黑河小孤山水电站引水发电隧洞优化设计.docx

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

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·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