北疆SK水利樞紐廠址布置選擇

王天偉 牛文娟

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆烏魯木齊 830000）

1 基本概況

SK水利樞紐工程水庫總庫容2.22億m3，電站總裝機容量220MW。工程等別為二等，屬大（2）型工程。引水及發(fā)電系統(tǒng)在本工程中起重要作用，工程等別由裝機容量決定，發(fā)電引水建筑物和水電站廠房為3級建筑物。

2 廠址布置方案

2.1 壩后廠房方案

樞紐由砼雙曲拱壩、壩后滑雪道式溢洪道、中孔泄槽、壩后引水背管及電站廠房等建筑物組成。

在壩后河床布置電站廠房，引水系統(tǒng)采用壩后背管型式，單管單機布置。安裝間設(shè)在廠房右側(cè)，以利交通；副廠房和主變場設(shè)在廠壩之間。

在右岸進場干線道路上分別布置2條場內(nèi)交通隧洞進廠和上壩。

壩后式發(fā)電廠房位于拱壩軸線下游44～80m主河床段，廠房縱軸線方向230°。

該段河床砂卵礫石厚度 2.69m，兩岸坡腳覆蓋1～7m的崩坡積碎塊石土，結(jié)構(gòu)松散，后緣岸坡陡立。高程585～595m以上基巖裸露，巖性為厚層－巨厚層狀灰白色二長片麻巖（D2a-2），片理產(chǎn)狀310°～320°NE∠40°～50°，基巖強風(fēng)化層厚度 1.5～2m，弱風(fēng)化層水平深度7～8m，Vp=3000～3800m/s；微風(fēng)化至新鮮基巖，縱波速度Vp≥4000m/s。

廠房基礎(chǔ)置于微－新鮮基巖上，巖體完整，地基允許承載力建議取 5MPa，廠房基礎(chǔ)開挖深度13～30m，無影響邊坡整體穩(wěn)定的不利結(jié)構(gòu)面。

廠房左右岸邊坡總體為巖質(zhì)邊坡，邊坡結(jié)構(gòu)為斜向坡，自然邊坡整體穩(wěn)定，但由于廠房兩側(cè)布置有滑雪道式溢洪道，左岸溢洪道左側(cè)邊坡開挖涉及近100m高的人工邊坡穩(wěn)定問題，同時邊坡發(fā)育有f104、f105、f106及BT5、BT6崩塌體，與NNE向卸荷裂隙組合易形成新的崩塌體，人工高邊坡穩(wěn)定問題突出。

發(fā)電廠房為壩后式廠房，廠房由主廠房、副廠房、主變平臺、尾水渠、及進廠交通洞等組成。主廠房，位于壩后左右兩側(cè)溢洪道之間，由3個機組段和1個安裝間段組成，電站主副廠房布置于主河床壩段后的壩后，在廠壩間布置副廠房及主變間。壓器室及開關(guān)站。戶內(nèi)式開關(guān)站布置在副廠房內(nèi)；廠房尾水經(jīng)整治可順暢投入原河道。

廠區(qū)周邊邊坡底部設(shè)排水溝，對廠區(qū)開挖邊坡進行噴錨支護，廠房四周均有交通、消防通道。進廠公路及交通洞布置在原河床右岸，可直接進入至安裝間。進廠公路及交通洞布置在原河床右岸。

2.2 右岸引水發(fā)電岸邊廠房方案

樞紐由砼拱壩、發(fā)電引水洞、電站廠房等建筑物組成，壩身布置泄洪表孔和深孔。砼拱壩壩線位于上1壩線，采用常態(tài)砼雙曲拱壩。發(fā)電引水洞布置在右岸，1管4機型式、平面轉(zhuǎn)彎布置，進水口為岸塔式。地面廠房位于3#溝出口處，順溝向布置，廠址地面高程580～600m，邊坡坡度10°～20°，地形較為平緩開闊。采用該廠址引水系統(tǒng)需配備調(diào)壓井一座。

廠房基礎(chǔ)開挖深度25～30m，基礎(chǔ)置于微－新鮮基巖上，巖體完整，地基允許承載力建議取5Mpa。廠房后邊坡為巖質(zhì)邊坡，邊坡結(jié)構(gòu)為斜向坡，自然邊坡整體穩(wěn)定，但后邊坡開挖涉及近37m高的人工邊坡穩(wěn)定問題，由于巖體風(fēng)化、卸荷切割等影響，存在人工邊坡穩(wěn)定問題。廠房基礎(chǔ)低于河水位，施工時可能存在沿裂隙面的涌水問題。廠房位于3#溝出口處，需考慮汛期沖溝洪水、泥石流等對廠房安全的影響。

由于廠房位于3號沖溝出口處，在3號沖溝廠房上游設(shè)置一擋水壩，并在溝右岸布置一條引水隧洞至4號沖溝出口，長約170m，將3號沖溝洪水從4號沖溝導(dǎo)出。廠房為3級建筑物，擋水壩和排水隧洞為4級建筑物，防洪建筑物的洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為20年設(shè)計，50年校核。沖溝洪水頻率為5%時，洪水流量為10.28m3/s，洪水頻率為2%時，洪水流量為15.55m3/s，故初步確定擋水壩壩高為5m，壩頂寬度為 3m，排水隧洞型式為城門洞型，洞徑為2.5×3m。

2.3 右岸引水發(fā)電地下廠房方案

樞紐由砼拱壩、發(fā)電引水洞、地下廠房系統(tǒng)等建筑物組成，壩身布置泄洪表孔和深孔。

發(fā)電引水洞布置在右岸，2管4機型式、平面轉(zhuǎn)彎布置，進水口為岸塔式。

發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房位于右岸壩肩下游山體內(nèi)，廠房洞室群由主副廠房洞室、主變和GIS洞室、尾水洞、出線洞、交通排風(fēng)洞等組成。

地下廠房洞室群位于壩后右岸岸里 100～250m處，埋深85～150m，基巖為厚層－巨厚層狀灰白色二長麻巖（D2a-2），層面及片理產(chǎn)狀 310°～330°NE∠40°～50°，裂隙除層面片理發(fā)育外，主要發(fā)育有NE、NW向兩組裂隙，①順河向陡傾角，產(chǎn)狀30～40゜NW或SE∠60～80°，延伸長一般3～15m，裂隙切割深5～8m，②300～320゜SW∠35～40°，延伸長一般3～8m。區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場為較穩(wěn)定的受北北東向水平擠壓力作用的地殼應(yīng)力場，最大主壓應(yīng)力方向基本與區(qū)域北西向主構(gòu)造線走向斜交。地下廠房洞室群位于微－新鮮基巖上，巖體完整，洞室圍巖分類為Ⅱ類，K0=4000～5000N/cm3，fk=4～5。主廠房長73m、寬21m、高44m，為大跨度地下洞室，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，與層面組合，邊墻和洞頂易形成不穩(wěn)定塊體，應(yīng)加強邊墻和洞頂處理設(shè)計。廠房基礎(chǔ)低于河水位，施工時可能存在沿裂隙面的滲水問題。

表1 地下洞室群各洞室主要施工特性表

表2 各方案廠址工程地質(zhì)條件比較表

主洞室布置：地下廠房主要布置有主副廠房洞室、主變洞室兩大洞室，兩大洞室平行布置，軸線方位角為 90°，主變洞室位于主副廠房洞室下游，兩洞凈距32m。兩大洞室軸線與巖體主應(yīng)力方向夾角30°，與巖體主節(jié)理走向夾角約60～70°，與巖體層面走向夾角約60～70°，洞室穩(wěn)定條件較好。

主副廠房洞室：洞室尺寸124×21×43.66m（長×寬×高），安裝間布置在主機間右側(cè)，長 35m，副廠房布置在主機間左側(cè)，長16m。在主廠房、安裝間設(shè)置有巖壁吊車梁，頂面高程593.78m。

主變和GIS洞室：洞室尺寸88×14×24.82m（長×寬×高）。

尾水洞：尾水洞為圓洞，由四條尾水支洞匯成兩條尾水主洞。支洞單長 76m，大尾水支洞洞徑5.5m，小尾水支洞洞徑 3.5m；主洞長度分別為104m、93m，洞徑分別為8.5m和5.5m。尾水主洞出口設(shè)檢修閘門，尾水反坡后接尾水渠。

進廠交通洞：布置在廠區(qū)下游側(cè)，高程575m，由岸邊干線道路通向主副廠房洞室的安裝間，并連通主變洞室。交通洞長 213m，城門洞型，斷面尺寸8.3×7.3m，可供施工運輸、設(shè)備運輸和通風(fēng)使用。

排風(fēng)洞（兼施工支洞）：布置在廠區(qū)上游側(cè)，高程 596m，由岸邊干線道路通向主副廠房洞室的副廠房，并分支通向主變洞室和上層排水洞。城門洞型，尺寸6.2×5.7m。

出線洞（兼施工支洞）：布置在進廠交通洞下游側(cè)，高程588m，城門洞型，斷面尺寸7.7×6.85m。

排水洞：在主副廠房洞室和主變洞室周圍設(shè)兩層環(huán)形排水洞，下層高程575m，連通進廠交通洞，上層高程 590m，連通排風(fēng)洞。城門洞型，斷面尺寸 3.15×3.15。

3 廠址布置選擇

根據(jù)前述工程地質(zhì)條件及評價，三種廠址方案各有差異，各方案工程地質(zhì)條件比較見下表2。

從工程地質(zhì)條件相比，各方案廠址基本相當(dāng)，經(jīng)綜合比較后推右岸地面廠房方案。

綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，壩后廠房方案樞紐布置緊湊，引水系統(tǒng)投資較少，但因河谷狹窄，壩后廠房和泄水建筑物布置難度大，廠房右岸安裝間按挖方布置，滑雪道的布置在左岸壩肩形成高陡開挖邊坡，穩(wěn)定性差，處理難度大，投資不易控制。該方案廠、壩、滑雪道施工干擾較大，存在不確定因素，風(fēng)險相對較大，工期不易控制。因廠壩集中布置，泄洪霧化影響也較大。

表3 各方案廠址巖石(體)物理力學(xué)參數(shù)建議值表

表4 廠址方案比較綜合比較表

岸邊廠房方案和地下廠房方案總體相對較優(yōu)，對壩址地形地質(zhì)條件的適應(yīng)性較好。廠壩均可獨立施工，干擾小，工期有保障。岸邊廠房方案（調(diào)壓井）廠區(qū)邊坡處理問題不大，廠區(qū)距壩區(qū)相對較遠，霧化影響小；地下廠房方案地質(zhì)條件有利，洞室群穩(wěn)定條件較好，避開了狹谷區(qū)廠房高邊坡問題，廠區(qū)基本不受霧化影響，但地下廠房對施工組織要求較高，工期不易控制，需合理統(tǒng)籌安排。

經(jīng)綜合比較，本階段對砼拱壩的樞紐布置推薦采用右岸引水式廠房方案2，即3#溝下游引水式廠房方案（帶調(diào)壓井）。

4 結(jié)語

經(jīng)過廠區(qū)布置方案的比選，推薦的右岸引水式廠房方案2能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)條件，投資省。目前，工程已經(jīng)開工，各項工作進展順利，從工程進展來看，樞紐布置是合理和正確的，為今后興建相類似的電站工程提供了有益的經(jīng)驗。

1 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)(SL 252-2000)[S]. 2000.

2 王世夏. 水工設(shè)計的理論和方法[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2000.

3 顧鵬飛, 喻遠光. 《水電站廠房設(shè)計》. 北京: 水利電力出版社, 1987.