小浪底引黄工程取水建筑物设计特点分析

肖 静 阎培林

（1.山西小浪底引黄水务有限公司山西太原030032；2.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司北京100024）

1 工程背景

本工程位于山西省南部的运城市境内，工程总体走势为东南-西北向，是自黄河干流上的小浪底水利枢纽工程库区向山西省涑水河流域调水的大型引调水工程。工程建设任务是解决运城盐湖区、闻喜、绛县、夏县、垣曲五县（区）农业灌溉、工业及城镇生活、生态用水问题。工程年引水量2.47 亿m3，设计流量20 m3/s，农业灌溉面积为4.24 万hm2。工程引水干线建筑物主要包括取水建筑物、输水隧洞、地下泵站、板涧河调蓄水库和末端出水池。取水口位于垣曲县境内黄河干流上的小浪底水库库区左岸，板涧河入黄口上游黄河左岸600 m 处，用以实现工程从小浪底水库库区取水。

2 设计简介

水利工程的取水建筑物按其有无拦河坝（闸），可分为有坝取水建筑物和无坝取水建筑两种类型[1]。不同取水方式需根据取水水量和水质要求，结合河床地形、河床冲淤以及水位变幅等施工条件而确定。本工程取水建筑物采用无坝取水方式，由引水渠段和进水塔组成。引渠段位于进水塔与黄河左岸谷底之间；进水塔引水方式为有压引水，设计取水流量20.0 m3/s。最低取水位为230.0 m，设计取水位为248.0 m，最高取水位为275.0 m。由于取水口前小浪底库区水位变幅较大，为适应不同水位下进水塔干地施工的条件，进水塔主体结构采用塔体外围浇筑钢筋混凝土竖井围堰挡水的方法施工。竖井围堰高度达58 m。该围堰型式对竖井结构体型及地质条件要求较高。

本工程进水塔结合竖井围堰进行布置及体型设计，具体详见图1。外部圆形混凝土结构为竖井围堰，取水口塔体布置在竖井围堰内部，进水塔顺水流方向依次布置主拦污栅及叠梁门段、收缩段及事故闸门段。进水塔主体与竖井围堰采用钢筋混凝土结构，塔体以外与竖井围堰之间采用混凝土回填，回填混凝土顶部在进水塔两侧分别布置有拦污栅库及叠梁门库。门机轨道梁超出竖井围堰范围部分采用悬挑结构，竖井围堰上游流道部分后期拆除形成取水口。工程取水建筑物的布置型式详见图1、图2，上述图中箭头所示方向为取水口水流方向。

图1 取水建筑物平面示意图

图2 取水建筑物三维立体图

该结构设计将取水口进水塔与施工围堰相结合，竖井围堰横断面为圆形，内径24 m，高56.5 m。取水口塔体长21.5 m（包括叠梁门段、拦污栅段和检修闸门段），布置在竖井围堰内部，为充分利用井内空间，将拦污栅库和叠梁门库布置在取水口塔体两侧与竖井围堰之间的空腔内，其余空腔采用埋石混凝土进行回填。用于闸门、拦污栅吊运的门机布置在取水口塔体的顶部，由于门机行程范围超出竖井围堰外轮廓，为不增大竖井围堰尺寸，门机轨道梁采用悬挑梁结构型式，并与竖井围堰整体浇筑。竖井围堰为四周封闭结构，后期竖井围堰流道部分需拆除，以保证取水口与库区连通，实现取水目的。

3 设计特点

3.1 永临建筑物结合

水利工程中的围堰属于临时建筑物，通常在水利工程建设完成后需要对围堰进行拆除[2]。本工程取水建筑物的设计采用了永久建筑物与临时建筑物相结合的方式。竖井围堰布置于进水塔结构外侧，竖井围堰与塔体之间的空腔回填埋石混凝土，使二者形成整体，共同发挥作用。该种型式的取水建筑物设计提高了临时建筑的使用价值，变临时建筑物为永久建筑物，在工程的施工、运行期均发挥不同的价值。工程施工期作为竖井围堰满足工程干地施工的条件，有利地保障进水塔建筑物的顺利施工；工程运行期又作为进水塔建筑物的组成部分，共同起挡水、引水作用。

3.2 解决库区高水位取水问题

为解决地方缺水、抗旱等问题，使水资源得到合理配置，目前，引水、调水工程越来越多，其中大部分需要从已建库区引水，水库常年处于高水位且水位变幅较大。小浪底引黄工程就是从黄河小浪底水库库区取水，水库常年处于高水位，水库每年调水调沙，水位变幅较大，最低取水水位230 m，最高取水水位275 m，水位变幅高达45 m。而且库岸常年淤积，多为砾岩加泥岩，不具备在洞室内修建取水口的条件，若采用常规的岸塔式取水口结构，挡水围堰设计和施工难度很大，工程投资也很大。如采用本工程这种永临结合的结构型式，缩小了围堰的尺寸，降低了在大水位变幅、不良地质条件下的围堰施工难度，提高了围堰的安全系数。

小浪底水库调水调沙期为每年的7月—8月，其他时间水位较高，工程施工时间紧，竖井围堰施工难度较大，采用本工程型式的取水建筑物，进水塔与水库之间布置有引水渠。待汛期水库水位下降后即可开始竖井围堰的施工，在汛期低水位条件下加紧竖井围堰施工，因进水塔在竖井围堰内部，故可以同时浇筑施工，既可以保证进水塔干地施工条件，又无需等竖井围堰施工完成。大大缩小了围堰的尺寸，回避了深水中填筑围堰和后期拆除等一系列施工难题，降低了施工难度，对施工非常有利。同时竖井围堰为圆形混凝土结构，挡水性能好，提高了围堰的安全系数，可以更好地保证井筒内进水塔的施工以及施工期的人员、设备以及结构等的安全。

该种型式的取水建筑物，为库区高水位取水提供了新的思路。

3.3 结构紧凑美观

该取水建筑物采用竖井围堰与进水塔结合布置的型式，将进水塔塔体布置于圆形竖井围堰内，进水塔塔体布置有主副拦污栅和叠梁门段、事故检修门段，竖井围堰和进水塔塔体之间的空腔回填混凝土，同时布置有拦污栅库、叠梁门库，拦污栅库和叠梁门库利用取水口塔体边墙作为一侧边墙。拦污栅库和叠梁门库之外的部分采用素混凝土回填。用于吊运闸门、拦污栅的门机布置于塔体顶部，由于门机的行程范围超出了竖井围堰外轮廓，为了不增加竖井围堰尺寸，门机轨道梁超出竖井围堰范围部分采用悬挑结构，并与竖井围堰整体浇筑。竖井围堰上游流道部分后期拆除形成取水口，以使引水隧洞与库区连通。

该型式取水建筑物充分考虑各建筑功能及尺寸，合理利用竖井围堰内空间，结构布置紧凑，大大地减少了工程占地面积，减少围堰工程量，尽可能地减少了工程对周围环境的影响，各种建筑物均布置于竖井围堰内部，结构功能齐全，美观实用。

3.4 有利于结构安全

该种型式的取水建筑物型式有助于取水口进水塔主体建筑与附属工程质量的提升，围堰除流道部分切除后，其余部分与进水塔形成整体结构，围堰与进水塔中间的空间回填混凝土，结构整体受力，对于进水塔应对大变幅取水水位十分有利，保证了结构的稳定和安全。

4 结语

本工程取水建筑物布置型式十分新颖，采用竖井围堰和进水塔建筑物永临结合布置，既节省了竖井围堰的工程量，为尽快开展进水塔的施工提供可能，缩短工期，保证工程施工期的安全，同时结构设计紧凑、美观、经济实用，减少工程占地面积，减少了水利工程建设对周围环境的影响。竖井围堰和进水塔共同施工，采用钢筋混凝土结构，后期竖井围堰保留部分作为进水塔的一部分长期利用，最大限度地发挥了临时建筑物的使用价值。所有建筑物形成整体，共同承担荷载，有利于结构的安全。该取水建筑物型式可广泛应用于从已建水库取水或取水水位高、变幅大，及地质条件差的环境下修建取水建筑物的水利工程中，为水利工程建设提供了新的设计思路。