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天池抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)設(shè)計

文檔作者：雷谷峰文檔來源：中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司		更新日期： 2026年06月16日	點擊數(shù)：
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LoW CARBON Wf)RI．D 201 6，l2 低碳技術(shù)
天池抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)設(shè)計
雷谷峰(中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司，長沙410014)
【摘要】本文介紹天池抽水蓄能電站的輸水系統(tǒng)的工程地形地質(zhì)條件、輸水系統(tǒng)布置、進(jìn)，出水口設(shè)計、引水隧洞、引水岔管及壓力鋼管設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】天池抽水蓄能電站：輸水系統(tǒng)：設(shè)計
【中圖分類號】TV743 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095—2066(2016)34—0101—02
1輸水系統(tǒng)工程概述
天池抽水蓄能電站裝機(jī)4x300MW．額定水頭5i0．Om。上
下水庫進(jìn)／出水口水平距離約3376m 距高比為6．6。輸水系統(tǒng)
布置于黃鴨河左岸天池岈溝與馬蹄河溝之間的山梁下．總體
呈北北東向，輸水系統(tǒng)分為引水、尾水系統(tǒng)．引水系統(tǒng)采用一
洞兩機(jī)，尾水系統(tǒng)采用一洞一機(jī)布置．尾部式廠房布置，設(shè)引
水調(diào)壓井。
2輸水系統(tǒng)工程地形地質(zhì)條件
輸水系統(tǒng)布置在天池岈溝與馬蹄河之間的雄厚山體內(nèi)．
區(qū)內(nèi)地形總的趨勢是北高南低．沿線無大的 中溝切割．地形較
完整 洞室埋深為47—514m，穿越的地層為中條期混合花崗巖
類和下元古界混合花崗片麻巖類，這兩類巖體邊界不規(guī)則．呈
漸變過渡。為混合交代接觸關(guān)系，巖性主要是花崗巖。
上庫進(jìn)／出水口、引水主洞上平段、上斜井段穿越的地層
為中奈期混合花崗巖類．巖性主要是花崗巖。洞室穿越巖體風(fēng)
化程度均為微風(fēng)化～新鮮， 整個洞室圍巖類別以Ⅱ類為主，穩(wěn)
定性較好。引水隧洞中平段、下斜井段、下平段和尾水系統(tǒng)穿
越的地層主要為下元古界混合花崗片麻巖類．巖性主要為花
崗巖。地表多為強(qiáng)風(fēng)化巖石， 洞室穿過巖體風(fēng)化程度均為新
鮮 下元古界混合花崗片麻巖類與中條期混合花崗巖類接觸
帶未見蝕變現(xiàn)象。整個洞室圍巖類別以Ⅱ類為主，穩(wěn)定性較
好．．榆水系統(tǒng)工程區(qū)地下水主要是基巖裂隙水 ．
3 輸水系統(tǒng)布置
輸水系統(tǒng)主要建筑物包括上水庫進(jìn)／出水口、引水主洞、
上游調(diào)壓井、引水鋼岔洞、引水支洞、尾水洞和下水庫進(jìn)／出水
口等，引水系統(tǒng)二洞四機(jī)布置兩個相同的水力單元， 中心距
66m，承受最大靜水頭為628m。為使輸水系統(tǒng)深埋隧洞，洞線
沿黃鴨河左岸天池岈溝與馬蹄河溝之間的山脊下布置，輸水
系統(tǒng)全長3616m． 引水系統(tǒng)長3l63m，尾水系統(tǒng)線路長度為
453m。其中從中平洞始端187m處至高壓支管采用鋼板襯砌。
尾水管出口102m 的尾水隧洞下平段采用銅襯，其余洞段采
用銅筋混凝土襯砌 發(fā)電工況、抽水工況輸水系統(tǒng)最大水頭損
失分別為l1．16m、l0．522m．．
引水系統(tǒng)由上平洞、引水調(diào)壓井、上斜井、中平洞、下斜
井、下平洞、引水岔管和高壓支管組成，兩條引水隧洞在主廠
房上游約60m 處設(shè)1、型月牙肋鋼岔管，分4條引水支洞，在
平面上以75。平行進(jìn)廠．引水隧洞洞徑為6．0～5．4m，高壓支洞
洞徑3．8m 引水隧洞鋼襯厚度26～65mm． 混凝土襯砌厚度
60em 、引水調(diào)壓井直徑8．7m，襯砌厚度為0．8m。
尾水隧洞平行布置4條，洞徑4．88m，中心間距為22．Om，
尾水隧洞由下平段、下彎段、斜井段和上彎段組成，上彎段后
直接和下水庫進(jìn)，出水口的漸變段相接。
輸水系統(tǒng)布置如圖l所示。
圖1輸水系統(tǒng)縱剖面示意圖
4 輸水系統(tǒng)主要設(shè)計特點
4．1上、下水庫進(jìn)／出水口體型及水力學(xué)研究
上水庫側(cè)式進(jìn)，出水口由整流段、漸縮段、矩形埋管段、閘
門豎井段和閘門后漸變段組成． 單個進(jìn)／出水口寬度為
24．OOm。攔沙坎設(shè)置于反坡坡度為l：7的整流段上游70m 處．
整流段和漸縮段均置于上水庫庫內(nèi)． 整流段內(nèi)設(shè)置4道防渦
梁，三向矩形漸縮段長40．Om，平面雙向收縮角為23。033。，頂
板單側(cè)收縮角為4．7162。． 漸縮段后接長度為51．00m 的矩形
埋管段和8．0m長的閘門豎井段。豎井內(nèi)設(shè)一道事故檢修閘
門．閘門由啟閉機(jī)室內(nèi)的固定式卷揚機(jī)啟閉．啟閉機(jī)室平臺通
過④公路和① 公路相接。閘門井段后接長度為l2．50m長的方
圓漸變段．?dāng)嗝娉叽缬?．7rex6．5m的矩形漸變?yōu)橹睆綖?．0m
的圓形
下水庫進(jìn)／出水口平行并排布置4個相同的進(jìn)／出水口．由
漸變段、閘門豎并段、矩形埋管段、漸擴(kuò)段和整流段組成，與上
水庫進(jìn)／出水口型式相似
抽水蓄能電站運行是雙向水流．進(jìn)／出水口的水力條件比
較復(fù)雜．．為了觀測各種工作水位下發(fā)電和抽水時的水流情況
和水頭損失，經(jīng)過整體水工模型試驗驗證、改進(jìn)，在各種工作
水位和流量組合下進(jìn)／出水口上方都不會產(chǎn)生貫通吸氣漩渦、
負(fù)壓．進(jìn)／出水口分流墩使出流各流道分流均勻良好。
4．2 引水洞襯砌型式選擇
根據(jù)目前國內(nèi)抽水蓄能電站的設(shè)計經(jīng)驗．在隧洞滿足最
小覆蓋厚度、洞問滲透穩(wěn)定的情況下。隧洞內(nèi)水壓力主要由圍
巖和混凝土聯(lián)合承擔(dān)．其中大部分由圍巖承擔(dān)。本工程引水主
洞布置區(qū)地形地質(zhì)條件較好，水頭相對較高．2條引水主洞間
的巖柱厚度為58．8m，下平段最大靜水壓力為6．28MPa．則滲
透水力梯度為9．4．隧洞沿線垂直和側(cè)向埋深均滿足要求，但
中平洞、下斜井及下平洞部分洞段的最小側(cè)向埋深安全裕度
偏低：同時根據(jù)在地質(zhì)探洞岔菅區(qū)進(jìn)行的高壓壓水試驗成果
看，在試驗壓力為8MPa時，巖體最大透水率為2．63Lu，因此，
參照目前國內(nèi)抽水蓄能電站引水隧洞的設(shè)計經(jīng)驗， 引水隧洞
除上平洞、上斜井及中平洞上游段l87．244m采用鋼筋混凝土
襯砌外．其余洞段均采用鋼板襯砌型式。
102
低碳技術(shù) LoW CARBoN WoRLD 2016，l2
尾水隧洞下平段頂部有母線洞和主變洞等大的洞室穿
越，為保證廠房下游側(cè)邊墻、母線洞和主變室的穩(wěn)定及防滲要
求．尾水管出口102m的尾水隧洞下平段采用鋼襯．其余洞段
全部采用鋼筋混凝土襯砌
4．3鋼筋混凝土襯砌段結(jié)構(gòu)設(shè)計
引水上平段、調(diào)壓井、上斜井、部分中平段和尾水隧洞等
均采用鋼筋混凝土襯砌．此部位均為Ⅱ類或Ⅱ一Ⅲ 類圍巖．其
上覆巖體均滿足內(nèi)水壓力作用下的挪威準(zhǔn)則要求． 圍巖最小
主應(yīng)力應(yīng)大于內(nèi)水壓力，保證在運行水頭下不產(chǎn)生水力劈裂．
且圍巖為弱～微透水巖石，設(shè)計中充分利用圍巖的承載、抗?jié)B
能力。隧洞采用0．5～0．6m鋼筋混凝土襯砌．為限裂透水結(jié)構(gòu)．
其主要作用是平整圍巖表面、降低糙率，利于圍巖灌漿，提高
圍巖的防滲能力。結(jié)構(gòu)計算采用圓形有壓隧洞襯砌公式法進(jìn)
行計算．配筋計算結(jié)果見表1。
表1 鋼筋混凝土襯砌配筋計算成果表
都住 洞徑( 最大裂縫 寬度
m) 襯砌厚度(m) 內(nèi)水壓力(m) 鋼筋(m) (
1／am)
調(diào)壓井 8．7 O．8 224．71 單層5擊l8 O．13
引水上平洞 6．0 0 5 224．71 單層5+14 O．18
引水中平洞 6．0 0．5 544．86 單層10+14 0．15
尾水下平洞 4．88 O．6 143．98 單層10+20 0．19
為了充填襯砌與圍巖間的縫隙．改善襯砌的傳力條件和
減少滲漏．除斜井外均進(jìn)行回填灌漿處理．其灌漿范圍為頂拱
120。，灌漿壓力O．3—0．5MPa。隧洞全斷面固結(jié)灌漿。灌漿孔間
排距3m，入巖4～5m，灌漿壓力隨隧洞的埋深和內(nèi)水壓力的增
大而逐漸升高。壓力值1～6MPa。
4．4高壓鋼襯段結(jié)構(gòu)設(shè)計
4．4．1壓力鋼管
壓力鋼管壁厚計算按照《水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范》中推
薦的公式進(jìn)行計算．廠房上游邊墻15m范圍內(nèi)管壁厚度按明
管設(shè)計．15～30m 范圍圍巖單位抗力系數(shù)K0=0的地下埋管設(shè)
計．內(nèi)水壓力全部由鋼管承擔(dān)；其余部分按地下埋管設(shè)計，內(nèi)
水壓力由鋼管、混凝土和圍巖聯(lián)合受力。鋼管內(nèi)水壓力近似按
蝸殼進(jìn)口斷面處的壓力進(jìn)行計算，外水壓力考慮引水支洞段
排水系統(tǒng)的作用，排水廊道高程底至引水銅管段取全水頭，排
水廊道底高程至地面高程段取0．4倍地下水水頭。
鋼管壁厚計算成果見表2。
表2 壓力鋼管鋼襯厚度計算成果表
斷面位置 2．24m 管段 廠前15m管段 廠前30m 管段 地下埋管段
管材 61OMPa
鋼襯厚度(mm) 40 65 56 26-50
加勁環(huán)高度(mm) 15O 15O
加勁環(huán)厚度(mm 2O 20
4．4I2 高壓鋼岔管
天池抽水蓄能電站岔管段承受水頭高， 荷載設(shè)計值
8．4MPa，PD值較大。最大達(dá)4320m ，鋼岔管按明管和聯(lián)合承載
結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維有限元計算分析，采用月牙肋卜形鋼岔管型
式，由于天池抽水蓄能電站岔管周圍為Ⅱ類巖體。考慮由圍巖
承擔(dān)一部分內(nèi)水壓力，以減小管壁厚度和肋板尺寸。為此，根
據(jù)地下埋藏式鋼岔管聯(lián)合承載設(shè)計準(zhǔn)則，確定相應(yīng)的鋼岔管
體形、管壁厚度和肋板尺寸，并滿足明管校核條件(即鋼岔管
中最大應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度)的管壁厚度和肋板尺寸．管壁最大
厚度58mm，肋板厚度120mm。
埋藏式鋼岔管光面管抗外壓穩(wěn)定安全系數(shù)小于2．0．因此
需要采用加勁環(huán)才能滿足抗外壓穩(wěn)定要求．所需的加勁環(huán)間
距為2．5m、高度0．2m、厚度為54mm。埋藏式鋼岔管由于考慮
了圍巖聯(lián)合承載。不能按最大內(nèi)水應(yīng)力進(jìn)行水壓試驗．水壓試
驗時最大內(nèi)水壓力值不宜超過6．53MPa
4．5高壓鋼管排水設(shè)計
引水系統(tǒng)布置區(qū)的山體雄厚，地下水位較高，由于鋼襯段
長度較長。外壓失穩(wěn)的穩(wěn)定問題應(yīng)重視。為降低鋼襯段的外水
壓力，保持地下洞室的干燥，設(shè)置兩套排水設(shè)施。①在壓力銅
管上方設(shè)置排水廊道，排水廊道平面平行于壓力鋼管布置，中
平洞排水廊道布置兩條，位于中平洞壓力鋼管上方約43m處，
下平洞排水廊道布置三條，位于下平洞壓力鋼管上方71～5lm
處。中平洞排水廊道下游端底板打三條D90排水孔，將中平洞
排水廊道的水排到下平洞排水廊道。下平洞排水廊道與廠房
排水廊道結(jié)合，廊道內(nèi)排水方式采用自流排水。② 銅管管壁及
巖壁排水．由環(huán)向集水管和縱向排水管組成．于廠房上游墻出
露，并引至廠房集水井。鋼管管壁及巖壁排水力求施工工藝簡
單、安全可靠、排水效果好。
5 結(jié)論
天池抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)較長， 廠房為尾部式開發(fā)方
式．需設(shè)置引水調(diào)壓井。高壓管道壓力較低的上平段及上斜井
段巖體較完整．采用鋼筋混凝土襯砌易于施工．結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險
較低。高壓管道根據(jù)地形地質(zhì)條件，采用雙斜井布置，不僅縮
短了高壓管道的長度。同時布置較長的中平段減少高壓段的
長度，也是比較經(jīng)濟(jì)的。
參考文獻(xiàn)
【1】邱彬如，劉連希．抽水蓄能電站工程技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社
2008．
收稿日期：2016—11-1
作者簡介：雷谷峰(1971一)，女，高級工程師，本科，_*--t-,V,事水
電工程設(shè)計工作。

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