山西省中部引黄工程沉沙池设计

姜文峰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

山西省中部引黄工程是山西省“十二五”规划大水网建设中的一项重要工程，本工程干线自天桥水电站库区取水，供水范围包括4市16县（市、区），包括取水工程和输水工程。取水工程起点取水口位于天桥水电站枢纽上游380 m处库区左岸，由天桥电站库区内取水；终点泵站出水池位于黄崖沟上游、义门镇崔家棱村南的山顶上，出水池后接供水工程总干线1号隧洞进口。取水工程线路总体上沿黄崖沟由西北向东南布置，全长2.6 km。主要建筑物包括取水口、1号引水隧洞、沉沙池、2号引水隧洞、取水（地下）泵站、出水竖井、出水池。

来水泥沙以义门水文站1985年前多年平均颗粒级配曲线作为入池泥沙含沙量计算依据，义门站平均粒径为0.057 mm。

2 沉沙池总体布置

沉沙池工程主要包括引水系统、进水系统、沉沙系统、集水系统和排沙系统。

2.1 引水系统

引水系统为1号引水隧洞，总长532 m，底宽5 m，城门洞型，设计最大引水流量31.05 m3/s。引水系统进口设进水塔1座，末端设拦污栅。

2.2 进水系统

进水系统包括分水闸段、水平扩散段、冲沙闸段和斜坡扩散段，长45 m，底宽5~37 m。

分水闸布设在扩散段首部，主要是使水流均匀分配到每个池厢，并起到调节控制流量的作用。共设3孔，分别向各个池厢分水，闸孔尺寸4 m×4 m，闸室长5 m，闸墩及墩墙均采用C25钢筋混凝土，闸底板上下游均设齿墙，每孔进水闸设计流量15.525 m3/s。

冲沙闸主要控制和调节冲沙流量，分为6孔，闸孔尺寸2.5 m×4 m，闸室长5 m，上游宽27.3 m，下游宽30.6 m。闸墩及墩墙均采用C25钢筋混凝土，闸底板上下游均设齿墙，每孔冲沙闸设计流量7.762 m3/s，闸前、闸后水位均为829.62 m。底板以上设2层，第一层为检修室层，高6.5 m，第二层为启闭机层，高4.0 m。

2.3 池厢布置及结构设计

桩号沉0+045—0+165段为沉沙池池厢，全长120 m，分平流段和斜板段，长度分别为50 m，70 m，池底纵坡1/100。沉沙池首端水深6.5 m，末端水深7.7 m。池厢分为3厢，每厢净宽10 m，每厢分两室，每室净宽5 m。整个沉沙池池厢均采用C25钢筋混凝土结构，底板和各墙体均为固结。每个池室隔墙厚1.0 m，底板厚1.2 m，每个厢为1个单元，共3个单元，即每1厢为一独立结构，中间设2 mm宽结构分缝，池体横向分缝每10 m设一道，共设11道，内设橡胶带止水，分缝内填充聚乙烯泡沫板。

斜板段长70 m，为使水流从水平方向转向向上经过斜板出流，在斜板段进口处设一道阻流墙，厚0.6 m，为现浇C25钢筋混凝土结构。斜板区高1.3 m，配水区高1.3 m，设计淤积层厚度2.0~3.2 m，斜板材料采用玻璃纤维增强水泥板，板厚1 cm，斜板长度1.5 m，倾角60°，斜板净距10 cm，采用组合构件，以主次梁结构支撑斜板，在主梁上放置3根次梁，与次梁接触处的下游端用钢板焊接。

2.4 集水输水系统

水流沉沙池沉淀处理后由集水区表层取水，依次进入横向集水槽、纵向集水槽和总横向集水渠，经2号引水隧洞输送至加压泵站。

横向集水槽：在斜板段沿纵向每隔4 m布置一横向集水槽，共108个，槽身由1 cm钢板焊接而成，底宽40 cm、深20 cm，槽底呈水平，每个横向集水槽流量 0.10 m3/s，水深 20 cm，流速 1.288 m/s。

纵向集水槽：布设在边墙及隔墙上部，共12条，每条120 m，槽身溢流墙顶部高程829.57 m，槽底纵坡1/100，起始底高程829 m，末端底高程828.3 m，宽0.4～0.75 m，水深 0.57～1.23 m，结构采用 C25 钢筋混凝土。

出水渠（即总集水槽）：设计流量23.55 m3/s，位于沉沙池末端，与2号引水隧洞连接，其轴线与沉沙池轴线垂直，顶部高程831 m（右岸）和829.57 m（左岸），设计纵坡1/3000。槽身结构采用C25钢筋混凝土矩形断面，宽度4.0 m，水深3.8 m，墙厚1.0 m。

2.5 排沙系统

排沙闸位于池厢末端总集水槽下层，共6孔，孔口尺寸1.5 m×1.5 m，每孔排沙闸设计最大流量15.36 m3/s，闸门前为有压洞，闸门后为无压城门洞，后接6条排沙道汇入排沙洞。

闸前有压洞段断面尺寸1.5 m×1.5 m，闸后无压城门洞断面尺寸1.5 m（底宽）×2.0 m（直墙），顶拱角180°，半径0.75 m。结构采用C25钢筋混凝土，壁厚0.5 m。

排沙洞为无压城门洞型式，断面尺寸2.5 m（底宽）×2.2 m（直墙），顶拱角 135°，半径 1.53 m。结构采用C25钢筋混凝土，壁厚0.35 m。洞线总长681.7 m，设计纵坡1/200。出口设防洪闸1座，孔口尺寸为2.5 m×4 m，闸室长5 m，闸墩及墩墙均采用C25钢筋混凝土，闸底板上下游均设齿墙，每孔进水闸设计流量15.36 m3/s。

2.6 保温系统

本工程地处吕梁山脉，冬季气候严寒，为防止沉沙池运行期间表层水面结冰影响工程正常运转，将沉沙池整个结构做成密封结构，以达到保温效果，满足供水需求。同时，考虑到本工程地形、交通条件较差等因素，沉沙池上部封闭结构顶层设计为停车场及活动场所。

纵向沿隔墙上部每2.5 m设一支撑柱，柱高2.8 m，截面尺寸600 mm×600 mm，支撑柱上搭载横向主梁，跨度6000 mm和6325 mm，垂直主梁方向和中间设一次梁，跨度分别为2300 mm，2500 mm，主梁截面尺寸400 mm×800 mm，次梁截面尺寸350 mm×600 mm，厚度200 mm。结构均采用C25钢筋混凝土。

2.7 交通系统

池外交通：由天桥电站附近沿黄公路桥前铺设一条进场公路，公路宽4 m，混凝土路面，经1号引水洞退水渠通过后，再经沉沙池首部5 m明渠上交通桥到达沉沙池上部停车场。

池内交通：为方便池内巡视检修，在每个池室隔墙和边墙顶部设走道板，沿水流方向为固结于隔墙、边墙上的悬臂式结构，走道板厚度120~200 mm，宽度900 mm；垂直水流方向跨度为5.0 m的主梁，梁截面尺寸400 mm×600 mm，走道板固结于其上，总宽度1000 m。临水侧均设栏杆防护。

2.8 沉沙池运行

沉沙池的设计标准为两厢同时沉沙，一厢冲沙，交替运行。分水闸控制各厢流量，冲沙闸控制冲沙流量，排沙闸控制泄空和挡水，防洪闸控制水沙排放及洪水倒灌。

当一厢达到沉淀容积后，已冲洗完毕的空厢即投入运行，汛期一般为25 h左右淤满一厢，若引水流量较小或含沙量较低时，淤满时间会相应延长，待运行中逐步寻其规律后制定运行规程和不同水沙条件下的运行方案，斜板区淤积厚度不得超过2 m。沉沙池要经常冲洗，对局部位置或斜板区的挂淤可用压力龙头接软管冲洗。

分水闸前设拦污栅，汛期由专人清污，防止污草进入斜板区，斜板区要定期冲洗以防挂淤，影响沉沙效果。

3 结语

本工程沉沙池布置由于受地形限制，在保证沉沙效率的前提下，有效利用地形地势，设置斜板段后经过计算后分析，沉沙效果明显，可有效减轻泥沙对泵站水轮机的磨损及其后布置的输水隧洞的淤积，进而为后续输水建筑物布置提供了方便。