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水利水电施工2016·第2期总第155期

某大型水电站压力管道竖井段衬砌型式设计施工优化可行性浅析

●王国力/(中国水利水电第七工程局有限公司)

【摘要】常见的水工隧洞衬砌型式包括钢筋混凝土衬砌、钢板衬砌等，本文根据某大型水电站实际工程情况，在分析在建及已建工程压力管道衬砌型式的基础上，通过技术因素对比分析并结合实际工程运行经验，考虑长远效益和安全运行，建议选定压力管道竖井段为钢板衬砌型式。

【关键词】压力管道竖井段钢板衬砌型式

1工程概述

某水电站位于四川省凉山彝族自治州的雅砻江中游河段上，开发任务为发电，电站正常蓄水位2094m,电站总装机容量1500MW,安装4台375MW的混流式水轮发电机组。该水电站为一等工程，工程规模为大(1)型。枢纽主要建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物及引水发电系统等组成。挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝，最大坝高155m;泄洪消能建筑物为坝身表、中孔十坝后水垫塘及二道坝，泄洪建筑物布置在混凝土坝身，消能建筑物布置在坝后；引水发电系统布置在河道左岸山体内，地下厂房采用首部开发方式。

引水发电系统主要建筑物由进水口、压力管道、地下厂房及辅助洞室、尾水调压室、尾水闸门室、尾水隧洞等组成。引水系统采用单机单洞竖井式布置，不设上游调压室。进水口型式采用岸塔式，设拦污栅、检修闸门和快速闸门，进水口前缘总宽度为104m,顺水流方向长28m。单个进口宽26m,塔高约45m。压力管道为竖井式，内径10.4m,长度210～267m,除下平段近厂段50m采用钢板衬砌外，其余洞段均采用钢筋混凝土衬砌。

压力管道按单机单管竖井式布置，共4条。压力管道由上平段、上弯段、竖井段、下弯段、下平段组成，总长度为266.79～209.95m。竖井隧洞间距33m,洞间岩柱厚度21m,为1.75倍开挖洞宽，满足规范要求。压力管道断面采用水力特性和受力条件都比较好的圆形。压力管道上平段至下平段渐变段末端采用钢筋混凝土衬砌，下平段渐变段末端至厂房上游边墙50m采用钢板衬砌，约为最大静水头的0.4倍。选择压力管道钢板衬砌段洞径为9.2m,单机引用流量424.7m3/s,相应流速为

6.39m/s,钢筋混凝土衬砌段洞径为10.4m,相应流速为5.0m/s。

上、下弯段转弯半径为30m,中心线长47.12m,竖井段高32.1m。上弯段、竖井段、下弯段均采用C25钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.8m。

压力管道钢板衬砌段内径9.2～8.82m,采用平坡布置，中心高程1973.5m(同机组安装高程)。距厂房上游边墙15m起设5m长锥管段，钢管内径由9.2m渐变至8.82m,与机组蜗壳进口相接。钢板衬砌外回填C20素混凝土，厚80～99cm。为防止钢筋混凝土衬砌段管道内的水渗入钢管外，在钢衬起点处设置3道止水环，止水环尺寸26mm×300mm(厚×高);为增加钢衬抗外压能力，沿管线布置加劲环，加劲环间距1.0m,尺寸26mm×250mm(厚×高);在钢衬末端设置4道止推环，止推环尺寸26mm×300mm(厚×高)。

2前期阶段压力管道竖井选择钢筋混凝土衬砌型式的原因

(1)压力管道地质条件。可行性研究及招标阶段的地质勘察成果表明：竖井段上覆岩体较厚，最薄为100m,主要为新鲜花岗闪长岩，岩体以次块、块状为主，岩体完整，无较大的断层通过。竖井段洞室围岩以Ⅱ类为主，约占55%,Ⅲ类约占40%,其余少量为IV类岩体，围岩稳定性较好。

(2)衬砌型式的选择。水工压力隧洞选择不衬砌或钢筋混凝土衬砌型式的必要条件是要有足够的岩层覆盖厚度以及相应足够的地应力量值，使隧洞围岩有安全承受隧洞内水压力的能力，即满足透水衬砌的挪威准则、最小地应力准则、渗透稳定准则三准则。

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某大型水电站压力管道竖井段衬砌型式设计施工优化可行性浅析

本工程压力管道静内水水头27.8～120.5m,沿线围岩主要为新鲜的花岗闪长岩，岩石坚硬完整，洞室大部分位于不透水层(q1.0Lu)以下；上覆岩体厚度远大于山体抗抬最小覆盖厚度；压力管道区域最小主应力为2.97MPa,大于洞内静水压力2倍以上，不会产生围岩劈裂破坏。

上平段及竖井距离厂房较远，内水压力仅27.8~120.5m,探洞PD47-1内钻孔ZK150～ZK153压水试验表明，竖井部位围岩透水率均在1.0Lu以下，围岩防渗能力强