黑麋峰抽水蓄能电站地下厂房排水设计

杨辉 杨阔

【摘要】本文对地下洞室群的地质条件进行充分分析的基础上，提出了地下厂房厂区防渗排水系统采取自流结合抽排的思路，并通过对多层排水廊道的布置以及对复杂洞室排水的设计，充分考虑地下厂房埋深大的特点提出了厂房厂内排水系统，采取中下层排水先自流排放到底层集水井后用抽水泵集中抽到顶层自流排水廊道与顶层排水一起直接自流排出山体的方案。

【关键词】地下洞室群; 厂区排水、厂内系统设计;直接;自流;抽排

1、工程简介

黑麋峰抽水蓄能电站位于长沙市望城县境内，电站总装机容量1200MW，共安装4台单机容量为300MW的混流可逆式水泵水轮发电机组。电站额定水头为295m，机组额定转速300r/min。枢纽永久性主要建筑物，包括上水库挡水建筑物、下水库挡水及泄水建筑物、输水系统建筑物、地下厂房系统、高压电缆洞、地面副厂房及开关站、排水廊道等。

地下厂房的排水是抽水蓄能电站地下厂房设計的关键问题之一，由于黑麋峰电站上库位于黑麋峰西侧坡麓，紧邻黑麋峰森林公园风景区，其下库位于杨桥东侧湖溪冲谷，为保证湖溪冲水库下游的生态用水的水质保护提出了更高的要求。既要保证地下厂房洞室的正常运行，又要避免厂区排不水对下库水体造成污染。

2、地下厂房工程地质条件

地下厂房布置区山体雄厚，地表高程240m～290m，洞室埋深180m～230m，上覆弱风化～新鲜岩体厚160m～210m，主厂房纵轴线为南北向布置。围岩以微风化～新鲜二长花岗岩为主，少量花岗伟晶岩脉。主机间围岩岩体完整性较好，未发现大的断裂构造，据平洞、钻孔资料，围岩岩石质量指标（RQD）80%以上，围岩工程岩体质量类别以Ⅱ2类为主，局部为Ⅲ1～Ⅲ2类;安装间岩体质量次于主机间围岩，部分地段岩体较破碎，节理裂隙较发育。厂房布置区地质构造较简单，主要断层为NEE向陡倾角断层F43和F61，两断层均与厂房纵轴线大角度相交，交角均为70°，分别穿过厂房主机间和安装间，两断层在平硐内揭露的破碎带宽度分别为20cm～50cm、30cm，沿断层具有明显的蚀变现象，对厂房边墙及顶拱有不利影响，断层破碎带及影响带围岩岩体质量级别为Ⅳ2～Ⅴ1级，其余部位围岩岩体质量级别主要为Ⅱ2～Ⅲ级。

3、地下厂房排水设计

3.1 厂区排水设计

地下厂房、主变洞距下水库库岸水平距离最近约260m，主厂房、主变洞规模较大，拱顶高程均低于下水库正常蓄水位50余米，为防止下水库库水、山体内地下水和高压管道渗漏水渗入厂房及主变等洞室，降低钢管和厂房边墙所承受的外水压力，保持厂房围岩的稳定，改善地下厂房的运行环境，在主厂房洞室周边和厂房内设置了渗漏水排水系统。

环绕主厂房和主变洞外围设置了三层排水廊道。顶层排水廊道包括外围排水廊道和主厂房与主变洞中间排水廊道，沟底高程58.85～62.00m，坡度0.5%～2.5%，廊道断面为城门洞型，净空尺寸2.5m×3.3m。

中层排水廊道绕主厂房、主变洞外围一圈，沟底高程为30.45～28.50m。廊道断面为城门洞型，净空尺寸2.5m×3.3m。廊道分别在主厂房和主变洞的右端设有与主厂房和主变洞的联系通道。中层排水廊道还与进厂交通洞、主厂房排风洞相连。交叉口设有封闭门。

底层排水廊道包括主厂房上游侧和主厂房右端排水廊道以及安装间左端排水廊道。沟底高程为5.60～4.0m和16.20～4.0m。坡度0.5%～15%。断面形式：为2.50×3.30m城门洞型，底层排水廊道还与④施工支洞相连作为进出口。底层排水帷幕内渗水排入渗漏集水井由水泵抽制顶层排水廊道经自流排水廊道自流排出厂区外部。

各上、下层排水廊道间设有排水幕孔，孔径D90，间距3m。顶层排水廊道在主厂房和主变洞上、下游侧均布设有300斜向上的排水幕孔，两端垂直向上设有排水幕孔，以排除主要洞室顶部渗漏水。

厂房中层排水廊道汇集渗漏水经主厂房安装场上游侧6个直径170排水孔流入底层，厂房渗漏水经底层排水廊道汇集至渗漏集水井，集水井上游侧设有排水支洞与底层排水廊道相接，再经主厂房安装场上游侧设有一条直径1.50m的竖井内的4根排水钢管用水泵抽至顶层排水廊道。

上述抽至顶层排水廊道的渗漏水、顶层排水廊道渗水以及机组检修时抽至顶层排水廊道的检修水，由自流排水廊道自流排出。自流排水洞出口位于进厂交通洞口下游侧，洞口高程为54m，在山体内与厂房顶层排水廊道左端相接，高程58m，洞长939m，城门洞型，尺寸为2.5m×3m，平均纵坡约0.5%。外接排水明渠，将地下水引排至湖溪冲主排水沟。

黑麋峰工程地下厂房工程地质条件较好，围岩岩石较坚硬～坚硬，岩体多较完整、以Ⅱ2～Ⅲ1类为主，地质构造较简单。地下厂房位于地下水位以下200m～220m，厂房区岩体透水性较弱，多属微透水岩体，施工开挖揭示其地下水不丰富，仅在断层带部位和节理密集带部位局部见有零星滴水或浸润现象。因此，经专题会议研究后决定厂房不设置防渗帷幕。

3.2 厂内排水设计

厂内排水系统设计包括检修排水系统设计和渗漏排水系统设计两部分。

3.2.1检修排水系统设计

由于本电站地下厂房埋深180～230m，属中部式布置，若采用间接排水方式，存在如下主要问题。①对于集水井结构，进人孔盖板承压设计难度较大，且厂房存在安全隐患，应加强防水淹厂房事故。②因下厂房埋深较大，存在集水井通通气管布置困难的问题。③尾水事故闸门靠近下库进（出）水口布置，因此机组检修排水时排水管路较长，约400m左右。④水泵扬程较高且变幅较大。

鉴于以上问题，机组检修排水采用直接排水的方案。厂房底部设置一根DN500的检修排水总管同，布置于检修排水廊道;每台机组尾水管设计盘形排水阀，并在检修排水廊道另设置一道阀门，以保证地下厂房的安全;每台机组检修排水管与检修排水总管相连，检修排水廊道作为机组检修排水的操作廊道，在排水廊道同层设一检修排水泵房。机组检修时，关闭上游侧球阀和尾水事故闸门，通过设置尾水管的排水盘形阀和设置于检修排水廊道的球阀，与检修排水总管相连，通过检修排水泵房和检修排水总管，沿厂房顶层排水廊道、自流排水洞排出厂外。

3.2.2渗漏排水系统设计

（1）厂房渗漏量和集水井结构尺寸确定。

渗漏排水系统主要包括厂房渗漏排水，迷宫环漏水、空压机冷却水、SFC变频器冷却水，冲污水及生活用水等。

厂房渗漏水量与电站地质条件、枢纽布置、施工质量及设备制造水平有关，经估算，渗漏排水总量约325.1m3/h.集水井有效容积按60min的渗漏水量的体积考虑，另外考虑厂房布置情况，并考虑施工初期排水量较大等各种因素，集水井有效容积设置为660m3。根据确实的集水井有效的容积渗漏集水井实际布置情况，确定集水井井筒总内尺寸为22.55m×5.9m。

（2）厂房渗漏水排水方式设计

渗漏排水总管若直接排入下水库，由于下水库水位变幅较大（65.0～103.7m），水泵扬程不仅较高，且变幅范围较大，约为85～125m，另外，直接排入下水库方案管路较长，约400m，沿程水力损失也较大，因此，该方案对整个电站投资和将来运行均不经济，最终采用的方式为将渗漏水排至厂房顶层排水廊道，再自流排出厂外。

（3）厂房渗漏水引流设计

主厂房水泵水轮机层以上及主变洞主变室层以上洞室周边均设置250mm厚防潮隔墙，其内设置排水沟，引排岩壁渗漏水至渗漏集水井内。

在主厂房、主变洞洞室周边均依据在开挖过程中渗水部位设置D56随机排水孔，孔深5.00m，间排距2.0m×2.0m。在主厂房水轮机层上下游侧及主变洞主变层下游侧均设置排水沟，主厂房、主变洞排水孔内的渗漏水均引至洞室内设置的排水沟后由排水沟管引至安装场下部的渗漏集水井。再由水泵抽排至顶层排水廊道经自流排水廊道自流排出厂外。

3.3 厂区排水与厂内排水的关系

地下厂房厂区排水主要根据电站的地质特征、水文等资料结合自身的布置条件选择合适防渗排水系统，主要设计排水廊道及排水幕“排”为主。厂区的渗漏水，应尽量采用自流排方式，以降低年运行管理费。为有效降低地下水位对地下厂房洞室群施工期及运行期的围岩稳定等影响。厂内排水主要是排除生产废水、检修积水、生活污水，避免厂房内部积水各潮湿，保证机组过水部分和厂房水下部的检修。

但对中小型水电站，有时为了减少设备，节约投资，简化管道，有时可把两个排水系统合在一起，提高系统的经济性。

4、排水系统效果

根据本工程的自身特点，黑麋峰抽水蓄能电站采取针对性的地下厂房洞室群防渗排水设计，有效降低了地下水对地下厂房洞室群的稳定等影响、厂内采用的直接排水方式克服了间接排水方式的安全隐患，同时也节约设备投资，提高了系统的经济性。黑麋峰抽水蓄能电站目前多年的运行实践表明，厂房内干燥、无渗水等现象，证明地下厂房防渗排水系统设计完全能满足渗流控制要求，是安全、合理的。

5、结论与建议

（1）厂区防渗排水各洞室排水孔以引排为主、自流相结合;厂内排水设计以直接抽排为主。抽、排、自流相结合的方式形成了一个防渗排水系统设计。保证了在暴雨及设防水位条件下厂房建筑物施工期安全及建成后运行安全。

（2）各排水廊道要经常清理干净，保证畅通。每年汛期来临前，要全面检查，确保各排水廊道通暢无阻，特别是高程较低的一些排水管、厂房内的排水沟、地漏要经常进行人工疏通，以防堵塞而无法修复。

（3）检修集水井、操作廊道内的密封钢盖板，在尾水管检修期间，一定要关闭，以避免非常情况水淹厂房，危及厂房安全运行。

（4）自流排水洞如果提前施工，可作为地下洞室施工期自流排水系统，大大节约施工期排水费用。

（5）厂内设置防潮隔墙也很重要，当边墙发生渗水时，不会直接影响设备运行和厂内美观，并且还可以利用防潮隔墙与岩壁之间的空腔布置风道。

作者简介：

杨辉（1982-），湖南邵阳人，本科学历，工程师，从事工程设计工作。

杨阔，四川剑阔人，工程师，从事工程管理工作，单位是五凌电力有限公司。