北盘江董箐水电站引水系统设计综述（杨鹏,何开进）

摘 要：董箐水电站进水口采用前置混凝土挡墙取代叠梁门作为分层取水方案，节省了工程投资、缩短了工程建设周期，降低了后期电站运行成本。压力钢管采用无盖重灌浆、补偿收缩混凝土等方法，保证了压力钢管运行安全加快了施工进度。

关键词：引水系统 设计 董箐水电站

一、工程概况

北盘江董箐水电站位于贵州省西南部的北盘江（茅口以下）下游镇宁县与贞丰县交界的打帮河口至坝坪沟河段上，为国家“西电东送”的第二批开工的重点工程。电站枢纽由钢筋混凝土面板堆石坝、左岸开敞式溢洪道、右岸放空洞、右岸引水系统、右岸岸边地面厂房组成，导、截流建筑物由左岸1#导流洞、右岸2#导流洞、上、下游土石不过水围堰组成。电站正常蓄水位490m，水库总库容9.55亿m3，装机容量为880MW（4×220MW）。引水系统布置于右岸，采用一洞一机单元供水方式，由塔式进水口、引水隧洞、压力钢管等建筑物组成。

引水系统穿越地层为T2b1厚层、中厚层状砂岩、粉砂岩夹钙质泥岩，地质构造较简单，基本为单斜层面，岩层总体产状N0°～30°E/SE（E）∠22°～40°，岩层走向与洞轴线交角较小。大部分洞身段成洞条件较好，多数为Ⅲ类围岩，少数为Ⅳ类围岩。

二、进水口设计

1.进水口结构布置

(1)结构型式比选

①进水塔结构型式比选

本工程正常蓄水位490.0m，死水位483.0m，最低发电水位475.0m，水库有效工作深度较大，故适合布置深式进水口。对深式进水口采用塔式和竖井式进行分析比较，因进口段地形较平缓，覆盖层和强风化层较厚，采用竖井式成洞条件差，增加支护措施和施工难度，且拦污栅需倾斜布置，其布置和运行较为不便。塔式进水口为框排架结构，结构整体性和稳定性好，便于拦污栅和启闭机布置，操作运行较有利，不存在成洞条件问题。

初步进行工程量和造价估算，二者相近。由上述工程和运行条件比较可见塔式进水口较优，因此，本工程采用塔式进水口。

②分层取水方案比选

为达到引用水库表层高温水，减轻发电下泄低温水对下游水生生物的影响，结合工程实际，参照国内相关资料，初步拟定了两种分层取水方案进行比较：1)前置挡墙方案；2)叠梁门方案。在布置上，挡墙或叠梁门方案的高度及距拦污栅进口距离均应满足下泄水温需要及进水口水力学条件的要求。为充分发挥拦污栅拦污功能或叠梁门正常提升，在发电极限水位、死水位、正常水位及各种工况下，进水口水力学必须满足。水流过栅流速≤1.25m/s及叠梁门处水流流速≤1.2m/s的要求。

a.前置挡墙方案

进水口拦污栅栅顶高程为485.00m，在进水口前13m处设置扶臂式钢筋混凝土挡墙，挡墙两侧与进水口边墩相接。墙高15m，墙厚3m，扶臂间距5m，臂厚2m。挡墙顶部高程为470.00m，挡墙底部为3m厚钢筋混凝土基础，在拦污栅墩前缘设置一结构缝与进水塔分开。

b.叠梁门方案

将原进水口底板向前延伸加长11.1m，栅顶高程为490.00m，栅体高35m。在拦污栅后设置叠梁门墩，墩高39.5m，底部高程455.00m，顶部高程494.50m，与拦污栅墩净距4.1m，与进水室胸墙净距5.5m，设钢筋混凝土支撑梁与拦污栅墩及进水室胸墙连接。叠梁门墩与进水口边墩或中墩形成取水孔，孔宽6.5m，取水孔设平面滑动叠梁门。门顶最大高程475.00m，底槛高程455.00m。

从运行条件、工程投资及施工条件等方面的比较分析，前置挡墙方案与叠梁门方案取水平均高度基本相同，对下游水温调节作用基本相当。但是，前置挡墙方案在工程投资、运行条件、施工条件等方面均优于叠梁门方案。故选择前置挡墙方案作为董箐水电站分层取水的方案。

(2)结构布置

塔式进水口由前置挡墙、直立式拦污栅、启闭机排架及闸门井等组成。底板高程按戈登公式S=CVd1/2计算，以最低发电水位475.0m为基准，考虑提前发电因素确定进水口底板高程为455.00m，塔顶与坝顶同高程为494.5m，塔高39.5m，塔顶与上坝公路连接。

在进水口前13m处设置扶臂式钢筋混凝土挡墙，挡墙两侧与进水口边墩相接。墙高15m，墙厚3m，扶臂间距5m，臂厚2m。挡墙顶部高程为470.00m，挡墙底部为3m厚钢筋混凝土基础，在拦污栅墩前缘设置一结构缝与进水塔分开。拦污栅前缘总宽89.2m，栅顶高程485.00m，栅体高30m，进水塔顺水流向水平长18.5m。进水口轴线高程459.50m，喇叭口上缘曲线方程为x2/92+y2/32=1，两侧为半径1.5m的圆曲线。闸门井内设一道平板事故检修门，孔口尺寸为7m×9.25m（宽×高）。

2. 进水口结构计算

塔体位于T2b1边阳组上段砂岩夹泥岩上，无明显断层和软弱结构面，地基允许承载力4.5MPa。因为采用闸门下游止水，运行期和检修期内外水压均平衡，对拦污栅框架和闸门井平、纵截面进行结构计算，表明按构造配筋能满足结构强度要求，设计混凝土强度等级为C25，采用Ⅱ级钢筋，基底应力满足承载力要求。

三、压力隧洞设计

1.压力隧洞结构布置

四条引水隧洞平行布置，纵坡i=7.5%，轴线间距22.0m，额定流量时水流速为3.78m/s。1#～4#引水隧洞长分别为259.64m、268.47m、279.75m、285.86m，断面为圆形，内径为9.0m。根据工程经验选取混凝土衬砌厚0.8m，强度等级为C25。

2.结构计算

引水隧洞主要穿越Ⅲ类围岩，局部为Ⅳ类，上游段按Ⅲ类围岩、下游段分别按Ⅲ类和Ⅳ类围岩计算，计算工况如下：

①运行工况:内水压力+山岩压力+衬砌自重+弹性抗力

②检修工况:最大外水压力+山岩压力+衬砌自重

③施工工况:灌浆压力+山岩压力+衬砌自重+外水压力

计算方法采用《水工隧洞设计规范》推荐

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