清水河水利枢纽工程引水发电洞布置方案比选

2021-05-19张龑王立群李洪蕊

水利水电工程设计 2021年1期

张龑王立群李洪蕊

1 工程概况

清水河水利枢纽工程位于云南省文山州清水江流域，工程任务为以城乡生活和工业供水、农业灌溉为主，兼顾发电等综合利用。清水河水库总库容为1.26亿m3，设计供水量为9 271万m3，灌溉面积1.55万hm2（23.2万亩）。电站共3台机组，总装机容量为8.0 MW。工程等别为Ⅱ等，工程规模大（2）型。

水利枢纽工程主要由大坝、岸边溢洪道、引水发电洞、放空隧洞、平老泵站、电站、过鱼设施及生态放水管等组成，其中平老泵站、电站采用联合一体布置。右岸引水发电洞主要承担生态基流下放、城镇供水及灌溉取水任务，考虑到清水河水库对供水对象的重要性、生态水量下放对保证下游生态的重要作用及下游平老泵站的建筑物级别，将引水发电洞（包含进水口）建筑物级别确定为2级。

2 引水发电洞布置方案

清水河水库左岸为凹岸，右岸为凸岸。坝址区河谷呈“V”形，左右岸山体雄厚，基本对称。左岸山顶高程1 477.6 m，右岸山顶高程1 482.8 m，两岸坡度一般为25°～38°。两岸零星发育阶地。河流切割深度160～170 m。两岸植被发育，基岩零星出露。选择隧洞布置方案时，应根据隧洞的用途、运行和施工条件，研究临时与永久相结合以及一洞多用的可行性、合理性和经济性。[1]电站与泵站联合布置在坝下河床内。引水发电洞布置充分考虑与各水工建筑物相互位置关系，坝址区地形地质条件，初步拟定左岸引水发电洞、右岸引水发电洞两个方案。

2.1 左岸引水发电洞

引水发电洞布置于靠近左坝肩的山体中，引水发电建筑物由引渠段、岸塔式进水口段、进口渐变段、平面转弯段、出口钢衬段等组成。引水发电洞总长487.80 m，有压圆形断面，洞径4.0 m，纵坡i=0.076 8。钢筋混凝土衬砌部分长度258.00 m，桩号引0+280.00—引0+509.80采用钢板外包混凝土衬砌，混凝土厚度0.7 m，钢板厚度14 mm。隧洞出口处经卜形岔管连接电站和泵站压力钢管。左岸引水发电洞平面布置详如图1所示。

图1 左岸引水发电洞平面布置示意图

2.2 右岸引水发电洞

引水发电洞布置于靠近右坝肩的山体中，引水发电建筑物与左岸方案一致。引水发电洞总长416.80 m，有压圆形断面，洞径4.0 m，纵坡i=0.076 8。钢筋混凝土衬砌部分长度267.00 m，桩号引0+289.00—引0+438.80采用钢板外包混凝土衬砌，混凝土厚度0.7 m，钢板厚度14 mm。与左岸方案类似，隧洞出口处经卜形岔管连接电站和泵站压力钢管。右岸引水发电洞平面布置详如图2所示。

3 引水发电洞布置方案比选

3.1 地形地质条件

图2 右岸引水发电洞平面布置示意图

左、右岸引水发电洞穿越地貌均属于低中山构造侵蚀地貌，左岸自然边坡坡度15°～30°，右岸自然边坡坡度10°～20°，左右岸方案地形条件相似。进水塔建基面位于弱风化中上部T2bb-2岩体中，岩性为黄绿色中厚层泥质粉砂岩夹灰黑色泥岩，属软岩-中硬岩。建基面以弱风化岩体为主，地基承载力能够满足其建基要求。两条洞线穿越的岩层主要为三叠系版纳组上段第1层（T2bb-1）中厚层状灰岩夹泥质灰岩及第2层（T2bb-2）中厚层泥质粉砂岩夹灰黑色泥岩，围岩强度均以较软岩为主，中硬岩次之，围岩类别以Ⅳ类、Ⅲ类为主，局部Ⅴ类。两方案引水发电隧洞地质条件不存在大的差异。

3.2 工程布置比较

左右岸两方案的进水塔型式、进水塔结构布置、引水发电洞洞径、电站厂房位置及结构布置完全相同。左岸引水发电洞进水塔位于坝轴线左岸上游160 m处，进水塔单独布置，导流放空洞和溢洪道均布置于右岸；右岸引水发电洞进水塔位于坝轴线右岸上游220 m处，导流放空洞进水塔和引水发电洞进水塔相邻布置，放空洞运行时起到拉沙作用，对保证引水发电洞进口的“门前清”起到一定作用，且两个进水塔联合布置，开挖量较小，枢纽整体布置较为紧凑。

左岸引水发电洞洞线长487.8 m，其中钢衬段长229.8 m；右岸引水发电洞洞线长416.8 m，其中钢衬段长149.8 m。左岸引水洞较右岸引水洞长71 m。

两种布置方案的综合比较详见表1。

3.3 运行管理分析

左岸引水发电洞方案进水口独立布置于左岸，其它枢纽建筑物均在右岸，交通不便利，需单独设置进厂公路，运行管理不便利。右岸方案引水发电洞进水口和导流放空洞进水口相邻布置，且各枢纽建筑物均在右岸，有利于交通道路布置，枢纽布置紧凑，便于运行管理。

3.4 投资分析

左岸引水发电洞方案主要工程投资为5 336万元，右岸方案为4 839万元。左岸方案工程投资比右岸方案多497万元，因左岸引水发电洞较右岸长71 m，隧洞的开挖、支护工程量相对增加，且因右岸进水口和导流放空进水口相邻布置，则右岸方案进水口土石方开挖量相对较少。

表1 引水发电洞方案布置综合比较表

3.5 比选结论

两种布置方案均能够满足取水、发电及生态基流下放等多项功能要求，隧洞穿越地层岩石条件基本相当，进水塔建基面坐落岩体基本相同。左岸引水发电洞较右岸洞线长71 m，且左岸进水塔开挖量明显大于右岸开挖量，因此，主体工程投资方面，左岸引水发洞主体工程投资小，更为经济。右岸方案枢纽建筑物布置紧凑，便于运行管理。综合分析，清水河水利枢纽工程引水发电洞布置推荐右岸布置方案。