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[北盘江董箐水电站引水系统设计综述（杨鹏,何开进）] 北盘江水电站 摘 要：董箐水电站进水口采用前置混凝土挡墙取代叠梁门作为分层取水方案，节省了工程投资、缩短了工程建设周期，降低了后期电站运行成本压力钢管采用无盖重灌浆、补偿收缩混凝土等方法，保证了压力钢管运行安全加快了施工进度 关键词：引水系统 设计 董箐水电站 一、工程概况 北盘江董箐水电站位于贵州省西南部的北盘江（茅口以下）下游镇宁县与贞丰县交界的打帮河口至坝坪沟河段上，为国家“西电东送”的第二批开工的重点工程电站枢纽由钢筋混凝土面板堆石坝、左岸开敞式溢洪道、右岸放空洞、右岸引水系统、右岸岸边地面厂房组成，导、截流建筑物由左岸1#导流洞、右岸2#导流洞、上、下游土石不过水围堰组成电站正常蓄水位490m，水库总库容9.55亿m3，装机容量为880MW（4×220MW）引水系统布置于右岸，采用一洞一机单元供水方式，由塔式进水口、引水隧洞、压力钢管等建筑物组成 引水系统穿越地层为T2b1厚层、中厚层状砂岩、粉砂岩夹钙质泥岩，地质构造较简单，基本为单斜层面，岩层总体产状N0°～30°E/SE（E）∠22°～40°，岩层走向与洞轴线交角较小。

大部分洞身段成洞条件较好，多数为Ⅲ类围岩，少数为Ⅳ类围岩 二、进水口设计 1.进水口结构布置 (1)结构型式比选 ①进水塔结构型式比选 本工程正常蓄水位490.0m，死水位483.0m，最低发电水位475.0m，水库有效工作深度较大，故适合布置深式进水口对深式进水口采用塔式和竖井式进行分析比较，因进口段地形较平缓，覆盖层和强风化层较厚，采用竖井式成洞条件差，增加支护措施和施工难度，且拦污栅需倾斜布置，其布置和运行较为不便塔式进水口为框排架结构，结构整体性和稳定性好，便于拦污栅和启闭机布置，操作运行较有利，不存在成洞条件问题 初步进行工程量和造价估算，二者相近由上述工程和运行条件比较可见塔式进水口较优，因此，本工程采用塔式进水口 ②分层取水方案比选 为达到引用水库表层高温水，减轻发电下泄低温水对下游水生生物的影响，结合工程实际，参照国内相关资料，初步拟定了两种分层取水方案进行比较：1)前置挡墙方案； 2)叠梁门方案在布置上，挡墙或叠梁门方案的高度及距拦污栅进口距离均应满足下泄水温需要及进水口水力学条件的要求为充分发挥拦污栅拦污功能或叠梁门正常提升，在发电极限水位、死水位、正常水位及各种工况下，进水口水力学必须满足。

水流过栅流速≤1.25m/s及叠梁门处水流流速≤1.2m/s的要求 a.前置挡墙方案 进水口拦污栅栅顶高程为485.00m，在进水口前13m处设置扶臂式钢筋混凝土挡墙，挡墙两侧与进水口边墩相接墙高15m，墙厚3m，扶臂间距5m，臂厚2m挡墙顶部高程为470.00m，挡墙底部为3m厚钢筋混凝土基础，在拦污栅墩前缘设置一结构缝与进水塔分开 b.叠梁门方案 将原进水口底板向前延伸加长11.1m，栅顶高程为490.00m，栅体高35m在拦污栅后设置叠梁门墩，墩高39.5m，底部高程455.00m，顶部高程494.50m，与拦污栅墩净距4.1m，与进水室胸墙净距5.5m，设钢筋混凝土支撑梁与拦污栅墩及进水室胸墙连接叠梁门墩与进水口边墩或中墩形成取水孔，孔宽6.5m，取水孔设平面滑动叠梁门门顶最大高程475.00m，底槛高程455.00m 从运行条件、工程投资及施工条件等方面的比较分析，前置挡墙方案与叠梁门方案取水平均高度基本相同，对下游水温调节作用基本相当但是，前置挡墙方案在工程投资、运行条件、施工条件等方面均优于叠梁门方案故选择前置挡墙方案作为董箐水电站分层取水的方案。

(2)结构布置 塔式进水口由前置挡墙、直立式拦污栅、启闭机排架及闸门井等组成底板高程按戈登公式S=CVd1/2计算，以最低发电水位475.0m为基准，考虑提前发电因素确定进水口底板高程为455.00m，塔顶与坝顶同高程为494.5m，塔高39.5m，塔顶与上坝公路连接 在进水口前13m处设置扶臂式钢筋混凝土挡墙，挡墙两侧与进水口边墩相接墙高15m，墙厚3m，扶臂间距5m，臂厚2m挡墙顶部高程为470.00m，挡墙底部为3m厚钢筋混凝土基础，在拦污栅墩前缘设置一结构缝与进水塔分开拦污栅前缘总宽89.2m，栅顶高程485.00m，栅体高30m，进水塔顺水流向水平长18.5m进水口轴线高程459.50m，喇叭口上缘曲线方程为x2/92+y2/32=1，两侧为半径1.5m的圆曲线闸门井内设一道平板事故检修门，孔口尺寸为7m×9.25m（宽×高） 2. 进水口结构计算 塔体位于T2b1边阳组上段砂岩夹泥岩上，无明显断层和软弱结构面，地基允许承载力4.5MPa因为采用闸门下游止水，运行期和检修期内外水压均平衡，对拦污栅框架和闸门井平、纵截面进行结构计算，表明按构造配筋能满足结构强度要求，设计混凝土强度等级为C25，采用Ⅱ级钢筋，基底应力满足承载力要求。

三、压力隧洞设计 1.压力隧洞结构布置 四条引水隧洞平行布置，纵坡i=7.5%，轴线间距22.0m，额定流量时水流速为3.78m/s1#～4#引水隧洞长分别为259.64m、268.47m、279.75m、285.86m，断面为圆形，内径为9.0m根据工程经验选取混凝土衬砌厚0.8m，强度等级为C25 2.结构计算 引水隧洞主要穿越Ⅲ类围岩，局部为Ⅳ类，上游段按Ⅲ类围岩、下游段分别按Ⅲ类和Ⅳ类围岩计算，计算工况如下： ①运行工况:内水压力+山岩压力+衬砌自重+弹性抗力 ②检修工况:最大外水压力+山岩压力+衬砌自重 ③施工工况:灌浆压力+山岩压力+衬砌自重+外水压力 计算方法采用《水工隧洞设计规范》推荐的SDCAD4.0程序，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别计算，取衬砌厚度0.80m、混凝土强度等级为C25时，正常运行工况为控制工况，每米内外层最大配筋5φ25可满足强度要求和限裂(≤0.23mm)要求 四、高压管道设计 1.结构布置 高压管道由上、下弯道、斜井和下平段组成四条管道平行布置，轴线间距22.0m，钢管起点接隧洞渐变段末端，通过倾角50°的斜井与下平段相接，下平段轴线高程359.6m。

1#～4#钢管长分别为314.13m、321.28m、332.01m、335.95m考虑围岩条件、结构要求和水头损失情况，高压管道采用内衬钢板、外回填素混凝土的衬砌结构形式，断面为圆形，回填回填C20补偿收缩混凝土厚0.7m，钢板厚16mm～28mm，采用16MnR钢材 2.结构计算 选取压力钢管计算工况如下： 强度计算：正常蓄水位或设计洪水位时全部机组由满负荷运行突然丢弃全负荷，内水压力=静水压力+水锤压力 稳定计算：荷载为管道检修放空时的外水压力，按水库水位对应的水头考虑折减系数确定 计算断面选取： ①压力管道上、下弯段各取1个断面，围岩为Ⅳ类，按《水电站压力钢管设计规范》（DL/T5141-2001）附录B分析计算 ②压力管道下平段末端取1个断面，围岩为Ⅳ类，分别按附录A、附录B分析计算，即按明管和埋管分别计算 ③压力管道下平段首、尾各取1个断面，围岩为Ⅲ类，按附录B分析计算 采用16MnR钢材，计算结果为埋管壁厚16mm～28mm，厂房附近明管壁厚40mm，加劲环间距1m，可满足钢管强度和抗外压稳定要求 五、工程处理措施 1.进水口工程 死水位483m以上开挖边坡进行锚喷支护，锚杆为φ25、L=4.5m、2.5m×2.5m梅花型布置，喷混凝土为C20、厚0.1m，并按φ50、L=4m、3m×3m梅花型布置排水孔，死水位483m以下按483m高程以上锚喷参数进行边坡锚喷支护，不设排水孔。

底板基础设φ25插筋、L=4.5m、入岩4m、2.5m×2.5m梅花型布置； 固结灌浆按2.5m×2.5m梅花型布置，深入基岩4m，灌浆压力为0.5MPa 2.引水隧洞工程 隧洞开挖后及时进行一期锚喷支护，锚杆为φ25、L=6m、3m×3m梅花型全断面布置，喷混凝土为C20、厚0.1m，断面腰线以上布置C25钢筋混凝土衬砌后，适时进行回填灌浆和固结灌浆回填灌浆在顶拱120°范围内进行，灌浆压力0.3MPa固结灌浆按3m×3m梅花型全断面布置，孔深为5m，灌浆压力1.0MPa 混凝土衬砌每24m设一道结构缝，衬砌底拱两侧各设一道施工缝，环缝内设铜片止水，纵缝内设橡胶止水； 每12m设一道施工缝，缝内沿环向设橡胶止水 3.高压管道工程 开挖后进行一期锚喷支护，锚杆为φ25、L=4.5m、3m×3m梅花型全断面布置，腰线以上顶拱180°喷混凝土为C20、厚0.1m压力负钢管外回填C20混凝土厚0.7m固结灌浆采用无盖重方式，沿管道全洞段布置，开挖锚喷支护完成后进行，3m×3m梅花型全断面布置，间排距3m，孔深5m，灌浆压力为0.3MPa水平段进行回填灌浆及接触灌浆，回填灌浆在岩壁顶拱120°范围内进行，接触灌浆在混凝土与钢板间、底拱120°范围内进行。

沿管道全长设纵横向排水系统，设置3道纵向排水盲材，分别布置于洞壁两侧腰线处和洞底部，横向排水盲材沿管道轴线按5m间距设置 为降低压力钢管外水压力及兼顾厂房后坡的稳定，在每条压力钢管正上方顶部约405m高程（约37m高度）顺压力钢管向布置四条排水洞，排水洞长339.548m，顶端横向连通，出口在厂房后坡403.50m高程，隧洞纵坡i=1%，断面为2.8m×2.9m（宽×高）城门洞型 六、结语 （1）董箐水电站经过预可、可研及招标几个阶段的论证，董箐水电站已于2005年开工建设，预计于2022年首台机组投产发电引水系统目前正进行大规模土建开挖，施工进展顺利 （2）引水系统进水口采用前置混凝土挡墙取代叠梁门作为分层取水方案，进水口流态能满足电站正常运行并且节省了工程投资、缩短了工程建设周期，也降低了后期电站运行成本 （3）董箐水电站压力钢管采用无盖重固结灌浆、补偿收缩混凝土、顶部排水洞回填灌浆等方法，使压力钢管不开孔或少开孔，取得了较好的效果 作者简介 杨鹏（1979～），男，工程师，从事水利水电工程设计工作 何开进（11011～），女，助工，从事工用民用建筑施工及工程管理 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页。