某水電站發(fā)電廠房廠址比選設計

廖騰耀

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 廠址比選方案擬定及比選原則

某水電站工程發(fā)電引水線路布置在某河北側(cè)山前洪積扇上，渠線基本沿等高線布置，渠線與河道間距離約2km，地形上大體分為3段:第一段1.4km洪積扇上地形落差110m左右;第二段100m陡坎段地形落差60～70m;第三段河道左側(cè)河漫灘地形落差25m左右。其中河漫灘由西向東寬度逐漸減小(700～80m左右)，以最短線路獲得最大水頭為原則，結(jié)合現(xiàn)場查勘，地形、地質(zhì)條件，考慮河道洪水期凹岸淘刷對廠區(qū)的影響，將廠址選擇在距下閘址下游約25km的洪積扇前沿陡坎下部河漫灘上。

前池與壓力鋼管均處于河道左岸中～上更新世形成的洪積扇(Qpl2-3)上，洪積扇縱坡較穩(wěn)定，南北向有兩條較大規(guī)模沖溝和兩條較小規(guī)模沖溝，均為“V”型谷。該洪積扇地層巖性主要為泥鈣質(zhì)膠結(jié)卵礫石，膠結(jié)程度中等，在Qpl2泥鈣質(zhì)膠結(jié)卵礫石層下，廣泛分布近水平的第四系下更新統(tǒng)礫巖(Q1)。洪積扇前沿陡坎下部河漫灘，東西向長度約1km，寬度約500m至180m，由西向東逐漸變窄。

若廠房選擇在河漫灘東部狹窄地帶布置，廠房只能布置在洪積扇前沿陡坎斜坡上，廠房及壓力管道的開挖工程量大(基本為石方開挖)，同時帶來高邊坡及廠區(qū)布置緊張等問題，故廠址選擇在該河漫灘寬度約500～320m、長度550m范圍內(nèi)選擇。

在選定的可行廠址范圍內(nèi)，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，以壓力前池座落在原狀土上、壓力管道布置在地形相對較平坦、管線基本垂直于等高線并避開沖溝為原則，在此處最大沖溝兩側(cè)可布置壓力管道，選定兩個大的廠址比選方案(見圖1)。

圖1 廠址比選平面布置圖

(1)上廠址:沿沖溝西側(cè)布置壓力鋼管、發(fā)電廠房方案為上廠址方案，綜合考慮壓力管道長度、結(jié)構(gòu)布置、開挖工程量及廠房開挖工程量之間的關系，在上廠址沿壓力鋼管方向依次向下游布置為上廠址1、上廠址2、上廠址3。

(2)下廠址:沿沖溝東側(cè)布置壓力鋼管，在距離上廠址東側(cè)約200m布置發(fā)電廠房，為下廠址方案。廠址比選中引水明渠樁號引27+900m之前為公共部分不參與比選，上廠址方案包括前池、壓力管道、發(fā)電廠房，下廠址方案包括引水明渠延伸段、前池、壓力管道、發(fā)電廠房。通過對選擇的4處地面廠址進行的技術、經(jīng)濟綜合比較，選定推薦廠址。

2 廠址比選方案論述及工程布置

2.1 上廠址1

前池位于引水渠道末端，采用漸變段型式與輸水渠道連接。前池由連接段、池身段、水電站進口、側(cè)堰等部分組成，前池總長為236m。

泄水陡坡進口位于前池左端，出口位于廠房尾水渠道出口末端，總長2000m。

壓力管道從前池沿地面到電站廠房，管道垂直進入廠房。管道主管內(nèi)徑為5.0m和5.3m，管道縱坡為1/15.429、1/2.5和1=0，單根主管長1411m。

廠房布置在距河道約560m的洪積扇前緣陡坎上部，地面高程2210～2215m。

2.2 上廠址2

前池及泄水陡坡布置同上廠址1方案。

壓力管道布置同上廠址1方案，單根主管長1641m。

廠房布置在距河道約350m的洪積扇前沿陡坎下部河漫灘上，地面高程2137～2150m。

2.3 上廠址3

前池及泄水陡坡布置同上廠址1方案。

壓力管道布置同上廠址1方案，單根主管長1745m。

廠房布置在距河道約250m的洪積扇前緣陡坎下部河漫灘上，地面高程2132～2140m。

2.4 下廠址

引水明渠由上廠址方案引水明渠末端向東側(cè)延伸493m。

前池布置在距上廠址前池東側(cè)約400m處，采用漸變段型式與引水渠道連接。前池由連接段、池身段、水電站進口、側(cè)堰等部分組成，前池總長為236m。

泄水陡坡進口位于前池左端，出口位于廠房尾水渠道出口末端，總長1853m。

壓力管道從前池沿地面到電站廠房，管道垂直進入廠房。管道主管內(nèi)徑為5.0m和5.3m，管道縱坡為1/15.429、1/2.5和1=0，單根主管長1631m。

下廠址布置在距上廠址3東側(cè)約200m處，距河道約200m，地面高程2135～2141m。

3 各方案地形、地質(zhì)條件

3.1 上廠址1

該廠址廠房位于中更新世形成的洪積扇前緣，出露地層巖性上部為中～上更新統(tǒng)洪積泥鈣質(zhì)中等膠結(jié)砂礫石，底部為大厚度的下更新統(tǒng)礫巖(Q1)。廠房基礎最大挖深約115m，基礎均位于礫巖(Q1)內(nèi)。廠房邊坡巖性以中～上更新統(tǒng)洪積)泥鈣質(zhì)中等膠結(jié)砂礫石和礫巖為主，其抗沖蝕能力稍弱，進行護坡處理。

3.2 上廠址2

前池地形地質(zhì)條件同上廠址1方案。

泥鈣質(zhì)中等膠結(jié)砂礫石層。管道基礎均處于砂礫石層內(nèi)。壓力管道陡坡段部分位于中更新世形成的洪積扇前緣陡坎下部，出露地層巖性為坡洪積含土砂礫石層，厚22.5～34.0m，基礎均處于坡洪積含土砂礫石層。

該廠址廠房位于中更新世形成的洪積扇前緣陡坎下部，出露地層巖性為坡洪積含土砂礫石層，底部為下更新統(tǒng)礫巖。廠房基礎最大挖深約48m，廠房基礎位于礫巖(Q1)內(nèi)，礫巖近水平分布。

3.3 上廠址3

前池地形地質(zhì)條件同上廠址1方案。

壓力管道形地質(zhì)條件同上廠址2方案。

發(fā)電廠房形地質(zhì)條件同上廠址2方案，廠房基礎挖深37.4～41.4m。

3.4 下廠址

該廠址廠房位于中更新世形成的洪積扇前緣陡坎下部，出露地層巖性為坡洪積含土砂礫石層，底部為第四系下更新統(tǒng)(Q1)礫巖。廠房基礎挖深32.0～44.5m，廠房基礎位于礫巖(Q1)內(nèi)，礫巖近水平分布。

4 各方案水利動能指標、施工條件、建設征地及移民安置

廠址比選4個方案，水利動能指標相同，裝機容量150MW，多年平均年發(fā)電量5.03億kW·h(單獨運行)，裝機年利用小時數(shù)3356h。

廠址比選4個方案均便于施工臨建設施布置，施工條件基本相同，施工工藝及工期上基本一致;混凝土骨料均從C5天然砂礫石料場開采;上廠址1進場道路長約14km;上廠址3進場交通約16km;上廠址2進場道路與上廠址3相差不大;下廠址進場道路較上廠址3長約300m。

建設征地及移民安置，工程占地包括工程自身征地和工程管理范圍征地，工程建筑紅線四周各取50m作為管理范圍，經(jīng)計算，廠址比選4個方案，工程征地面積基本相同，工程征地土地類為天然牧草地，征地補償投資為64.17萬元(含稅)。

5 結(jié)語

5.1 各方案綜合比較(見表1)

表1 各方案綜合比較表

5.2 比選結(jié)果

從地形、地質(zhì)條件，工程布置、施工條件、水能、經(jīng)濟等方面對4個方案綜合分析后認為:

從地形、地質(zhì)條件看，上廠址1、上廠址2、上廠址3、下廠址4個方案，廠房基礎均座落在中等膠結(jié)礫巖(Q1)上;上廠址1廠房后邊坡高約99m需進行邊坡防護處理，上廠址2、上廠址3、下廠址條件基本相同。上廠址3個方案尾水渠對應的部位有一條較大沖溝，下廠址在廠房上游側(cè)有兩條較大沖溝。

從地形、地質(zhì)條件分析，根據(jù)《水電站廠房設計規(guī)范》(SL266-2001)的要求，廠房位置宜避開沖溝口和崩塌體，上廠址2和上廠址3較其他方案優(yōu)。

從工程布置看，上、下廠址4個方案廠房布置均相對簡單，均沒有大的制約條件。

上廠址3個方案中:引水渠道長度均為27.9km，上廠址1方案壓力鋼管段長度最短;上廠址3方案壓力鋼管段長度最長，但壓力鋼管段及廠房開挖量最小。下廠址方案引水渠道長度為28.4km，壓力鋼管段長度較上廠址1方案長220m。

4個方案水能利用指標均相同。

從施工條件分析，4個方案均便于施工臨建設施布置，施工條件基本相同，施工工藝及工期上基本一致。

從工建設征地及移民安置分析，4個方案征地面積基本相同，征地土地類為均為天然牧草地。

從工程投資來看，上廠址3工程靜態(tài)投資46927萬元，上廠址1較上廠址3多7338萬元，上廠址2較上廠址3多1605萬元。上廠址3個方案推薦上廠址3。上廠址3較下廠址多696萬元。

各方案通過地形、地質(zhì)條件，工程布置，水能，施工條件，經(jīng)濟等方面的綜合比較，根據(jù)《水電站廠房設計規(guī)范》(SL266-2014)的要求，廠房位置宜避開沖溝口和崩塌體，雖然上廠址3較下廠址投資多，但從安全運行方面考慮，推薦上廠址3作為推薦廠址。

5.3 廠址比選經(jīng)驗要點

廠房廠址選擇，首先應以最短引水線路獲得最大水頭為原則，結(jié)合現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件選定合理的廠址位置，對所選廠址方案進行的技術、經(jīng)濟綜合比選;通過定性和定量的比選，對各廠址方案的地形、地質(zhì)條件，工程布置，水能，施工條件，經(jīng)濟等主要因素進行優(yōu)劣分析，同時還應考慮廠址位置應滿足國家相應規(guī)程規(guī)范的相關要求。在全面分析、權衡各種因素的基礎上，選擇合理的廠址。

［1］SL266-2014．水電站廠房設計規(guī)范［S］．

［2］何善國．金雞灘水利樞紐工程技術方案比選研究［J］．水利規(guī)劃與設計，2014(05)．