浅谈某引水式电站渠道纵坡及断面衬砌型式选择

　　摘要：对于寒冷地区的引水式电站引水渠道纵坡选择应考虑冬季最小流量时，渠道流速应大于1.2m/s。根据新疆已建长距离渠道经验，冬季运行的渠道最好采用预制混凝土板衬砌，工程质量易保证、易维修、适应变形能力好。
　　关键词：引水式电站；引水渠；纵坡；衬砌型式
　　
　　 一、工程概况
　　
　　该站工程位于新疆伊犁地区某河段上，枢纽正常引水位1915.0m，其相应库容257.69万m3，校核洪水位1916.17m，总库容348.06万m3；最大坝高25.5m，发电流量116.4m3/s（冬季最小流量8.33m3/s），前池正常水位1909.229m，发电水头79.8m，装机容量80mw，保证出力5.62mw，多年平均发电量2.90亿kw•h，装机利用小时数3625小时，为ⅲ等中型工程。
　　工程主要由拦河引水枢纽、输水建筑物（输水渠道6.18km、输水隧洞长2.15km）、前池、压力管道及电站厂房等主要建筑物组成。
　　工程区多年平均气温 5.7℃，最暖月份为7月，平均气温为 17.7℃，最冷月份为1月，平均气温为-9.2℃。极端最高气温37.1 ℃，极端最低气温-31 ℃，气温的时空分布为上游山区低于中下游、冬天寒冷、夏季凉爽。
　　风速、风向：历年最多风向ce、e，多年平均风速2.5m/s，最大风速24m/s，相应风向wnw。历年最大冻土深度82cm；最大积雪深度58cm。www.lw881.com
　　该河的多年平均悬移质输沙量为144.5×104t；多年平均悬移质输沙率为45.8kg/s；多年平均悬移质含沙量为0.45kg/m3；坝址处多年平均悬移质泥沙为87.8×104t，推移质泥沙为8.78×104t，泥沙总量为96.58×104t。
　　工程区最早初冰日期是10月11日，解冰日期是1月26日，冰厚资料只有2001年一年，测得的最大岸边冰厚为0.76m，发生于2月27日，多年平均封冻天数64天。
　　
　　 二、 输水渠道纵坡比选
　　
　　（一）渠道纵坡选择原则
　　为了减小渠道水头损失，增加发电量，大流量引水渠道宜采用较缓的纵坡。
　　本电站水头较高，输水渠道沿山坡前缘布置，纵坡选择应满足冬季输冰运行和 经济 指标较优的要求。
　　（二）纵坡选择
　　根据以上原则，本阶段在1/1500～1/4000范围内选择1/1500、1/2100、1/3000、1/4000四个纵坡进行经济比选。
　　渠道纵坡经济比选表
　　
　　从以上比选结果看，渠道纵坡为1/4000，净现值最大，经济指标最好。但考虑渠道冬季输冰运行，在最小流量为8.33 m3/s，渠道流速应不小于1.2m/s。各方案冬季运行流速见下表：
　　渠道纵坡比选流速表
　　
　　从表中可以看出，满足渠道冬季运行流速不小于1.2m/s的纵坡为1/1500和1/2100，为了减少渠道水头损失，因此渠道纵坡推荐1/2100。
　　
　　三、 输水渠道断面形式比选
　　
　　由于渠道冬季运行流量较小，为减少渠道冬季运行水面宽度及工程投资，选用复式断面及窄深式断面进行比选。
　　（一）复式断面
　　考虑渠道冬季流量尽量在下部断面运行，根据11月至次年3月旬平均流量（19.43 m3/s）确定复式渠道下部断面的尺寸，经 计算 下部断面渠深为3.0m。
　　渠道复式断面，下部断面底宽1.0m，边坡1:1.75，渠深3.0m，纵坡1/2100。上部断面底宽15.5m，边坡1:2.0。采用c20现浇混凝土板护砌，底板厚120mm，边坡厚120mm～100mm，混凝土板下采用两布一膜（150g/0.5mm/150g）防渗。
　　（二）窄深式断面
　　渠道为梯形断面，底宽2.5m，边坡1:2.0，纵坡1/2100。衬砌及防渗型式同复式断面。
　　
　　（三）断面型式比选
　　经比选复式断面投资略大于窄深式断面，且复式断面底宽太窄，施工难度相对困难，因此推荐窄深式断面型式，即渠道为梯形断面，底宽2.5m，边坡1:2。

　　四、 输水渠道衬砌形式比选
　　
　　根据现有工程经验，动力渠道均为防渗渠道。防渗型式大都采用混凝土+土工膜防渗，混凝土衬砌渠道具有防渗、抗冲、抗冻胀、耐久性好的特点，并在在新疆具有广泛的运用和成熟的经验。因此本阶段渠道防渗采用混凝土+土工膜防渗型式， 仅对现浇混凝土板与预制混凝土板两个方案进行比较。
　　（一）现浇混凝土板方案
　　采用c20现浇混凝土板护砌，底板厚120mm，边坡厚120mm～100mm，混凝土板下为两布一膜（150g/0.5mm/150g）的防渗层，膜上、下部各设一道m10砂浆垫层，厚度均为20mm。现浇混凝土板快尺寸2.5m×2.5m，混凝土板之间的缝宽20mm，采用聚氨酯砂浆勾缝。
　　（二）预制混凝土板方案
　　采用c20正六边形预制混凝土板人工砌护，预制混凝土板边长250mm，底板厚80mm，边坡厚60mm，混凝土板下为两布一膜（150g/0.5mm/150g）的防渗层，膜上、下部各设一道砂浆垫层，厚20mm。预制混凝土板之间的缝宽20mm，采用m10砂浆勾缝，10.0m设一道伸缩缝，缝宽20mm，内填聚氨酯砂浆。
　　（三）方案比选
　　由于渠道衬砌标准相同，比选仅考虑100m衬砌段的工程量。
　　现浇与预制混凝土板衬砌比较表
　　表6.5.1-6
　　
　　经比选预制混凝土板衬砌比现浇混凝土板衬砌100m投资仅少2.22万元，并各有利弊，预制混凝土板衬砌工程质量易保证、易维修、适应变形能力好；现浇混凝土板防渗效果及抗冻胀好。因此砂砾石渠道段采用现浇混凝土板衬砌，黄土段采用预制混凝土板衬砌。
　　
　　五、结论
　　
　　对于寒冷地区的引水式电站引水渠道纵坡选择应考虑冬季最小流量时，渠道流速应大于1.2m/s。
　　根据新疆已建长距离渠道经验，冬季运行的渠道最好采用预制混凝土板衬砌，工程质量易保证、易维修、适应变形能力好。
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