黑河小孤山水电站引水发电隧洞优化设计.docx

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第46卷第4期2010年4月Vol.46,No.4

第46卷第4期2010年4月

Vol.46,No.4Apr.,2010

GansuWaterConservancyandHydropowerTechnology

·27·

·设计与研究·

黑河小孤山水电站引水发电隧洞优化设计

梁雪瑾

(甘肃省水利水电勘测设计研究院,甘肃兰州730000)

摘要:小孤山水电站为长隧洞引水式电站,隧洞工程投资约占主体工程土建投资的70%,并控制电站建设的总工期,通过优化引水隧洞的洞线布置及断面型式,对于降低工程造价及缩短施工工期具有重要意义。

关键词:引水隧洞;横断面;支护衬砌;优化;小孤山水电站中图分类号:TV672+.1文献标识码:B

1工程概况

小孤山水电站位于张掖市境内,位处高寒、高震地区,为长隧洞引水式中型电站。电站主要由枢纽、引水隧洞、发电厂房等组成。电站设计装机容量102MW,设计引水流量105m3/s,隧洞最大设计水头为80m。

构成引水隧洞的围岩为坚硬的硅质板岩和石英二长岩,围岩山体宽厚,有较大断层Fm、Fa、Fig、F?、F、Fn、F?和一些小断层分布,但对成洞无较大影响。岩体基本完整,开挖时局部有少量地下水活动,围岩类别为Ⅱ~V类,硬岩与软岩均有分布,其中:Ⅱ类围岩约占42%;Ⅲ类围岩约占40%;IV类围岩占10%;V类围岩占8%。

2洞线方案优化

小孤山引水发电隧洞长达9km多,隧洞工程投资约占主体工程土建投资的70%。洞线的选择和衬砌型式直接影响到该项目的建设周期及经济效益。因此,需要研究优化隧洞的洞线布置及断面型式,以降低工程造价及缩短施工工期。

可研阶段隧洞洞线比较顺直,洞线短是其优点,但埋置深度大,距离黑河河谷较远,受地形条件限制,开设施工支洞少,独头掘进长度大,施工工期长且难以保证,工程单价高。为缩短引水隧洞施工工期,在满足枢纽总布置要求的条件下,充分考虑地质条件,并结合施工支洞布置,初设阶段共提出3个洞线方案进行技术经济比较。

方案一:即可行性研究阶段推荐的洞线方案,隧洞长度9366m,最大埋深达930m,隧洞布置有3条施工支洞,分别位于隧洞进口、大孤山沟、隧洞出口(调压井处),施工支洞总长678m。最大独头掘进深度2580m,施工工期44个月。

方案二:隧洞洞线同方案一,只是在洞线上增加了2条施工支洞,施工支洞共布置5条,分别位于隧洞进口、双沟、大孤山沟、石羊岭及隧洞出口(调压井处)。施工支洞总长2065m,最大独头掘进深度1722m,施工工期为33个月。

方案三:考虑到方案二隧洞埋深大,施工支洞长,施工工期仍然较长,为加快工程施工进度,以缩短施工支洞长度,降低隧洞埋深为目的,洞线向外(靠近黑河河谷)布置,隧洞长

度9840m,隧洞最大埋深为730m,布置有5条施工支洞分别位于隧洞进口、双沟、大孤山沟、石羊岭及隧洞出口(调压井处)。施工支洞总长1052m。最大独头掘进深度为1500m,施工工期为27个月。

方案三与方案一相比:隧洞最大埋深降低约200m,长度增加582m,隧洞施工独头掘进深度减少1080m,有利于施工通风及运料,施工工期缩短17个月,发电效益增加17298万元。但工程投资增加1387.28万元。

方案三与方案二相比:隧洞最大埋深降低约200m,长度增加582m,隧洞施工独头掘进深度减少222m,有利于施工通风及运料,施工工期缩短6个月,发电效益增加5462.6万元。但工程投资增加213万元,投资增加额小于电站1个月的发电收入。

从分析比较中看出,适当增加施工支洞的数量,可显著缩短施工总共期。洞身埋深较小时,可在需要时增加施工支洞,使隧洞施工进度更加有保证,运料及通风、供气等工程也更容易实施。综合比较,隧洞推荐方案三。

由于隧洞的长短直接关系到工程的造价问题,因此在方案三的基础上结合工程地质勘察资料,技施阶段进一步调整洞线,最终的洞线长度为9040.771m。

3隧洞横断面形状及支护村护型式优化

可研阶段隧洞采用圆形钢筋混凝土衬砌断面,未充分利用围岩的自承能力,工程量较大,造成工程投资较高。本工程引水洞线Ⅱ~Ⅲ类围岩洞段占80%以上,岩石完整性较好,从结构强度意义上讲可不衬砌,由围岩来承担内水压力。因此初设阶段拟定了两个隧洞断面和衬护型式方案,即平底马蹄形断面锚喷衬护方案和圆形断面钢筋混凝土衬砌方案。

(1)Ⅱ类围岩洞段(设计水头小于60m)

平底马蹄形断面,喷微纤维混凝土衬护,喷层厚度10cm,洞径78m(图1)。

(2)Ⅲ类围岩洞段(设计水头小于60m)

平底马蹄形断面

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