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小水電站采用無(wú)壓引水隧洞的探討
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摘 要:針對(duì)已建的小水電引水工程中普遍采用的無(wú)壓引水隧洞方案,總結(jié)分析其投資、施工技術(shù)條件和對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù),并就有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。表1個(gè)。
關(guān)鍵詞:小水電水電站引水系統(tǒng)引水隧洞隧洞設(shè)計(jì)無(wú)壓隧洞
1、概況
截至2003年漳浦縣已建小水電站59座,總裝機(jī)2.83萬(wàn)kW,其中從1998年至2003年的6年期間新建21座,總裝機(jī)1.14萬(wàn)kW。全縣已建的水電站采用無(wú)壓引水隧洞有11處總長(zhǎng)11.86km,占總引水線路長(zhǎng)度的72%。
已建小水電的引水流量大都在1.2~5m3?s,由于引水渠線沿途山坡較陡峻,地形復(fù)雜多變,開(kāi)挖明渠后需全斷面護(hù)砌,同樣的輸水流量,其單位渠長(zhǎng)的投資與無(wú)壓引水隧洞接近。而采用隧洞方案可縮短引水線路,減少管理維修費(fèi)用,減少土地征用和青苗賠償費(fèi)用,保護(hù)環(huán)境,獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)可避免由于處理土地征用和賠償問(wèn)題而延誤工期。因此,近幾年小水電站引水工程普遍采用無(wú)壓引水隧洞方案。目前,小水電建設(shè)熱潮方興未艾,采用無(wú)壓引水隧洞方案普遍得到投資者的認(rèn)可,對(duì)改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境大有益處,符合可持續(xù)發(fā)展的思想。
2、被普遍采用的原因
1)從工程投資方面看,能被投資者所接受。對(duì)已建的幾處水電站的引水工程統(tǒng)計(jì)分析,引水流量在1.2~5m3/s的無(wú)壓引水隧洞,斷面為城門(mén)形,寬1.5~2m,高2.5m(直墻高2m,矢高0.5m),單位長(zhǎng)度投資600~1050元(含襯砌,下同),其中開(kāi)挖投資在550元以下。如澎水電站的二期東線引水工程,引水流量5m3/s,引水明渠長(zhǎng)1206m,縱坡1/500,投資130萬(wàn)元,單位渠長(zhǎng)投資1080元;無(wú)壓引水隧洞3處長(zhǎng)2605m,縱坡1/500,斷面為城門(mén)形,寬2m,直墻高2m,矢高0.5m,投資302萬(wàn)元,單位長(zhǎng)度投資1160元,其中開(kāi)挖投資144萬(wàn)元,單位洞長(zhǎng)投資550元。三角潭水電站建引水隧洞2處長(zhǎng)900m,斷面為城門(mén)形,寬2m,直墻高2m,矢高0.5m,投資51萬(wàn)元,單位長(zhǎng)投資560元,其中開(kāi)挖投資525元。另外,統(tǒng)計(jì)近3年以來(lái)興建的無(wú)壓引水隧洞5處總長(zhǎng)6260m,洞寬1.5~2m,至拱頂高2.2~2.5m,單位洞長(zhǎng)投資為715~560元,其中開(kāi)挖投資530~450元。統(tǒng)一分析表明,隧洞與明渠的平均單位長(zhǎng)投資比較接近。隨著施工隊(duì)伍的增加,通過(guò)投標(biāo)競(jìng)爭(zhēng),隧洞施工承包價(jià)會(huì)逐漸下降。
2)從技術(shù)方面,隧洞的施工技術(shù)逐漸提高。對(duì)小斷面隧洞施工,各地均有專業(yè)施工隊(duì)伍,機(jī)械設(shè)備配套較完善,工人對(duì)鑿巖、支承、襯砌以及洞內(nèi)安全保護(hù)措施,對(duì)塌方的處理和預(yù)防都有一套較成熟的經(jīng)驗(yàn)。因此,小斷面隧洞施工,在技術(shù)上已沒(méi)有障礙。
3)在引水工程中,隧洞方案可縮短引水線長(zhǎng)度,減少因明渠段開(kāi)挖所需的土地征用、青苗賠償和拆遷賠償費(fèi)用。在工程建設(shè)中,因解決土地征用和賠償?shù)日咝缘膯?wèn)題,涉及面廣,往往延誤了工期,使工程施工處于尷尬狀態(tài)。如本縣的下樓電站引水渠,渠道設(shè)計(jì)流量1.5m3s。原設(shè)計(jì)方案位于渠線3+109~4+259的渠段為傍山渠道,其中途經(jīng)下樓社后渠段長(zhǎng)400m采用鋼筋砼圓涵。就因?yàn)榻鉀Q渠道通水滲漏對(duì)下樓村群眾造成危害性和處理沿途拆遷賠償?shù)葐?wèn)題,用了近半年時(shí)間還是未能達(dá)成協(xié)議。后來(lái)將原傍山渠道方案改為隧洞線方案,隧洞長(zhǎng)340m,改線后渠段比原來(lái)縮短541m。實(shí)施后工程投資比原方案減少7萬(wàn)元,其中減少賠償費(fèi)用4.5萬(wàn)元。
4)對(duì)改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境有益。改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境是小水電建設(shè)工程的一項(xiàng)主要目標(biāo)。在一條河流上有水力資源可開(kāi)發(fā)利用的,大都是連續(xù)梯級(jí)開(kāi)發(fā)建設(shè)電站,開(kāi)挖明渠對(duì)植被產(chǎn)生破壞,造成新的水土流失。采用隧洞方案,對(duì)實(shí)施小水電生態(tài)保護(hù)工程是一項(xiàng)很好的措施之一。
5)方便管理,提高經(jīng)濟(jì)效益。調(diào)查本縣1980年以來(lái)運(yùn)行的無(wú)壓引水隧洞,無(wú)發(fā)現(xiàn)因隧洞問(wèn)題引起的停水事故。因小水電地處山區(qū)多暴雨區(qū),易產(chǎn)生山洪暴發(fā)而沖毀明渠停止發(fā)電,不但增加維修費(fèi)用,而且影響電站經(jīng)濟(jì)效益。如本縣石坂水電站,1999年,引水渠被水沖跨30m,停止發(fā)電20天,減少發(fā)電收入6萬(wàn)元。
3、有關(guān)問(wèn)題的探討
3.1隧洞選線
隧洞選線,除了注意洞線的地質(zhì)條件外,還應(yīng)把洞線進(jìn)出口與明渠的連接形式通盤(pán)考慮,進(jìn)行方案比較選定。下樓電站引水工程,在進(jìn)行下樓隧洞選線過(guò)程中,曾對(duì)兩種洞軸線方案做較詳細(xì)分析比較。第1方案雖洞身短(洞長(zhǎng)240m),但隧洞出口需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)60m的深挖方地段,挖方工程量大,施工條件困難,威脅工程安全,挖后還需接長(zhǎng)明洞。第2方案為實(shí)施方案。為避開(kāi)出口深挖地段,在距進(jìn)口143m處洞軸線轉(zhuǎn)向山谷右邊,成為山谷線傍山隧洞。這樣隧洞軸線在平面上由兩直線相交而成,轉(zhuǎn)折處內(nèi)夾角153°40′57″,進(jìn)口直線段長(zhǎng)143m,沿山脊線穿過(guò),出口直線段長(zhǎng)197m,沿山谷右側(cè)傍山穿過(guò),隧洞總長(zhǎng)340m。隧洞軸線通過(guò)的地段,山體穩(wěn)定,山坡表面已有巖石暴露,洞軸外側(cè)復(fù)蓋厚度16~20m,洞口挖深7m,且土質(zhì)良好,挖方工程大大減少。雖然洞長(zhǎng)比第1方案多100m,但兩個(gè)方案投資接近。
3.2隧洞進(jìn)出口布置應(yīng)注意事項(xiàng)
按一般規(guī)定,開(kāi)始進(jìn)洞的位置,洞頂復(fù)蓋厚度大于3倍的洞高就可進(jìn)洞。下樓隧洞的進(jìn)出口斷面是在開(kāi)挖深7m就開(kāi)始進(jìn)洞(洞高2.2m),提早進(jìn)洞可減少開(kāi)挖工作量。洞口位置應(yīng)盡量選擇在土質(zhì)好的山脊處,進(jìn)出口與渠道連接宜采用渡槽跨過(guò)山谷或暗渠穿過(guò),這樣可避開(kāi)洪水對(duì)洞口的威脅,對(duì)施工以及今后的渠道管理都有利。
3.3隧洞斷面的確定
無(wú)壓流隧洞洞身水力計(jì)算采用等速流公式。由于小水電引水流量較小,按輸水流量所計(jì)算的斷面往往不能滿足施工斷面的要求,因此,需按滿足施工要求的斷面確定。按現(xiàn)有的一般施工方法,并考慮排水和通風(fēng)管所占的寬度,采用的施工斷面為寬不少于1.5m、高度不少于1.8m(襯砌后)。下樓隧洞計(jì)算的寬1.4m,水深1.2m,選用襯砌后的寬1.5m,高2.06m(其中直墻高1.68m、拱矢高0.38m)。
3.4關(guān)于石洞襯砌與非襯砌投資比較
巖石堅(jiān)硬完整地段,對(duì)于小斷面隧洞,一般不考慮襯砌。但為了降低糙率,采用局部襯砌(僅對(duì)過(guò)水面以下的兩側(cè)墻和底板)方法,襯砌材料采用M5砂漿砌片石,襯砌厚度0.1m。當(dāng)流量、底坡和過(guò)水深不變時(shí),經(jīng)過(guò)襯砌后迎水面糙率降低,洞寬減少,開(kāi)挖量減少,從而得出增加襯砌后的單位洞長(zhǎng)投資比非襯砌省。現(xiàn)從下列數(shù)據(jù)加以說(shuō)明:
取流量Q=2.5m3?s,底坡i=1?500,水深h=1.6m,不襯砌取糙率n=0.04,襯砌糙率?。睿剑埃埃玻?。比較結(jié)果:進(jìn)行襯砌比非襯砌單位長(zhǎng)投資減少75元,詳(見(jiàn)表1)。
4、結(jié)束語(yǔ)
隨著隧洞施工技術(shù)的提高和機(jī)械設(shè)備的革新,工程投資會(huì)逐步下降。當(dāng)?shù)匦蔚刭|(zhì)條件適宜的情況下,小水電引水應(yīng)盡量采用隧洞方案,可獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益,符合生態(tài)電站建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的思想。對(duì)結(jié)構(gòu)上不要求襯砌的隧洞,是否通過(guò)襯砌降低糙率,節(jié)省投資,要因地制宜,通過(guò)比較采用。
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