引子渡电站库内泵站不同型式应用探讨

符昌胜，汪 罗，马富强

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002)

1 工程概况

三岔河引子渡提水工程位于贵州省中部的平坝区境内，拟从距平坝县城西北约18 km的三岔河引子渡水库支沟汇口处提水至秀洞河，经由秀洞河自流进入石朱桥水库和红枫湖，成为贵阳市和贵安新区供水的近期备用水源和远期供水水源。取水泵站距离引子渡电站大坝约11 km。引子渡电站水库总库容5.31亿m3，死水位1052.00 m，正常蓄水位1086.00 m，设计洪水位1086.86 m，校核洪水位1091.09 m。引子渡提水工程设计提水流量2.25 m3/s，日供水能力19.6万t、年供水量6060万m3，提水泵站装机容量8000 kW。

2 泵站选址和地形地质条件

引子渡提水工程采用泵站从引子渡水电站库内提水后管线输水至东南侧的秀洞河，然后自流进入红枫湖，从而满足贵阳市用水需求。经对引子渡库区河道走向和秀洞河走向的分析，在水库中部的支流岔河汇口处取水扬程较低，输水线路最短，而且水质较好，因此取水泵站布置于支流汇口右岸。

泵站所在位置为溶蚀峡谷地貌，为横向“U”型谷，河谷底部高程约1049.00 m，宽约30.00 m，基岩岩性为二叠系下统茅口组(P1m)灰色、深灰色中厚层至厚层块状夹薄层灰岩、白云质灰岩，为单斜地层，岩层代表产状318°∠21°，倾向河床下游稍偏右岸，未发现较大的地质构造通过。两岸基岩多裸露，覆盖层零星分布，河床覆盖层由湖积淤泥质黏土、冲洪积砂卵砾石、含碎石砂质土及少量崩塌堆积碎块石组成，成分较杂，一般厚约3～8 m。

3 泵站型式拟定

泵站采用库内取水，水库消落水深343.00 m，泵站型式根据泵型选择可采用多种类型，泵型选择主要有离心泵、长轴深井泵和潜水泵。结合本工程提水扬程和流量，潜水泵单泵流量小，且电机长期置于水下，可靠性较差，因此潜水泵不参与泵站型式比选[1-4]。

离心泵可选泵站型式有：浮船式、库岸井筒式、岸边地下式。因水库为已成电站库区，电站及水库规模大，难以协调电站水位运行，且水库水位变幅大，无合适地形条件设置围堰，水下施工非常困难，因此不采用库岸井筒式进行比选。离心泵采用浮船式和岸边地下式进行方案比选。

长轴深井泵可选泵站型式有：库内排架式、岸边竖井式、河谷拱桥式。若采库内排架式，需对河床基础进行桩基施工，水库水位变幅大，河床地质条件复杂，使得水下桩基施工困难，因此对于长轴深井泵仅采用岸边竖井式和河谷拱桥式进行方案比选。

3.1 浮船式泵站

浮船式泵站方案由主厂房浮船、浮船支臂、岸边锚固墩、岸边副厂房及进厂公路组成，受水库消落水深影响，浮船支臂及连接栈桥总长110.00 m，因此浮船泵站无法布置于狭窄的岔河支流，需布置于汇口下游主河道右岸。

初拟浮船式取水泵站位于岔河汇口主河道下游侧。地形坡度约30°，自然边坡稳定。结合现场地形地质条件，主河道右岸可布置浮船式泵站长度范围约350.00 m，设计布置浮船紧靠岔河汇口，以减少进厂公路和泵站出水管长度。

浮船为泵站主厂房，船体长46.00 m，宽15.00 m，泵型采用卧式离心泵，共4台(3用1备)，装机容量4×1800 kW。每2台泵接1根出水管，管径1.10 m，采用专用铰链与支臂上的出水管相接。浮船采用2根平行支臂与岸边支墩相连，支臂长75.00 m，2支臂中心距10.00 m。岸边支墩为C25钢筋混凝土框架结构，框架顶部高程1087.00 m，下部基础开挖高程1063.07 m。支墩与岸边锚墩之间采用35.00 m长栈桥相接，栈桥与浮船支臂均采用出水管+支撑钢结构一体化设计。泵站副厂房布置于紧靠锚墩的岸坡，采用两层结构，每层长27.00 m，宽10.48 m，布置开关柜室、低压配电室、中控室和通信室等。主变场布置于副厂房附近岸坡，基础采用边坡开挖的平台。

3.2 岸边地下式泵站

岸边地下泵站方案布置于岔河汇口右侧山体内，泵型采用卧式离心泵，共4台(3用1备)，装机容量4×1800 kW。由下部取水隧洞、地下主厂房、连通竖井、地面安装间、副厂房、变压站、回车场等组成。

结合实测河道高程，下部取水隧洞进口距离汇口150.00 m布置，以满足岩塞爆破和进口淹没要求。因取水隧洞进口采用岩塞爆破形成，同时为了提高地下厂房围岩的抗渗性和完整性，将地下厂房适当的远离河道布置，相应的地面部分地坪高程取1095.50 m。

取水隧洞进口由岩塞爆破形成，岩塞体直径3.80～5.50 m，厚5.00 m，岩塞体周边进行帷幕灌浆。岩塞爆破为高风险水下爆破作业，一旦爆破不成功，将直接影响整个取水泵站的成败，因此布置双取水洞，两个岩塞爆破同时进行，确保爆破成功。进口下部设集渣坑，深4.50 m，长12.70 m，宽3.00 m。集渣坑至地下泵站衬砌之间为取水隧洞，洞长40.00 m，净宽3.00 m，净高3.60 m，采用0.50 m厚钢筋混凝土衬砌，末端设5.00 m长混凝土堵头，泵站取水钢管穿过堵头与库水相接。

主厂房采用城门洞断面，长39.62 m，宽16.50 m，高20.74 m，采用1.50 m厚C25钢筋混凝土衬砌，厂房内布置4台卧式离心泵。泵站出水管道为直径1.10 m双管，每2台泵出水接1根出水管道,出水管道由竖井延伸至地面。

主厂房与地表安装间采用竖井相连，竖井断面长16.50 m，宽11.40 m，深46.75 m，采用1.50 m厚钢筋混凝土衬砌。竖井断面内布置有吊物通道、消防楼梯、电梯、出水管道、厂内排水管、厂房通风管、电源电缆通道和控制电缆通道。

竖井顶部靠回车场一侧为安装间，另一侧为副厂房。安装间与竖井段布置起重机，与主厂房内起重机配合转运设备。

3.3 岸边竖井式泵站

岸边竖井式泵站方案布置于岔河末端右岸，由下部取水隧洞、横向集水洞、取水竖井和地面泵房组成，泵型采用长轴深井泵，共8台(6用2备)，装机容量8×1000 kW。

根据选定的泵站站址，结合实测河道高程库岸地形，下部取水隧洞进口距离汇口150.00 m布置，以满足岩塞爆破和进口淹没要求。

取水隧洞进口由岩塞爆破形成，结构设计与岸边地下泵站方案基本一致。

取水隧洞末端接横向集水洞，集水洞长45.20 m，城门洞断面衬砌后净宽3.00 m，净高3.60 m，两端接取水竖井。集水洞底板高程1043.05 m，满足水泵取水要求。

泵站布置8台长轴深井泵，若每台泵管独立设置取水竖井，将使得泵房过长或者竖井间距过小，因此将8台泵分两组布置，每组4台共用一个长条形取水竖井。考虑到竖井内灌浆施工、水泵安装等要求，竖井横断面衬砌后净宽取2.00 m，净长16.20 m，其中水泵机组中心间距5.00 m，端部泵管距离衬砌0.60 m。竖井衬砌厚0.43 m，竖井顶部设置1.00 m厚盖板作为水泵基础，盖板顶高程同主厂房地面高程。

泵站竖井、集水平洞、取水洞和施工斜井处于引子渡水库正常蓄水位之下，岩体的透水性较好，在隧洞开挖中库水将通过溶隙、卸荷裂隙等向隧洞内渗漏或涌入。为减少开挖过程施工面的渗水，在竖井、集水平洞和施工斜井靠河一侧布置帷幕灌浆，帷幕灌浆线从施工斜井上游20.00 m处开始，平行取水竖井20.00 m布置，线延伸至取水竖井西北侧20.00 m后转向山体，并延伸20.00 m，帷幕线总长260.00 m，帷幕底高程1042.00 m，低于引子渡库区死水位10.00 m。

泵站主副厂房布置于地表，主厂房长59.31 m，宽14.40 m，由安装间和水泵主机房组成。副厂房平行布置于主厂房靠山一侧，结合坡面地形与主厂房呈台阶状布置。

3.4 河谷拱桥式泵站

为减少泵站施工受制于电站水库淹没，结合岔河汇口附近河谷较为狭窄的特殊地形条件，设计考虑在距离汇口约220.00 m处布置拱桥式泵站，泵型采用长轴深井泵，共8台(6用2备)，装机容量8×1000 kW。

泵站布置于穿洞垭口至主河道河谷段的最窄处，下部采用拱桥结构。副厂房位于桥北端左侧，基础面为坡面开挖形成，底板高程1093.50 m，副厂房西北端为主变场，副厂房、主变场与山体之间设43.00 m运输通道。进厂公路从附近的大寨村引入，与拱桥北端右侧相接。泵站出水管道沿厂房两侧引出，在厂房北侧下弯至厂区平台高程以下采用埋管铺设，在拱桥北端合并后向东沿坡面铺设。

泵站主机间置于拱桥上，桥体采用C40钢筋混凝土板拱，拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=1.7，主拱净跨62.50 m，净矢高13.889 m，矢跨比1∶4.5，主拱厚1.50 m，主拱宽度结合上部主厂房结构取17.00 m。拱上结构采用空腹式结构，腹孔布置为拱式，腹孔跨径为3.00 m。

泵站长轴深井泵泵轴长度超过40.00 m，为了保证水泵安全运行，设计采用外套钢管对泵管进行保护，钢管直径1.20 m，顶部采用止推环固定在主拱结构上，下部采用折线拱进行水平约束。

副厂房布置于拱桥北侧岸坡，长34.98 m，宽10.60 m。

4 泵站型式比选分析

考虑到浮船泵站和地下泵站为离心泵，岸边竖井泵站和拱桥泵站为长轴泵，两种泵型提水效率有差异，因此对工程寿命周期50 a的运行费用进行现值计算，各泵站方案总费用统计见表1[5]。

表1 各泵站方案总费用统计

由表1可见，四个方案工程总费用相差不大，但考虑到项目初期为应急备用水源，提水量较小，运行电费差异小于表1，因此拱桥泵站费用实际偏小。各泵站方案优缺点综合对比分析见表2。

表2 各泵站方案优缺点综合对比分析

续表2

由上述对比分析可见：浮船泵站方案主要存在侵占主河道航道、影响景观、工程协调难度大的问题、工程耐久性和维护管理不及混凝土结构、后期扩容条件较差等缺点；地下泵站方案和岸边竖井泵站方案主要存在水下结构开挖衬砌等施工难度大，施工风险高等问题；拱桥泵站主要存在长轴泵效率偏低的问题，但工程初期提水量小，影响有限，因此本阶段推荐采用拱桥泵站方案。

5 结 论

通过对引子渡提水泵站的型式比选，采用了较为新颖的拱桥式泵站，避免了地下泵站的施工风险、消除了对景区的景观影响，拱桥泵站还可作为新的景观，合理利用电站运行期库水位消落施工，使得结构在功能性、可实施性、环境适应性等方面达到综合优化，为同类工程提供参考。