抽水蓄能电站输水系统设计
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作者:刘寅
摘 要：本文以A市的的某抽水蓄能电站为例，该抽水蓄能电站的下水库已经建成，上水库是一块山间洼地。电站枢纽建筑物的组成包括输水系统、地下厂房、主坝、副坝等。电站的装机容量为1200MW，上水库的总库容量是1160×104m3。由于该抽水蓄能电站的下水库已经建成使用了，所以电站的下水库进水口和出水口205.00m高程之下的地方在之前已经施工完成了。
关键词：输水蓄能电站;输水系统;设计
一、布置输水系统
该抽水蓄能电池输水系统由尾水系统和引水系统组成，供水方式用的是两洞四机。其中引水系统包括上水库进水口、上水库出水口、高压隧洞、引水低压隧洞、引水洞岔管、引水调压井和引水支洞。尾水系统包括尾水支洞、尾水隧洞、下水库进水口、下水库出水口、尾水洞岔管、尾水调压井。上水库进/出水口是竖井式的结构，在主坝的上游的右侧，一共是两个进/出水口。引水隧洞的长度是660.35m，内径长度为6.7m，用的是钢筋混凝土的衬砌方式。引水调压井在引水隧道的末尾，左右对称在引水隧洞的两边，是升管阻抗式的调压井。有两条高压隧洞，其中心间距是67.49m，每条洞长度是831.26m。引水洞的岔管呈现卜型状，分岔角呈60度，岔管主管直径是6.6m，支管直径是4.6m。引水支洞是从引水洞岔管到厂房蜗壳进口，每条长288.19。尾水支洞是从机组尾水管出口到尾水岔管，其内径是4.7m，洞长176.89m。尾水岔管是正Y型，核查角度是50度。尾水调压井离机组中心线的长度是212.59m，在尾水隧洞两边对称分布，调压井是阻抗式的，尾水调压井顶部装设了补气洞和厂房通风洞，二者之间和相通的。尾水隧洞总长度1046.79，内径是6.7m，用的是钢筋混凝土的衬砌方式。下水库的进/出水口是岸塔式的。每一个进、出水口建四扇仿污栏和一扇检修闸门。
二、输水建筑物的设计
（一）进/出水口的设计
由于抽水蓄能电站的水流是双向流动，所以在设计上、下水库的进/出水口时，要充分考虑双向水流的特性，进水的时候要设计成逐渐收缩的形式，出水的时候应逐渐扩散。全断面上流速度要均匀，不要出现产生回流、漩涡和脱离的情况。
上水库进/出水口一共是两座，是竖井式进水口，包含了扩散段、防涡梁段、明渠段、标准段、拦污栅段、渐变段和闸门井段。在明渠段的周围都设置挡沙坎，高度为631.9m，并在挡沙坎前10m平段，以1：3的斜坡连上632.00回填高程。進水口和出水口防涡梁段长度是10.00m，一共设4处防涡梁，断面尺寸是12m×1.5m，间距为1.0m。拦污栅段长5.9m，每个进/出水口设置4个活动拦污栅，孔口宽5.5m，高10.0m，扩散段长40m，用的是双向扩散的形式。闸门井段长7.9m，检修闸门宽高都是670m，底坎高617.00m.闸门井式矩形的钢筋混凝土的制成，通气孔在闸门井筒内。渐变段在闸门井之后，长度是1495m，由长宽都是6.7m的方形断面慢慢变成直径6.7m的圆形的断面，渐变段衬砌混凝土的厚度是2.0m。上水库的进/出水口与对外公路来进行连接的桥梁是闸门井检修平台交通桥。
下水库的进/出水口呈岸塔式，组成包括明渠段、扩散段、防涡梁段、过渡段、拦污栅段、渐变段和闸门井段。明渠段是60m长，前沿段59.2m，前沿有挡沙坎。防涡梁端顺水方向长度是12.0m，间距为1.2m。防污栅段顺水方向是6m，共有4个拦污栅，拦污栅孔口宽5.5m，高10.0m，扩散段顺水方向是353m，有3个分水墩;扩散段用11.74m的过渡段与闸门井段隔开，闸门井段长8.23m，设平板检修门。闸后渐变段长14.9m，首段方型断面长宽都是7.6m，末端圆形断面内径是6.6m。
（二）隧洞设计
输水隧洞的衬砌用的是大部分用的是钢筋混凝土，包括了高压隧洞、尾水隧洞和低压引水隧洞等。引水支洞的钢板衬砌段长250m，是设计水头的0.61倍，钢衬段内径是4.6m，最大可承受6.7MPa的内水压力。设计中厂房上游墙30m内做明管设计，因为岩石会受地下厂房开挖爆破的影响，剩下的220m设计为高压管按埋藏管，为了减少岔管和钢衬段的外水压力，设了3个排水廊道在4条压力管上。
尾水支洞从出口到闸室前渐变段用了钢板衬砌，段长7169m，洞段围岩是Ⅱ类岩层，稳定性较好。尾水支洞最大只能承受1.25MPa的内水压力，钢管内径长度4.6m，在其外侧回填0.7m的素混凝土。钢板衬砌段挨着厂房下游30m内，作明管的设计，其余用的是埋藏管的方式。计算得出，尾水支洞钢管材厚度为15mm，加劲环厚19mm，高20cm，间距58cm。
（三）岔管设计
引水洞岔管和尾水岔管都是新鲜的白花岗岩，参照目前国内高压钢筋混凝土岔管实际经验，由于岔管所处的地质条件比较好，岩层没有较大断层，均属于Ⅱ类岩层，由于尾水岔管最大只能承受1.00MPa的内水压力，引水洞岔管最大只能承受575MPa的内水压力，所以引水洞岔管和尾水岔管都选择用钢筋混凝土，用的是双层配筋，衬砌厚0.8m。
（四）调压井设计
引水调压井处在引水隧洞末尾，在引水隧洞左右两边对称分布，是升管阻抗式调压井。引水调压井大部分处于微风化白岗岩内，稳定性比较好，属于Ⅱ类岩层，调压井升管半径是2.25m，面积是引水隧道的44%，调压井大井直径是9.0m，高52.9m，为了确保大井稳定的开挖，设了一个系统锚杆，为了防止内水渗出内层设了防渗涂料。
尾水调压井和机组中心线是212.58m，在尾水隧洞两边对称分布，调压井是阻抗式的，处在新鲜的白花岗岩中，属于Ⅱ类岩层，尾水调压井也是用的钢筋混凝土结构，顶拱用的是喷锚支护作衬砌，顶部设置了补气洞使之与厂房的通风洞相通。
三、结语
该抽水蓄能电站输水系统在可研究阶段进行了多方对比和分析，选择的是更安全、可行并且经济的布置和结构型式设计。随着后期设计一步步深入，可以依据实际的地质条件和开挖的情况，对该输水系统的结构设计做进一步地优化。
参考文献：
[1]鄢军军，周铁柱.五岳抽水蓄能电站输水隧洞经济洞径分析[J].陕西水利，2019（03）：192-193+196.
[2]刘紫蕊，杨峰，程永光，王其.抽水蓄能电站输水系统水力振荡可能性分析[J].水力发电学报，2019，38（09）：111-120.
作者简介：刘寅（1987-），男，汉族，陕西西安人，硕士，工程师。
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