小浪底引黃工程取水建筑物設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

肖 靜 閻培林

（1.山西小浪底引黃水務(wù)有限公司山西太原030032；2.中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司北京100024）

1 工程背景

本工程位于山西省南部的運(yùn)城市境內(nèi)，工程總體走勢為東南-西北向，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程庫區(qū)向山西省涑水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程。工程建設(shè)任務(wù)是解決運(yùn)城鹽湖區(qū)、聞喜、絳縣、夏縣、垣曲五縣（區(qū)）農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)及城鎮(zhèn)生活、生態(tài)用水問題。工程年引水量2.47 億m3，設(shè)計(jì)流量20 m3/s，農(nóng)業(yè)灌溉面積為4.24 萬hm2。工程引水干線建筑物主要包括取水建筑物、輸水隧洞、地下泵站、板澗河調(diào)蓄水庫和末端出水池。取水口位于垣曲縣境內(nèi)黃河干流上的小浪底水庫庫區(qū)左岸，板澗河入黃口上游黃河左岸600 m 處，用以實(shí)現(xiàn)工程從小浪底水庫庫區(qū)取水。

2 設(shè)計(jì)簡介

水利工程的取水建筑物按其有無攔河壩（閘），可分為有壩取水建筑物和無壩取水建筑兩種類型[1]。不同取水方式需根據(jù)取水水量和水質(zhì)要求，結(jié)合河床地形、河床沖淤以及水位變幅等施工條件而確定。本工程取水建筑物采用無壩取水方式，由引水渠段和進(jìn)水塔組成。引渠段位于進(jìn)水塔與黃河左岸谷底之間；進(jìn)水塔引水方式為有壓引水，設(shè)計(jì)取水流量20.0 m3/s。最低取水位為230.0 m，設(shè)計(jì)取水位為248.0 m，最高取水位為275.0 m。由于取水口前小浪底庫區(qū)水位變幅較大，為適應(yīng)不同水位下進(jìn)水塔干地施工的條件，進(jìn)水塔主體結(jié)構(gòu)采用塔體外圍澆筑鋼筋混凝土豎井圍堰擋水的方法施工。豎井圍堰高度達(dá)58 m。該圍堰型式對豎井結(jié)構(gòu)體型及地質(zhì)條件要求較高。

本工程進(jìn)水塔結(jié)合豎井圍堰進(jìn)行布置及體型設(shè)計(jì)，具體詳見圖1。外部圓形混凝土結(jié)構(gòu)為豎井圍堰，取水口塔體布置在豎井圍堰內(nèi)部，進(jìn)水塔順?biāo)鞣较蛞来尾贾弥鲾r污柵及疊梁門段、收縮段及事故閘門段。進(jìn)水塔主體與豎井圍堰采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔體以外與豎井圍堰之間采用混凝土回填，回填混凝土頂部在進(jìn)水塔兩側(cè)分別布置有攔污柵庫及疊梁門庫。門機(jī)軌道梁超出豎井圍堰范圍部分采用懸挑結(jié)構(gòu)，豎井圍堰上游流道部分后期拆除形成取水口。工程取水建筑物的布置型式詳見圖1、圖2，上述圖中箭頭所示方向?yàn)槿∷谒鞣较颉?/p>

圖1 取水建筑物平面示意圖

圖2 取水建筑物三維立體圖

該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將取水口進(jìn)水塔與施工圍堰相結(jié)合，豎井圍堰橫斷面為圓形，內(nèi)徑24 m，高56.5 m。取水口塔體長21.5 m（包括疊梁門段、攔污柵段和檢修閘門段），布置在豎井圍堰內(nèi)部，為充分利用井內(nèi)空間，將攔污柵庫和疊梁門庫布置在取水口塔體兩側(cè)與豎井圍堰之間的空腔內(nèi)，其余空腔采用埋石混凝土進(jìn)行回填。用于閘門、攔污柵吊運(yùn)的門機(jī)布置在取水口塔體的頂部，由于門機(jī)行程范圍超出豎井圍堰外輪廓，為不增大豎井圍堰尺寸，門機(jī)軌道梁采用懸挑梁結(jié)構(gòu)型式，并與豎井圍堰整體澆筑。豎井圍堰為四周封閉結(jié)構(gòu)，后期豎井圍堰流道部分需拆除，以保證取水口與庫區(qū)連通，實(shí)現(xiàn)取水目的。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 永臨建筑物結(jié)合

水利工程中的圍堰屬于臨時(shí)建筑物，通常在水利工程建設(shè)完成后需要對圍堰進(jìn)行拆除[2]。本工程取水建筑物的設(shè)計(jì)采用了永久建筑物與臨時(shí)建筑物相結(jié)合的方式。豎井圍堰布置于進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)外側(cè)，豎井圍堰與塔體之間的空腔回填埋石混凝土，使二者形成整體，共同發(fā)揮作用。該種型式的取水建筑物設(shè)計(jì)提高了臨時(shí)建筑的使用價(jià)值，變臨時(shí)建筑物為永久建筑物，在工程的施工、運(yùn)行期均發(fā)揮不同的價(jià)值。工程施工期作為豎井圍堰滿足工程干地施工的條件，有利地保障進(jìn)水塔建筑物的順利施工；工程運(yùn)行期又作為進(jìn)水塔建筑物的組成部分，共同起擋水、引水作用。

3.2 解決庫區(qū)高水位取水問題

為解決地方缺水、抗旱等問題，使水資源得到合理配置，目前，引水、調(diào)水工程越來越多，其中大部分需要從已建庫區(qū)引水，水庫常年處于高水位且水位變幅較大。小浪底引黃工程就是從黃河小浪底水庫庫區(qū)取水，水庫常年處于高水位，水庫每年調(diào)水調(diào)沙，水位變幅較大，最低取水水位230 m，最高取水水位275 m，水位變幅高達(dá)45 m。而且?guī)彀冻Ｄ暧俜e，多為礫巖加泥巖，不具備在洞室內(nèi)修建取水口的條件，若采用常規(guī)的岸塔式取水口結(jié)構(gòu)，擋水圍堰設(shè)計(jì)和施工難度很大，工程投資也很大。如采用本工程這種永臨結(jié)合的結(jié)構(gòu)型式，縮小了圍堰的尺寸，降低了在大水位變幅、不良地質(zhì)條件下的圍堰施工難度，提高了圍堰的安全系數(shù)。

小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙期為每年的7月—8月，其他時(shí)間水位較高，工程施工時(shí)間緊，豎井圍堰施工難度較大，采用本工程型式的取水建筑物，進(jìn)水塔與水庫之間布置有引水渠。待汛期水庫水位下降后即可開始豎井圍堰的施工，在汛期低水位條件下加緊豎井圍堰施工，因進(jìn)水塔在豎井圍堰內(nèi)部，故可以同時(shí)澆筑施工，既可以保證進(jìn)水塔干地施工條件，又無需等豎井圍堰施工完成。大大縮小了圍堰的尺寸，回避了深水中填筑圍堰和后期拆除等一系列施工難題，降低了施工難度，對施工非常有利。同時(shí)豎井圍堰為圓形混凝土結(jié)構(gòu)，擋水性能好，提高了圍堰的安全系數(shù)，可以更好地保證井筒內(nèi)進(jìn)水塔的施工以及施工期的人員、設(shè)備以及結(jié)構(gòu)等的安全。

該種型式的取水建筑物，為庫區(qū)高水位取水提供了新的思路。

3.3 結(jié)構(gòu)緊湊美觀

該取水建筑物采用豎井圍堰與進(jìn)水塔結(jié)合布置的型式，將進(jìn)水塔塔體布置于圓形豎井圍堰內(nèi)，進(jìn)水塔塔體布置有主副攔污柵和疊梁門段、事故檢修門段，豎井圍堰和進(jìn)水塔塔體之間的空腔回填混凝土，同時(shí)布置有攔污柵庫、疊梁門庫，攔污柵庫和疊梁門庫利用取水口塔體邊墻作為一側(cè)邊墻。攔污柵庫和疊梁門庫之外的部分采用素混凝土回填。用于吊運(yùn)閘門、攔污柵的門機(jī)布置于塔體頂部，由于門機(jī)的行程范圍超出了豎井圍堰外輪廓，為了不增加豎井圍堰尺寸，門機(jī)軌道梁超出豎井圍堰范圍部分采用懸挑結(jié)構(gòu)，并與豎井圍堰整體澆筑。豎井圍堰上游流道部分后期拆除形成取水口，以使引水隧洞與庫區(qū)連通。

該型式取水建筑物充分考慮各建筑功能及尺寸，合理利用豎井圍堰內(nèi)空間，結(jié)構(gòu)布置緊湊，大大地減少了工程占地面積，減少圍堰工程量，盡可能地減少了工程對周圍環(huán)境的影響，各種建筑物均布置于豎井圍堰內(nèi)部，結(jié)構(gòu)功能齊全，美觀實(shí)用。

3.4 有利于結(jié)構(gòu)安全

該種型式的取水建筑物型式有助于取水口進(jìn)水塔主體建筑與附屬工程質(zhì)量的提升，圍堰除流道部分切除后，其余部分與進(jìn)水塔形成整體結(jié)構(gòu)，圍堰與進(jìn)水塔中間的空間回填混凝土，結(jié)構(gòu)整體受力，對于進(jìn)水塔應(yīng)對大變幅取水水位十分有利，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

4 結(jié)語

本工程取水建筑物布置型式十分新穎，采用豎井圍堰和進(jìn)水塔建筑物永臨結(jié)合布置，既節(jié)省了豎井圍堰的工程量，為盡快開展進(jìn)水塔的施工提供可能，縮短工期，保證工程施工期的安全，同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊、美觀、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，減少工程占地面積，減少了水利工程建設(shè)對周圍環(huán)境的影響。豎井圍堰和進(jìn)水塔共同施工，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后期豎井圍堰保留部分作為進(jìn)水塔的一部分長期利用，最大限度地發(fā)揮了臨時(shí)建筑物的使用價(jià)值。所有建筑物形成整體，共同承擔(dān)荷載，有利于結(jié)構(gòu)的安全。該取水建筑物型式可廣泛應(yīng)用于從已建水庫取水或取水水位高、變幅大，及地質(zhì)條件差的環(huán)境下修建取水建筑物的水利工程中，為水利工程建設(shè)提供了新的設(shè)計(jì)思路。