萬家寨引黃工程北干線試通水特點分析

席志斌

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

引黃入晉工程由萬家寨水庫引水，經(jīng)總干線至下土寨分水閘分成向太原供水的南干線及向大同供水的北干線。北干線近期工程主要建筑物包括：1號隧洞，長 43.67 km；埋涵 85 m；1號倒虹，長 74.73 km；2號倒虹，長38.22 km；朔州支線1.05 km及墻框堡水庫旁通線路；耿莊水庫、大梁水庫、尚希莊水庫、墻框堡水庫及地下泵站。

下面結(jié)合工程特點及試通水過程中遇到的問題，系統(tǒng)介紹北干線工程的試通水過程。

1 工程特點

1.1 工程地形復(fù)雜，管線地基情況多變

引黃北干線工程主干線長156.7 km，北干線沿線出露的地層主要有太古界、奧陶系、石炭系、二疊系的礫巖、石英砂巖、頁巖、灰?guī)r、泥巖、煤層等；新生界上第三系膠結(jié)—半膠結(jié)礫石及黏土層和第四系砂礫石、黏土。線路主要涉及巖石地基、土基、自重濕陷性地基、砂卵石地基等多種地基。地基類型復(fù)雜，且在線路上交叉出現(xiàn)，給管線施工帶來很大影響，對工程安全性是一個巨大的考驗。

1.2 工程線路長，安全性要求高

工程區(qū)處于桑干河新裂陷與云崗塊坳交界地帶。新構(gòu)造活動從喜馬拉雅運動第二幕中新世紀(jì)開始，以形成桑干河新裂陷為特征。第三幕下更新統(tǒng)至全新世大同火山群火山噴發(fā)，新構(gòu)造活動十分活躍。全新世以后至現(xiàn)代，以裂陷不均衡下降、云崗塊坳相對上升為新構(gòu)造活動的基本特征。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，北干線工程區(qū)地震動峰值加速度山區(qū)為0.10 g，山前沖積扇區(qū)為0.15 g，地震動反應(yīng)譜特征周期山區(qū)為0.45 s，山前沖積扇區(qū)為0.40 s，相當(dāng)于Ⅶ度地震烈度。

沿線建筑物主要包括調(diào)節(jié)水庫、在線式調(diào)流調(diào)壓閥室、檢修閥室、排水井、排氣井等建筑物，而且北干線采用管線供水方式，運行中對線路各個環(huán)節(jié)的安全性要求較高。

1.3 工程布置管線轉(zhuǎn)彎角度大

倒虹線路的布置原則是：線路選擇時盡可能平緩、順直；在與河流、谷地、道路等交叉時，盡可能正交，以減少交叉建筑物的長度；線路布置應(yīng)盡量避開不良地質(zhì)區(qū)域（如采空區(qū)、山體滑坡區(qū)等）。

根據(jù)線路布置原則，結(jié)合地形條件和工程實際情況，充分利用PCCP管道柔性接頭，最大水平轉(zhuǎn)彎角度67°，最大豎向布置坡比1/1.97，在PCCP管道施工中十分罕見。

1.4 水頭較大

引黃北干線處于丘陵地帶，地形起伏較大，地形高差最大為210 m，設(shè)計流量9.91 m3/s，如采用210 m水頭，PCCP管道生產(chǎn)難度較大，且成本會大大增加。在設(shè)計過程中，考慮在線調(diào)流調(diào)壓閥后，設(shè)計最大水頭1.6 MPa，在PCCP管道運行中難度非常大。

2 試通水過程

2.1 試通水原則

北干線試通水將在逐段逐站充水、調(diào)試啟動的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)全線聯(lián)合調(diào)試和試通水。試通水的基本原則為：逐段分步完成規(guī)定的充水調(diào)試項目；平魯泵站單機逐臺起動、大梁水庫多機聯(lián)合充水；通過現(xiàn)地LCU完成平魯泵站機組流程、在線（支線）調(diào)流閥的控制操作；完成北干線、南干線的流量配合，減少棄水；1號和2號倒虹及水庫在充水階段為小流量充水。

2.2 試通水范圍及過程

本階段試通水運行涉及的工程范圍為：從下土寨分水閘到墻框堡水庫整個區(qū)間，包括所有輸水建筑物及金屬結(jié)構(gòu)、廠房工程、輸水建筑物安全監(jiān)測系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、泵站、水庫及閥室主輔機機電設(shè)備及其控制系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通信自動化系統(tǒng)等。通水過程為：利用總?cè)湍弦?、南二泵站的調(diào)頻機組之間形成流量差，提供小流量充水。借助1號倒虹進口豎井的水力量測系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)，利用在線式流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)1號倒虹輸水流量。供水初期，平魯泵站可采取間歇抽水方式，大梁水庫放水時可采取間歇放水方式，由下游的耿莊水庫、金沙灘水庫和墻框堡水庫調(diào)節(jié)水量以保證向用戶均勻供水。在干線樁號56+215朔州分水口及干線樁號56+430處分設(shè)在線式流量調(diào)節(jié)閥，在各用水區(qū)分水口設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，在2號倒虹末端設(shè)置末端式調(diào)流閥，以滿足北干線各輸水區(qū)間輸水流量不同的特點。朔州支線在線閥與干線在線閥協(xié)同控制朔州支線及1號倒虹下段干線的輸水流量；在山陰、金海洋、左云及懷仁1號、2號分水口支線入口分別設(shè)置調(diào)流閥，以控制各供水區(qū)下泄流量。在2號倒虹末端設(shè)置末端式調(diào)流閥，以控制金沙灘水庫的下泄流量。根據(jù)北干線工程進展情況，充水工況下，控制方式為現(xiàn)地、手動；控制運用要點為逐級、分段、自上而下小流量充水。運行工況下，控制方式為自動；控制運用要點為在線閥根據(jù)1號倒虹進口豎井水位進行流量調(diào)節(jié)；末端閥根據(jù)流量要求進行調(diào)節(jié)；調(diào)度中心根據(jù)水位、流量信息自動調(diào)節(jié)。

3 試通水過程控制要點及注意事項

試通水過程控制要點：1號倒虹分兩個區(qū)間以干線調(diào)節(jié)閥為界依次小流量上下段分別一次性充水；2號倒虹自上而下、逐段、小流量充水；某一段管道充水過程，應(yīng)以壓力和流量兩個指標(biāo)控制；1號、2號倒虹充水，采用現(xiàn)地手動方式，不得投入全線自動化控制系統(tǒng)。

線路充水結(jié)束并完成所有程序后，開始正常供水。運行前，所有檢修閥處于開啟狀態(tài)。開啟北干分水閘，在1號倒虹進口豎井水位達(dá)到設(shè)計水深時，依次開啟干線在線式流量調(diào)節(jié)閥（或朔州支線調(diào)流閥）、金沙灘水庫供水閥和2號倒虹末端的淹沒式調(diào)流閥。在供水過程中，需根據(jù)來水量、用水量情況，調(diào)節(jié)各調(diào)流閥開度。工程運行初期，調(diào)節(jié)工作主要由人工完成，以獲取必要的參數(shù)。

充水過程中，調(diào)動全部監(jiān)控、量測等安全監(jiān)測設(shè)施，監(jiān)視整個系統(tǒng)的安全狀態(tài)。利用充庫時間進行分段靜水壓試驗，如有異常，立即啟動應(yīng)急分段檢修預(yù)案進行針對性處理。充水全部（包括墻框堡水庫充水）完成后，關(guān)閉沿線所有調(diào)流閥，進入“準(zhǔn)運行狀態(tài)”。

當(dāng)輸水線路某段出現(xiàn)事故經(jīng)處理完成后，需進行局部管段的充水，充水過程與總線路充水過程類似。

4 結(jié)語

試通水運行的目的在于對輸水系統(tǒng)的檢驗及驗證設(shè)計，通過對全線水力量測設(shè)備的調(diào)試、檢測和率定，使其逐步達(dá)到規(guī)定性能指標(biāo)。在將近半個月的試通水過程，成功完成了試通水任務(wù)，為下一步正式通水奠定了基礎(chǔ)。