水电站引水系统设计浅谈

   　【摘 要】本文结合腊撒水电站的实际运行状况，对引水系统的相关设计进行分析与阐述，提高结构稳定性，减少波动，满足水电站运行要求。 

　　【关键词】腊撒水电站；引水系统；设计 

　　腊撒水电站位于缅甸北部克钦邦中部的迈立开江上，坝址位于迈立开江中段的勒萨（Laza）附近。初步设计阶段，腊撒水电站正常蓄水位370m，水库回水至莫强坡附近，库长约171km，相应库容123.28亿m3，属高坝大库。以下将对有关水电站引水系统的设计问题进行具体分析： 

　　一、进水系统设计 

　　对于引水系统的进水口来说，主要具备三大功能：一是确保保质保量地取水；二是避免泥沙等污染物进入引水道；三是及时确保水流中断。若想满足相关功能要求，必须选择合理位置、合理布局。 

　　1、进水口地质条件概述 

　　该系统的进水口部位地形坡度约45°左右，地表为坡积层覆盖，下伏基岩岩性为闪长岩、斜长角闪石岩，夹角闪石岩、斜长岩脉，岩体全风化底界垂直埋深20m左右，强风化底界垂直埋深25m左右，弱风化底界垂直埋深40m～50m。进水塔底板地基为微风化岩体，块状、次块状结构，以Ⅱ、Ⅲ类岩体为主，岩体强度较高。进水口正向边坡最大坡高约130m，走向N77°W，边坡中上部为全、强风化岩体，边坡稳定性受岩体强度控制，可能存在圆弧型破坏及沿底界面产生平面型破坏的可能，需加强支护及排水。下部为弱风化岩体，边坡稳定性主要受结构面组合控制，根据结构面产状与边坡坡向初步分析，局部可能会产生块体失稳，总体上边坡稳定性较好。 

　　2、进口形式与布置 

　　引水系统的进水口形式，主要通过进水口的取水方式、地质条件等决定。如果采取坝上取水方式，应将进水口设置在坝体位置，即坝式进水口；如果地质条件恶劣、地形陡峭，应设置岸塔式进水口；同时，岸塔式进水口可以分为整体靠岸与下部靠岸两种形式，具体方式的选择与岩石的产状、节理发育、施工方式等有关。在施工过程中，如果采取边开挖边支护的方式，或者先局部、后整体的方式，可实现垂直开挖或者边坡开挖，再从整体浇筑混凝土，确保进水口可整体靠岸；如果地形较为平缓或者地质条件恶劣，则应采取塔式进水口。另外，进水口的布置和进水口的型式相关。竖井式进水口的闸门和拦污栅呈分散型布置，不便于统一管理；进水口的另外几种布置型式中，闸门和拦污栅为集中布置形式，方便管理，但是与竖井式进水口相比，稳定性不强。在进水口位置，应合理设置底板高程、操作平台的尺寸、启闭室的地面高程、喇叭口形式、通气孔面积等。在满足进水口底板高程的防沙性质基础上，还要确保电站在死水位运行过程中，不会出现吸气漏斗现象。如果在施工期间实行引水道导流，那么如何确定底板高程，应该考虑到导流工程的技术经济性；在特殊情况下，如果引水道放空水库，那么进水口的底板高程应根据具体库容来决定。 

　　3、压力管道 

　　为满足引水道结构及抗外压稳定要求，上弯段开始斜井段及下平段采用钢板衬砌。上下弯段转弯半径均为35m，角度分别为46°34’和50°；斜井段高差为56.332m，下平段长度158.69m。压力钢管管径12.6m，按地下埋管设计，采用高强钢，壁厚46mm，外填80cm厚钢筋混凝土；钢管末端与蜗壳进口相连。为提高围岩的承载能力和确保衬砌传力至围岩，压力钢管均进行顶拱120°范围的回填灌浆。与钢筋混凝土衬砌相连的钢管首端设三道阻水1000环，为防止钢筋混凝土衬砌的渗漏水增加钢管的外水压力，在钢管首端作环状防渗帷幕。 

　　二、引水系统设计 

　　1、引水口地质条件概述 

　　引水隧洞位于坝址右岸下游山梁处，横跨山梁布置，隧洞通过地段地形坡度一般20°～45°。洞室围岩主要为新鲜、微风化闪长岩、斜长角闪石岩。洞室垂直埋深40m～165m。Ⅳ级以上结构面不发育，属Ⅴ级结构面的节理主要发育三组：①N0°～20°E，SE∠40°～85°，②N60°～70°W，SW∠60°～90°，③N60°～70°E，NW∠80°～90°，三组节理间距一般30cm～50cm，延伸较长，节理面多平直、粗糙，充填泥膜、锈膜，其它节理间距一般大于1m，性状无明显差别。岩体结构以块状、次块状结构为主，洞室位于地下水位线以下，围岩总体稳定性较好，局部围岩稳定性差，主要为Ⅱ、Ⅲ类围岩。 

　　2、引水隧洞设计 

　　有关引水道的布置，除了严格执行规范标准之外，应从以下两方面加强努力：一是提高进洞出洞的速度。有关进出洞口的上覆岩石厚度，并没有相应规范，有些工程中，追求进洞速度的加快，采取浇筑明管段的进洞方式。只要采取合理的工程措施与施工程序，那么进出洞口位置的上覆岩石厚度对进洞出洞产生的影响较小。另外，上覆岩石的厚度一般根据强风化岩体的中下线部位计算，与其发育程度相关；二是针对流速为16m/s以上的高速水流隧洞，应尽量在平面位置布置直线，如果受到地形地质限制，难以形成直线，应尽量控制转弯。应确保转弯半径与弯道首尾的直线段长度应该在洞宽或者洞泾的8-10倍范围内，转角在15°以内，对于重要工程可以通过水工模型实验来具体确定。 

　　3、引水道布置 

　　由于电站单机引用流量较大（Q=608.6m3/s），引水道短，按单机单管布置引水道，共计5条。引水道由进口渐变段、上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段等部分组成，上平段洞轴线垂直于进水塔，间距35m，下平段洞轴线垂直于主厂房，间距35m。采用水力特性和受力条件都比较好的圆形断面，引水隧洞管径为14.9m，钢衬段管径12.6m。进口渐变段由矩形断面（12m×16m）变为圆形断面（内径为14.9m），长25m。上平段正向坡度为6%，采用钢筋混凝土衬砌，直径14.9m，考虑到水头和地质情况，从上弯段开始为钢衬段，管径12.6m。上弯段前设置长20m的渐变段，直径由14.9m缩小至12.6m。 　　 

　　参考文献 

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　　[2]顾晓亮、徐得潜.例子群算法在水电站引水系统优化方面的应用[J].水力发电.2009（7） 

　　[3]秦亮、王正伟.水电站机组的类转频强水压脉动[J].清华大学学报（自然科学版）.2008（2） 

　　[4]黎丹、柯国凡、肖惠民.复杂引水系统水电站甩负荷过渡过程数值计算[J].水电与新能源.2010（4） 

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