云潭水電站引水系統比選及隧洞的特殊設計

江智健

（江西省婺源縣水利局，江西 婺源 333200）

云潭水電站引水系統比選及隧洞的特殊設計

江智健

（江西省婺源縣水利局，江西 婺源 333200）

通過對云潭水電站隧洞設計的介紹，以期拋磚引玉，為小型水電站引水系統設計提供一些參考。

隧洞；比選；引水系統；云潭水電站；婺源縣

1 概 述

云潭水電站坐落于饒河源頭洪源支流的考源分支上、江西婺源大障山鄉車田村云潭上游山澗中，云潭電站壩址控制流域6.1 km2，其中心地理位置為東經117°43′15″，北緯29°31′40″。發電廠房位于上云潭村上游右岸河邊，設計引用流量0.681 m3／s，滿發凈水頭253.96 m，裝機1 200 kW，多年平均年發電量283.68×104kW·h。引水系統布置于壩址右岸山體，全長3 200 m，由進水口、隧洞和壓力鋼管等組成。云潭水電站于2006年設計，2008年正式施工，2010年建成。

2 引水系統方案比選

云潭水電站工程引水可以開渠道、安管路、打隧洞。而且工程引水系統線路長，工程量大，其建設方案比選對降低本工程的造價、提高經濟效益關系重大。

（1）沿山邊開渠。不僅對山林植被與生態環境破壞很大，而且在風化巖層上進行渠道防滲處理非常困難，因此投資較大，同時，由于渠邊山體極易塌方，運行維修費用較大，但有利的是能沿途匯入渠道上方集雨面積的來水；

（2）安設管道。由于采用有壓方式，可隨依山勢適度變化鋪設，故對山林植被與生態環境破壞會較開山邊渠小些，但水頭損失與造價均會很大，也不能沿途匯入管道上方集雨面積的來水（若無壓管道可設法接入較大支流）；

（3）開鑿隧洞。不僅對山林植被與生態環境破壞較小，而且由于要求圍巖抗力之原因洞埋一定后圍巖為弱風化～微風化粉砂質板巖夾千枚巖，沿途防滲不存在問題，同時工程耐久性極好，運行維修與更新改造費用為三方案之最小，因此投資也不會最多，同時本方案也不能匯入沿途任何集雨面積的來水。

經對以上方案各設計出的相應結構圖并測算出的技術經濟指標比較見表1。

從表1中不難看出，方案三國民凈現值最高，而且對山林環境的破壞最小，技術經濟指標優越，故推薦之。

3 引水隧洞的特殊設計

3.1 洞線布置原則與一些實際布置

云潭水電站由于廠址的選擇與進出廠區與現有公路物對接，當然更主要是根據云潭溪兩岸地形地質條件等情況，決定將發電引水系統布置于云潭坑右岸山體中，由于壩址與廠址間距離長達數公里，而且山高林密，真正實施地形測量不僅工作量極大，而且對林木破壞也將很嚴重，為此，云潭水電站設計采用1∶10 000航測圖進行洞線布置，由于云潭水電站于云潭山澗中，不僅規模小壩址控制流域面積也極小，而且為第一梯級電源點，則根據擬布隧洞進出口附近各三個山尖設固定樁布點采用GBS建立測量控制網，然后經試配將該控制網移置到1∶10 000航測圖上，再在該航測圖上進行隧洞布置。由于它幾乎沿河布置，故其側向埋深對工程安全與工程造價關系重大，切不可小覷。因此，為了增加隧洞埋藏深，同時又要便于支洞布置以降低工程造價，故洞線應作適度的轉拐，以確保隧洞的圍巖厚度尤其是側向巖壁厚度，由于本電站為高水頭電站，適度拐彎其局部水頭損失增加不是問題。對于可能薄弱地段還應在實地上布點，并進行GBS定位測量，然后將其結果與航測圖對照檢查所布置隧洞的真正埋深與圍巖厚度，堅決消除由于航測圖誤差所帶來的設計風險。

表1 云潭水電站引水方案比較

3.2 進水口攔沙坎的設置

由于云潭水電站設計引用流量為0.681 m3／s，而隧洞洞徑又不能小于施工的最小截面，即云潭水電站隧洞內徑取1.8 m。由于該進口水流流速極小，不足0.30 m／s，故進水口不需做喇叭口，設為矩形斷面，即為1.70 m×1.70 m。同時，由于云潭溪山高坡陡，泥沙與崩石很多，攔沙任務艱巨，為此，進水口前應設高攔沙坎，以防溪中泥沙沖入洞中。為了最大限度地攔沙，攔沙坎高度應盡可能滿足其頂高程不高于壩前發電最低水位減去在壩前發電最低水位時引流合理的過水深為度。為了不使該過水深太大，以保證進口水流流速不大以避免其過攔污柵水頭損失偏大，可適當增加攔沙坎的溢流前沿，即可將該攔沙坎做拱壩形式，同時，也優化了其受力狀況。當然進水口的攔污柵也應當做成相應于攔沙坎頂弧度的半圓臺狀，以利垃圾清理。

3.3 關于隧洞的襯砌

云潭水電站隧洞由于圍巖為粉砂質板巖夾千枚巖，除進出口少量地段外，均新鮮完整，無需進行全程襯砌。因此，隧洞進口風化與破碎段較長，且進口段水壓力很低，故僅作了5 m長的鋼筋混凝土襯砌，而出口段一則考慮到風化與破碎較嚴重；二則考慮到內水壓力較大，擔心圍巖側厚、偏小而發生圍巖抗力不足，故作了35 m長壁厚6 mm的鋼管襯砌。其余2 665 m長中間段均未作襯砌。由于2 665 m長洞段不作襯砌，洞內殘渣沒有辦法全部清理干凈，同時運行時，沿程洞壁由于卸荷等原因而崩落的石塊一定會不少，盡管在出口鋼管段前設有沉渣池，但有人還是擔心將來石渣會被水流帶入壓力管道，卡死沖擊水機的噴嘴而造成電站癱瘓事故，因此，業主及參建諸方大多數人均主張澆筑隧洞混凝土底板。但澆筑隧洞混凝土底板不僅多花近20萬元投資，而且也將增加工期2個月（由于洞內材料運輸極其困難）。筆者認為：因為運行時洞內水流流速極小，V

＝Q／S＝0.681÷（3.14×1.82÷4）＝0.268 m／s，完全小于泥沙的淤積流速，因此，洞中殘渣根本不會被水流搬移，為保險起見，在支洞口（設了一個清淤放空與進人孔）后和出口沉渣池前設了兩個高0.8 m

的攔渣坎攔截殘渣（坎底部設排水孔以備放空隧洞之需）。因為隧洞截面很大，設攔渣坎對隧洞過流根本不影響，而且做攔渣坎較開鑿沉渣池更經濟，因此，出口鋼管段前沉渣池也設得較小。

4 結 語

（1）隧洞作引水式水電站引水建筑物，工程耐久性極好，運行維修與更新改造費用均較小，但建設投資較大，而且隨著炸藥成本（如嚴控程序的增加）的上升，其優勢日趨衰落。

（2）云潭水電站幾乎沿河布置隧洞，尤其為節省設計測量工作量與費用采用航測圖布置洞線時，如何確保隧洞的埋深與圍巖厚度問題切不可小覷，一定要認真對待、反復檢查論證之。

TV732

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1003－9805（2015）02－0005－02

2013－04－16

江智健（1960－），男，江西婺源人，高級工程師，從事水利水電建筑、工業與民用建筑等的設計、施工、監理、行業管理工作。