雷打巖、楓香田延伸至雞場(chǎng)壩埡口，長(zhǎng)5630 m，采用球墨鑄鐵管雙管輸水，管徑1.1 m。倒虹管末端接雞場(chǎng)壩渠道，設(shè)計(jì)同中線方案。

3 輸水線路比選

根據(jù)三條走線方案布置，主要特征參數(shù)對(duì)比見表1。

表1 三條走線方案布置對(duì)比表

1）工程布置

北線方案長(zhǎng)度是另外兩條走線方案的1.25～1.32倍，中線和南線方案優(yōu)。

2）地形地質(zhì)條件

北線方案泵站布置地形地質(zhì)條件較好，但隧洞下游端需穿過煤系地層和地質(zhì)災(zāi)害區(qū)，地質(zhì)條件差。中線方案泵站及隧洞地質(zhì)條件均較好。南線方案取水泵站地勢(shì)較陡，管道在雷打巖附近有煤礦開采的地質(zhì)災(zāi)害，地表走管有一定影響。因此就地形地質(zhì)條件而言中線方案最優(yōu)。

3）建筑物布置

北線方案泵站布置條件較好，上水管穿過耕地，有一定影響。中線方案一級(jí)泵站同北線方案，上水管布置大部分為荒坡，二級(jí)泵站位于楓香田田壩北側(cè)，上水管需穿過楓香田村寨，隧洞位于地下，對(duì)景區(qū)影響小，中線方案布置條件較好。南線方案除與中線相同的末端渠道外，其余全部為地表管道，需穿過村寨和小煤礦開采區(qū)，受地表地質(zhì)條件影響因素多。因此從建筑物布置上看，中線方案受外界影響較小，布置較優(yōu)。

4）施工組織

北線方案泵站地形條件較好，泵站距離現(xiàn)有公路高差約70 m，施工道路布置條件好；但隧洞明顯增長(zhǎng)，需設(shè)置施工支洞，且隧洞有近下游段在煤系地層內(nèi)開挖施工，同時(shí)受到附近煤礦開采影響，施工風(fēng)險(xiǎn)非常大。中線方案一級(jí)泵站施工條件與北線方案一樣，楓香田泵站距離現(xiàn)有公路僅150 m，地形寬緩，施工條件好。南線方案泵站距離現(xiàn)有公路高差約150 m，施工道路長(zhǎng)，布置困難；取水泵站需進(jìn)行豎井開挖和平洞開挖，平洞高程低于水庫死水位，可實(shí)施性差，且根據(jù)引子渡近年運(yùn)行水位資料來看，水庫運(yùn)行水位整體呈現(xiàn)抬高趨勢(shì)（從流域來水量計(jì)算，電站運(yùn)行水位低于設(shè)計(jì)運(yùn)用水位），使得施工條件和施工風(fēng)險(xiǎn)非常大；此外輸水管線沿山坡起伏布置，需要臨時(shí)施工道路也較多。因此就施工條件而言中線方案最優(yōu)。

5）工程占地和環(huán)境影響

工程占地方案，北線方案最少，中線次之，南線方案因管道鋪設(shè)和施工臨時(shí)道路，明顯較高。根據(jù)斯拉河風(fēng)景區(qū)范圍分析，三條走線均要在景區(qū)布置泵站，輸水線路北線在景區(qū)范圍最少，中線最多，但中線方案多采用隧洞穿過，影響較小。南線方案輸水管線長(zhǎng)，沿坡面布置，對(duì)地表擾動(dòng)大。因此從占地和環(huán)境影響而言中線方案最優(yōu)。

6）泵站機(jī)電設(shè)備

單級(jí)提水方案水下深度相對(duì)較大，電動(dòng)機(jī)容量較大、機(jī)組運(yùn)行期間存在較大的風(fēng)險(xiǎn)性，而采用兩級(jí)提水泵站揚(yáng)程較低，水泵生產(chǎn)制造水平相對(duì)成熟。

7）工程投資

對(duì)三條走線分別進(jìn)行近期規(guī)模和遠(yuǎn)期投資估算，投資對(duì)比見表2。從近期實(shí)施投資來看，南線方案投資最少。

遠(yuǎn)期擴(kuò)容規(guī)模按1.51億m3年供水量估算，泵站及輸送管線需擴(kuò)容，隧洞已滿足遠(yuǎn)期輸水要求，占地及水保等投資考慮到利用部分近期已實(shí)施的輔助工程因素，取與近期相同值。從遠(yuǎn)期總規(guī)模實(shí)施投資來看，南線方案投資最多，北線與中線投資相當(dāng)。順著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工程投資中建筑工程投資比重越來越低，占地和環(huán)保等投資比重越來越高，因此從遠(yuǎn)期總規(guī)模來看，南線方案與另外兩個(gè)方案的投資差比計(jì)算更大。

就運(yùn)行管理而言，南線和北線為一級(jí)泵站，北線方案揚(yáng)程略低24 m～26 m，采用年供水量0.606億m3估算，北線方案節(jié)省電費(fèi)約300萬元，北線方案較優(yōu)。

就工程風(fēng)險(xiǎn)而言：北線方案隧洞受附近煤礦開采影響，施工風(fēng)險(xiǎn)明顯大；南線方案庫岸實(shí)施平洞豎井施工風(fēng)險(xiǎn)大，不確定因素多，管道沿山坡鋪設(shè)，局部通過地質(zhì)災(zāi)害區(qū)，運(yùn)行管理有一定風(fēng)險(xiǎn)。因此就工程風(fēng)險(xiǎn)而言，中線方案最優(yōu)。

綜上所述可見，中線方案取水泵站同北線方案，輸水線路末端同南線方案，綜合了另外兩條走線方案取水點(diǎn)水下施工少、風(fēng)險(xiǎn)小和末端翻越埡口、無穿越煤系地層隧洞的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)線路中間段主要采用隧洞輸水，后期擴(kuò)容能力強(qiáng)，投資較優(yōu)，且工程實(shí)施和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)最小，因此推薦采用中線輸水方案。

表2 三條走線方案投資估算表 單位：萬元

4 結(jié)論

通過對(duì)引子渡提水工程輸水線路布置的綜合分析，從工程地質(zhì)條件、建筑物結(jié)構(gòu)、工程布置、施工組織、工程占地和環(huán)境、泵站機(jī)電設(shè)備以及工程投資等方面進(jìn)行綜合考慮，最終選擇中線為最優(yōu)輸水方案。