观音岩（河东）水电站引水线路优化设计

王 泽 张光碧 谢国章

（1.四川大学水利水电学院 四川 成都 610065；2.中国水利水电第十四工程局有限公司 云南 昆明 650041）

1 工程概况

观音岩（河东）水电站工程位于四川省西昌市冕宁县，位于安宁河已建观音岩水电站的开发河段内。原观音岩电站已建于上世纪80年代，电站装机规模为17.5MW，上一级为已建的大桥水库及其电站，下游一级为已建的金洞子水电站。新建观音岩（河东）水电站为利用观音岩弃水的引水式电站，利用落差68m，装机容量22MW，设计引用流量36.24m3/s，并与原观音岩水电站联合运行。安宁河新建取水口设于河床左岸岸边，为“正向泄洪排沙，侧向取水”布置型式，取水口设有控制门。取水口后接长6187m的引水隧洞及558m渠道，再经压力前池和压力管道至安宁河下游左岸厂房。电站厂房座落在安宁河左岸河东村河滩地上，为地面厂房，尾水经沿岸边布置的尾水渠排入安宁河中。该电站为Ⅳ等小（一）型水电站工程，属小水电。其主要建筑物拦河坝、引水隧洞、压力前池、压力管道、主副厂房按4级设计，次要建筑物和临时建筑物按5级设计。该工程引水部分管道长，且有断层、冰碛、冰水堆积层分布，地质条件较复杂，且工程建设受当地人、地、建筑干扰很大，其安宁河引水线路的优化设计是本文主要研究的问题。

2 引水线路方案

2.1 引水工程区地质条件

观音岩（河东）水电站工程引水线路区为中、高山区，山脊走向近于南北向，山顶高程2300m～2000m，相对高差300m～400m，地形坡度 30°～60°，山体高大宽厚，安宁河穿越工区河谷较为开阔。安宁河左岸Ⅱ级阶地保留较为完整，阶地平台大多为坡积洪积物所覆盖，Ⅲ级阶地大多被剥蚀，仅见阶地堆积物。安宁河左岸山体发育多条冲沟，切割较深，多为泥石流沟，沟口多见扇形的泥石流堆积区，前池地段，地形相对平缓，地形坡度15°～25°。安宁河断裂带内受区域构造环境控制，构造较为发育，区内出露5条规模较大断层。引水区基岩主要由T3-J1bg泥灰岩与炭质泥岩互层夹层砂岩，βp玄武岩、γ05斜长花岗岩和δ05石英闪长岩组成。隧洞所穿越的地层和围岩中构造发育状况及地下水活动和岩体风化程度基本一致，隧洞围岩均为Ⅲ～Ⅴ类。

表1 引水线路三种方案经济比较表

2.2 引水线路设计方案

（1）方案一

该方案从取水口取水后，先经6187m的引水隧洞，再由249.5m的箱涵和308.5m的引水明渠引水至压力前池。隧洞为无压隧洞，根据地质情况分段采用平底马蹄形断面和城门洞形断面。箱涵采用矩形断面，明渠采用梯形断面。末段渠道总长558m。方案一线路全长6710m。

（2）方案二

该方案从进水口取水后，经长2030m的前段渠道，穿萨叶马村和河东村2组范围后，经长3570m隧洞，再经长1482m的后段渠道至前池。前后段渠道采用梯形断面；隧洞采用无压隧洞。方案二线路全长7082m。

（3）方案三

该方案从取水口取水后，经长6710m引水隧洞接至前池。隧洞采用无压隧洞。方案三线路全长6745m。

3 方案比较与优化设计

3.1 地质条件

方案一引水线路Ⅳ～Ⅴ类围岩2365m，Ⅲ类围岩3822m；隧洞前段穿越断层破碎带和出口段穿越土层。

方案二引水线路Ⅳ～Ⅴ类围岩1435m，Ⅲ类围岩2135m；避开了方案一、三中隧洞前段、后段的不利地质条件。

方案三引水线路Ⅳ～Ⅴ类围岩2888.0m，Ⅲ类围岩3822.0m。隧洞前段穿越断层破碎带和穿越土层；隧洞后段穿越冰碛、冰水堆积层。

3.2 施工难易程度

方案一其主要问题在于隧洞前段穿越断层破碎带和出口段穿越土层洞段的施工不易，但避开了后段的不利地质条件，后段施工干扰较小。后段明渠其渠道开挖深度5m～27m，存在渠道边坡稳定问题。工程共布置2条支洞，工期29个月。

方案二有两个显著特点，其一是可以避开方案一、三中隧洞前段、后段的不利地质条件；其二是上段渠道经过萨叶玛村，后段渠道经过台地，施工与当地群众和周围地、建筑的干扰大，难以协调，一定程度上会影响工期。工程不设支洞，工期26个月。

方案三隧洞前段穿越断层破碎带和穿越土层洞段的施工不易；隧洞后段施工穿越冰碛、冰水堆积层，施工难度较大，但可避免后段渠道边坡稳定问题。共布置2条支洞，工期31个月。

3.3 征地拆迁

方案一需沿后段渠道征用土地，涉及林地，耕地及极少民房，拆迁容易。

方案二需沿前段和后段明渠征用土地，涉及耕地、民房、商店、通信电力线路，拆迁难度很大。

方案三征地有压力前池，管道处，基本不涉及拆迁，占地最少。

3.4 经济比较

根据四川省颁布的水利建筑定额及费用标准，参照冕宁县当地材料价格，各方案的工程量和投资详见表1所示。

从经济上看方案一比方案二节省3773.47万元，比方案三节省114.40万元。

3.5 方案选用

由以上分析，就工程地质条件而言，3条线路不存在制约工程建设的重大工程地质问题。方案一和方案二隧洞长度相对较长，Ⅳ～Ⅴ类围岩长度相应较长，施工难度较大。方案二避免了隧洞穿越断层破碎带和土层等不良地质洞段，工程条件相对较简单，施工较方便，但工期难以保证。综合工程地质、施工工期、征地拆迁和工程投资等方面比较，方案一投资最少，隧洞区域地质条件一般，施工风险相对较小，隧洞施工与地面的干扰小，工期可以得到保证。工期为28个月，在三个方案中施工工期长度居中。其减少征地拆迁的同时减小了施工难度，还避免了不良地质如冲沟、冰碛、冰水堆积层对引水线路的影响，且工程管理简化，投资减少，故选择了方案一。

方案选定后，通过了由凉山州发展和改革委员会和水务局组织的专家审查。另外，观音岩（河东）水电站安宁河引水线路采用无压引水方式，安宁河无压隧洞长6710m，布置时考虑到比原观音岩电站的前池水位略高，有利于出洞后渠道的布置。Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用平底马蹄形断面、Ⅲ类围岩洞段城门洞形断面，进口底板高程1826.95m，至隧洞出口底板高程1823.45m，纵坡 i=0.5‰，衬砌厚度0.20m～0.80m。Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用平底马蹄形断面设计过水宽度4.14m，净高5.4m。Ⅲ类围岩洞段城门洞形断面设计过水宽度4.6m，净高6.93m，直墙高5.6m，顶拱半径2.67m。无压隧洞引用流量36.34m3/s。Ⅲ类围岩洞段占61.8%，其边墙及顶拱采用喷锚衬砌，衬砌度0.10m，底板采用混凝土衬砌，厚20cm。Ⅳ类围岩段占23.3%，采用现浇混凝土衬砌，衬砌厚度0.40m。Ⅴ类（包含土洞段）围岩段占14.9%，采用现浇混凝土衬砌，衬砌厚度0.60m（土洞段的衬砌厚度0.80m）。

4 结语

观音岩（河东）水电站为典型的山区引水式水电站，其引水线路对工程整体影响重大，通过对三个方案的技术经济比较，确定了合理方案，取得了较好的社会和经济效益。该类水电站引水部分的设计应掌握引水线路的设计关键，结合明渠、隧洞等各种输水形式的优势与布置特点和工程实际情况，进行充分的分析比较，对某些部分在保障安全的情况下进行简化处理，使设计方案尽可能的合理、安全、经济。陕西水利

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