一、工程概況

　　翰苑水電站位于安溪縣尚卿鄉境內，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8000KW，其壩址位于苦坑(藍田水電站廠房附近)，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80m，電站設計最大引用流量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、發電廠房及升壓開關站等。無壓引水隧洞總長3370.61m，隧洞出口設有溢流堰及閘閥等。無壓引水隧洞斷面為城門型，凈寬為2.7m，凈高為3.511m，設計正常水深2.60m，隧洞末端樁號3+335～3+340m間設置集石坑。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

　　洞內前池位于樁號3+334.53m～3+370.61m之間，有壓隧洞與無壓隧洞斜交，其軸線交點位于樁號3+350.61m處，距洞出口20m，洞口以上巖石覆蓋層較厚。從隧洞所處地質情況來看，大部分圍巖類別屬Ⅲ類～Ⅰ類，圍巖彈抗系數較高。而樁號3+142～3+350m段屬Ⅱ類或Ⅰ類，巖石表現為微風化～新鮮，單位彈抗系數高達8000～11000N/cm3， 巖石強度較高，局部裂隙可用噴錨處理；樁號3+350～3+370.61m段為Ⅲ類圍巖，巖石表現為弱風化，單位彈抗系數高達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。地質狀況優良，為洞內前池的設計提供了非常有利的條件。其次，從壓力管道調保計算情況來看，該工程∑LV<15H，可不設調壓井。若設置露天式前池，須將樁號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，且開挖、爆破工作量較大，將延長工期，影響工程的竣工發電。

　　三、水力計算隧洞設計

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

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

　　2.前室尺寸B=（1～1.5）B進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=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.進水室最低水位：為保證不形成漩渦，及不使空氣進入壓力管道，一般規定進水室的最低水位，應高出引水管進口頂部兩倍水管中的流速水頭，以a代表這一高度，計算如下：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。　　

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　　前池水位最大下降該情況發生于電站突然增荷時（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經試算， h=2.671m.最大水位下降Δh=ho-h=3.3-2.671=0.629（m）

　　此時水位為：318.58+2.671+0.8=322.051（m）>319.983（m），滿足。相應水深為：2.671m >2.0m 2.前池最大水位升高該情況發生于電站突然棄荷時。（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

　　根據前池水力計算所得最高水位， 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，計算中已考慮涌波時上述值可適當減小），擬定斷面。計算采用中南水利水電勘測設計研究院開發的《隧洞CAD》軟件進行襯砌結構設計（計算書略），為安全起見，分段采用襯砌型式如下：樁號3+334.53～3+344.43m段，采用噴錨襯砌； 樁號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、結語

　　由于本工程地質極好，圍巖穩定，為采用洞內前池創造了有利條件。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，取得了良好的經濟效益。該工程已投入運行近十年，到目前為止，運行狀態良好。（考試大編輯整理）