一、工程概況

　　翰苑水電站位于安溪縣尚卿鄉(xiāng)境內(nèi)，處晉江西溪支流———長坑溪的中上游。本電站屬引水式電站，總裝機(jī)8000KW，其壩址位于苦坑(藍(lán)田水電站廠房附近)，壩址以上流域面積179.6m2.電站廠房至壩址間河道長7km，天然落差達(dá)80m，電站設(shè)計(jì)最大引用流量Q=12.8 m3/s.該工程建筑物主要有： 攔河閘、無壓引水隧洞、有壓隧洞、前池、發(fā)電廠房及升壓開關(guān)站等。無壓引水隧洞總長3370.61m，隧洞出口設(shè)有溢流堰及閘閥等。無壓引水隧洞斷面為城門型，凈寬為2.7m，凈高為3.511m，設(shè)計(jì)正常水深2.60m，隧洞末端樁號(hào)3+335～3+340m間設(shè)置集石坑。有壓隧洞洞徑為2.6m，總長為353.6m.無壓隧洞末端與有壓隧洞的高差為71.72m.

　　二、有利因素

　　洞內(nèi)前池位于樁號(hào)3+334.53m～3+370.61m之間，有壓隧洞與無壓隧洞斜交，其軸線交點(diǎn)位于樁號(hào)3+350.61m處，距洞出口20m，洞口以上巖石覆蓋層較厚。從隧洞所處地質(zhì)情況來看，大部分圍巖類別屬Ⅲ類～Ⅰ類，圍巖彈抗系數(shù)較高。而樁號(hào)3+142～3+350m段屬Ⅱ類或Ⅰ類，巖石表現(xiàn)為微風(fēng)化～新鮮，單位彈抗系數(shù)高達(dá)8000～11000N/cm3， 巖石強(qiáng)度較高，局部裂隙可用噴錨處理；樁號(hào)3+350～3+370.61m段為Ⅲ類圍巖，巖石表現(xiàn)為弱風(fēng)化，單位彈抗系數(shù)高達(dá)5000N/cm3；有壓隧洞除三十多米洞段屬Ⅲ類圍巖外，均屬Ⅱ類或Ⅰ類。地質(zhì)狀況優(yōu)良，為洞內(nèi)前池的設(shè)計(jì)提供了非常有利的條件。其次，從壓力管道調(diào)保計(jì)算情況來看，該工程∑LV<15H，可不設(shè)調(diào)壓井。若設(shè)置露天式前池，須將樁號(hào)3+334.53m以上圍巖挖除，這部分圍巖覆蓋層較厚，且為Ⅲ類圍巖，挖除浪費(fèi)，且開挖、爆破工作量較大，將延長工期，影響工程的竣工發(fā)電。

　　三、水力計(jì)算隧洞設(shè)計(jì)

　　引用最大流量為12.8m3/s，有壓隧洞洞口周圍設(shè)置攔沙坎，高80cm，以防止洞口漂進(jìn)來的污物進(jìn)入有壓隧洞。

　?。ㄒ唬┣俺爻叽?/P>

　　1.進(jìn)水室尺寸有壓隧洞洞徑D=2.6m進(jìn)水室寬度： B進(jìn) =（1.5～1.8）D=3.9～4.68m取B進(jìn)=4.2m長度：一般為2～5m，取3.5m

　　2.前室尺寸B=（1～1.5）B進(jìn)考慮到隧洞長度較長，有足夠水量，且為減小隧洞開挖難度及襯砌工作量，取B=1.0B進(jìn)=4.2m 3.前室長度： L=（2.5～3.0）B，取較大值L=3.0B=3×4.2=12.6（m）

　　（二）前池控制水位

　　1.正常水位： 近似取無壓隧洞末端正常水位無壓隧洞末端洞底高程為320.08m Z正常=320.08+2.60=322.68（m）

　　2.進(jìn)水室最低水位：為保證不形成漩渦，及不使空氣進(jìn)入壓力管道，一般規(guī)定進(jìn)水室的最低水位，應(yīng)高出引水管進(jìn)口頂部兩倍水管中的流速水頭，以a代表這一高度，計(jì)算如下：已知隧洞最大引用流量為Q=12.8m3/s，A=πD2/4，D=2.6m，攔沙坎高度，h'=0.8m引水管頂高程Z管頂=318.58m壓力管道中流速V=Q/A=2.41 （m/s）

　　流速水頭 a=1.0V2/g=2.412/9.81=0.5925m最低水位：Z最低=Z管頂+a+h'=318.580+0.5925+0.8=319.983 （m）

　　3.前池的深度壓力管道的頂部在最低負(fù)涌波水位以下不得少于2m.本工程自前池正常水位至攔沙坎頂面高度為：h=2.6+1.5-0.8=3.3（m），大于上述值。　　

　?。ㄈ┣俺厮徊▌?dòng)計(jì)算

　　前池水位最大下降該情況發(fā)生于電站突然增荷時(shí)（按開全荷，最不利情況）

　　已知：起始流速Vo=0，起始水深ho=2.6+1.5-0.8=3.3m，寬B=4.2m，流量Q由0增至12.8m3/s. g=9.81m2/s增加負(fù)荷后V=Q/A=12.8/（4.2h），代入下式V=Vo-2[（gh）0.5–（gho）0.5] 12.8/（4.2h）=0-2[（9.81h）0.5-（9.81×3.3）0.5]整理得：3.05/h+6.2642（h）0.5-11.379=0經(jīng)試算， h=2.671m.最大水位下降Δh=ho-h=3.3-2.671=0.629（m）

　　此時(shí)水位為：318.58+2.671+0.8=322.051（m）>319.983（m），滿足。相應(yīng)水深為：2.671m >2.0m 2.前池最大水位升高該情況發(fā)生于電站突然棄荷時(shí)。（按甩全荷，最不利情況）

　　已知：B=4.2m，Qmax=12.8m3/s水深ho=2.6+1.5-0.8=3.3m（不計(jì)攔沙坎以下部分）。

　　單寬流量  q=Qmax/B=12.8/4.2=3.05（m3/s）

　　初始流速 Vo=q/ho=3.05/3.3=0.9242（m/s）

　　g=9.81m2/s由V=Vo-2[（gh）0.5-（gho）0.5] 0=0.9242-2[（（9.81h）0.5-（9.81×3.3）0.5）

　　整理得：h0.5 - 3.30.5=0.1475解得：h=3.858（m）

　　Δh=3.858-3.3m=0.558（m）

　　四、前池段無壓隧洞面及襯砌型式擬定

　　根據(jù)前池水力計(jì)算所得最高水位， 考慮水面以上15%凈空面積且水面以上凈高不小于40cm（非恒定流條件下，計(jì)算中已考慮涌波時(shí)上述值可適當(dāng)減?。瑪M定斷面。計(jì)算采用中南水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的《隧洞CAD》軟件進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（計(jì)算書略），為安全起見，分段采用襯砌型式如下：樁號(hào)3+334.53～3+344.43m段，采用噴錨襯砌； 樁號(hào)3+344.43～3+370.61m段，采用鋼筋砼襯砌。其中，有壓隧洞與無壓隧洞連接段（3+344.43～3+356.43m）及無壓隧洞出口（樁號(hào)3+365.61～3+370.61m）考慮開口及抗震，均采用了雙筋襯砌。有壓隧洞與無壓隧洞連接部位為使水流平順， 均采用圓弧及橢圓曲線連接。

　　五、結(jié)語

　　由于本工程地質(zhì)極好，圍巖穩(wěn)定，為采用洞內(nèi)前池創(chuàng)造了有利條件。利用無壓隧洞的一部分作為前池， 一是減少了土石方的大量開挖，二則縮短了工期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該工程已投入運(yùn)行近十年，到目前為止，運(yùn)行狀態(tài)良好。（考試大編輯整理）