云潭水电站引水系统比选及隧洞的特殊设计

江智健

（江西省婺源县水利局，江西 婺源 333200）

云潭水电站引水系统比选及隧洞的特殊设计

江智健

（江西省婺源县水利局，江西 婺源 333200）

通过对云潭水电站隧洞设计的介绍，以期抛砖引玉，为小型水电站引水系统设计提供一些参考。

隧洞；比选；引水系统；云潭水电站；婺源县

1 概 述

云潭水电站坐落于饶河源头洪源支流的考源分支上、江西婺源大障山乡车田村云潭上游山涧中，云潭电站坝址控制流域6.1 km2，其中心地理位置为东经117°43′15″，北纬29°31′40″。发电厂房位于上云潭村上游右岸河边，设计引用流量0.681 m3／s，满发净水头253.96 m，装机1 200 kW，多年平均年发电量283.68×104kW·h。引水系统布置于坝址右岸山体，全长3 200 m，由进水口、隧洞和压力钢管等组成。云潭水电站于2006年设计，2008年正式施工，2010年建成。

2 引水系统方案比选

云潭水电站工程引水可以开渠道、安管路、打隧洞。而且工程引水系统线路长，工程量大，其建设方案比选对降低本工程的造价、提高经济效益关系重大。

（1）沿山边开渠。不仅对山林植被与生态环境破坏很大，而且在风化岩层上进行渠道防渗处理非常困难，因此投资较大，同时，由于渠边山体极易塌方，运行维修费用较大，但有利的是能沿途汇入渠道上方集雨面积的来水；

（2）安设管道。由于采用有压方式，可随依山势适度变化铺设，故对山林植被与生态环境破坏会较开山边渠小些，但水头损失与造价均会很大，也不能沿途汇入管道上方集雨面积的来水（若无压管道可设法接入较大支流）；

（3）开凿隧洞。不仅对山林植被与生态环境破坏较小，而且由于要求围岩抗力之原因洞埋一定后围岩为弱风化～微风化粉砂质板岩夹千枚岩，沿途防渗不存在问题，同时工程耐久性极好，运行维修与更新改造费用为三方案之最小，因此投资也不会最多，同时本方案也不能汇入沿途任何集雨面积的来水。

经对以上方案各设计出的相应结构图并测算出的技术经济指标比较见表1。

从表1中不难看出，方案三国民净现值最高，而且对山林环境的破坏最小，技术经济指标优越，故推荐之。

3 引水隧洞的特殊设计

3.1 洞线布置原则与一些实际布置

云潭水电站由于厂址的选择与进出厂区与现有公路物对接，当然更主要是根据云潭溪两岸地形地质条件等情况，决定将发电引水系统布置于云潭坑右岸山体中，由于坝址与厂址间距离长达数公里，而且山高林密，真正实施地形测量不仅工作量极大，而且对林木破坏也将很严重，为此，云潭水电站设计采用1∶10 000航测图进行洞线布置，由于云潭水电站于云潭山涧中，不仅规模小坝址控制流域面积也极小，而且为第一梯级电源点，则根据拟布隧洞进出口附近各三个山尖设固定桩布点采用GBS建立测量控制网，然后经试配将该控制网移置到1∶10 000航测图上，再在该航测图上进行隧洞布置。由于它几乎沿河布置，故其侧向埋深对工程安全与工程造价关系重大，切不可小觑。因此，为了增加隧洞埋藏深，同时又要便于支洞布置以降低工程造价，故洞线应作适度的转拐，以确保隧洞的围岩厚度尤其是侧向岩壁厚度，由于本电站为高水头电站，适度拐弯其局部水头损失增加不是问题。对于可能薄弱地段还应在实地上布点，并进行GBS定位测量，然后将其结果与航测图对照检查所布置隧洞的真正埋深与围岩厚度，坚决消除由于航测图误差所带来的设计风险。

表1 云潭水电站引水方案比较

3.2 进水口拦沙坎的设置

由于云潭水电站设计引用流量为0.681 m3／s，而隧洞洞径又不能小于施工的最小截面，即云潭水电站隧洞内径取1.8 m。由于该进口水流流速极小，不足0.30 m／s，故进水口不需做喇叭口，设为矩形断面，即为1.70 m×1.70 m。同时，由于云潭溪山高坡陡，泥沙与崩石很多，拦沙任务艰巨，为此，进水口前应设高拦沙坎，以防溪中泥沙冲入洞中。为了最大限度地拦沙，拦沙坎高度应尽可能满足其顶高程不高于坝前发电最低水位减去在坝前发电最低水位时引流合理的过水深为度。为了不使该过水深太大，以保证进口水流流速不大以避免其过拦污栅水头损失偏大，可适当增加拦沙坎的溢流前沿，即可将该拦沙坎做拱坝形式，同时，也优化了其受力状况。当然进水口的拦污栅也应当做成相应于拦沙坎顶弧度的半圆台状，以利垃圾清理。

3.3 关于隧洞的衬砌

云潭水电站隧洞由于围岩为粉砂质板岩夹千枚岩，除进出口少量地段外，均新鲜完整，无需进行全程衬砌。因此，隧洞进口风化与破碎段较长，且进口段水压力很低，故仅作了5 m长的钢筋混凝土衬砌，而出口段一则考虑到风化与破碎较严重；二则考虑到内水压力较大，担心围岩侧厚、偏小而发生围岩抗力不足，故作了35 m长壁厚6 mm的钢管衬砌。其余2 665 m长中间段均未作衬砌。由于2 665 m长洞段不作衬砌，洞内残渣没有办法全部清理干净，同时运行时，沿程洞壁由于卸荷等原因而崩落的石块一定会不少，尽管在出口钢管段前设有沉渣池，但有人还是担心将来石渣会被水流带入压力管道，卡死冲击水机的喷嘴而造成电站瘫痪事故，因此，业主及参建诸方大多数人均主张浇筑隧洞混凝土底板。但浇筑隧洞混凝土底板不仅多花近20万元投资，而且也将增加工期2个月（由于洞内材料运输极其困难）。笔者认为：因为运行时洞内水流流速极小，V

＝Q／S＝0.681÷（3.14×1.82÷4）＝0.268 m／s，完全小于泥沙的淤积流速，因此，洞中残渣根本不会被水流搬移，为保险起见，在支洞口（设了一个清淤放空与进人孔）后和出口沉渣池前设了两个高0.8 m

的拦渣坎拦截残渣（坎底部设排水孔以备放空隧洞之需）。因为隧洞截面很大，设拦渣坎对隧洞过流根本不影响，而且做拦渣坎较开凿沉渣池更经济，因此，出口钢管段前沉渣池也设得较小。

4 结 语

（1）隧洞作引水式水电站引水建筑物，工程耐久性极好，运行维修与更新改造费用均较小，但建设投资较大，而且随着炸药成本（如严控程序的增加）的上升，其优势日趋衰落。

（2）云潭水电站几乎沿河布置隧洞，尤其为节省设计测量工作量与费用采用航测图布置洞线时，如何确保隧洞的埋深与围岩厚度问题切不可小觑，一定要认真对待、反复检查论证之。

TV732

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1003－9805（2015）02－0005－02

2013－04－16

江智健（1960－），男，江西婺源人，高级工程师，从事水利水电建筑、工业与民用建筑等的设计、施工、监理、行业管理工作。