莫莫克水利樞紐工程設(shè)計(jì)方案比選

宋興亮

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

0 前言

壩線和壩型的比選關(guān)系到樞紐工程整體的安全性，也是工程設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)對(duì)工程地質(zhì)條件、工程布置、施工條件及總投資等方面綜合分析比選確定。修建莫莫克水利樞紐以解決提孜那甫河洪水災(zāi)害及改善下游灌區(qū)春旱缺水問(wèn)題，從地形地質(zhì)條件、工程布置、施工條件及投資造價(jià)方面對(duì)不同壩線及壩型進(jìn)行綜合比較，在考慮后期樞紐布置及安全運(yùn)行的同時(shí)兼顧工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，選出更經(jīng)濟(jì)合理的壩線及壩型。

1 工程概況

莫莫克水利樞紐主要承擔(dān)提孜那甫河流域防洪、灌溉兼顧發(fā)電的工程任務(wù)，總庫(kù)容為9 265.00萬(wàn)m3，正常蓄水位為1 894.00 m，死水位1 873.00 m，電站總裝機(jī)容量為26.00 MW。工程由擋水壩、溢洪道、泄洪沖沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等組成。壩址區(qū)基巖主要為巨厚層西域礫巖，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，局部泥鈣質(zhì)膠結(jié)，屬極軟巖，屬弱～微透水層，無(wú)大的邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，無(wú)地震液化問(wèn)題，結(jié)構(gòu)密實(shí)，可作為土石壩基礎(chǔ)，還須全斷面防滲處理。

2 壩線選擇

壩線的選擇主要考慮地形地質(zhì)條件對(duì)工程安全的影響。由于壩址地形條件特殊，河道呈“Ω”型，右岸為向河道凸出的基巖山脊，壩軸線可選擇的范圍不大。上、下壩線采用相同的庫(kù)容、壩體結(jié)構(gòu)、特征高程等控制參數(shù)，上、下壩線左岸溢洪道，右岸發(fā)電引水洞與泄洪沖沙洞，壩后發(fā)電廠房均相同。在此基礎(chǔ)上，對(duì)兩壩線同一壩型進(jìn)行壩線比選。

上壩線樞紐由大壩、表孔溢洪道、泄洪沖沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房等建筑物組成。下壩線位于上壩線下游80 m左右的位置，樞紐由大壩、溢洪道、導(dǎo)流洞、泄洪沖沙洞、發(fā)電引水洞、電站廠房等建筑物組成。上下兩壩線相距85 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容相同，樞紐承擔(dān)的工程任務(wù)相同。交通條件基本相同，氣候條件相同。對(duì)上、下壩線從地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、工程量及投資進(jìn)行比較。

2.1 地形地質(zhì)條件

在地形條地質(zhì)件上，下壩線河谷谷底寬度較上壩線河谷谷底狹窄，但正常蓄水位對(duì)應(yīng)的上壩線河谷寬度較下壩線狹窄，兩壩線處河床覆蓋層均為15 m左右；兩壩線巖體完整性及堅(jiān)硬程度基本相同；基巖透水率q<3 Lu界限埋深上壩線較下壩線淺；兩壩線方案均存在右岸壩肩邊坡高陡、處理工程量大且施工困難的特點(diǎn)；兩方案其它建筑物的布置基本一致，下壩線表孔溢洪道進(jìn)口引渠穿越階地長(zhǎng)度較長(zhǎng)，處理難度相對(duì)較大。上壩線工程地質(zhì)條件略優(yōu)于下壩線。

2.2 工程布置

從工程布置上看，上壩線大壩壩長(zhǎng)370 m，最大壩高75.00 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪沖沙洞及發(fā)電洞布置在右岸；下壩線大壩壩長(zhǎng)437.70 m，最大壩高70.00 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪沖沙洞及發(fā)電洞布置在右岸。上下壩線相距較近，下壩線相對(duì)較低，但壩線較長(zhǎng)，表孔溢洪道布置于左壩肩、泄洪沖沙洞與發(fā)電引水系統(tǒng)布置于河道右岸，各建筑物進(jìn)水口均不太順直。

2.3 施工條件

從施工條件分析，上下壩線僅相距85 m，其施工條件基本一樣。施工生產(chǎn)、生活區(qū)、場(chǎng)內(nèi)交通主要布置在左岸。右岸建筑物高邊坡開(kāi)挖高程相同，施工道路布置條件一樣。

2.4 投資估算

兩壩線正常蓄水位相同，上壩線淹沒(méi)補(bǔ)償費(fèi)用為2.87億元，下壩線淹沒(méi)補(bǔ)償費(fèi)用為2.87億元，費(fèi)用相當(dāng)。但上壩線泄洪工程和引水工程投資費(fèi)用少于下壩線，上壩線工程投資比下壩線投資便宜0.15億元。

綜上所述，從地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、移民安置投資及投資估算比較，選定上壩線為推薦壩線。

3 壩型選則

對(duì)混凝土面板壩、瀝青心墻壩方案進(jìn)行了同等深度的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作，深入地研究各方案的特點(diǎn)以確定較優(yōu)壩型。

3.1 兩壩型對(duì)地形地質(zhì)條件的適應(yīng)性

河谷呈“U”型，河谷底寬270 m，河床段覆蓋層最大深度為15 m左右。下伏基巖為第三系西域礫巖，基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m，弱風(fēng)化層厚8～10 m，巖性為第三系西域礫巖。地形地質(zhì)條件對(duì)兩個(gè)壩型的比較選擇沒(méi)有制約性的因素，兩種壩型工程地質(zhì)條件差別不大。

3.2 兩壩型壩軸線布置及樞紐布置

碾壓式瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板砂礫石壩兩種壩型方案在相同的壩軸線上樞紐布置方案基本相同，在主河床布置攔河壩，在左岸布置表孔溢洪道、泄洪沖沙洞，發(fā)電引水系統(tǒng)布置在右岸，采用地面式廠房。兩方案不同之處在于碾壓式瀝青混凝土心墻壩方案上游圍堰與壩體結(jié)合，混凝土面板砂礫石壩方案上游圍堰與壩體未結(jié)合，泄洪沖沙洞進(jìn)口引渠與上游圍堰存在交叉，需修建擋墻圍擋上游圍堰。顯然，混凝土面板砂礫石壩型方案在施工布局上更為復(fù)雜。

3.3 建筑材料及壩料制備

壩線區(qū)有豐富的筑壩材料，4個(gè)砂礫石料場(chǎng)，所選砂礫料儲(chǔ)量較豐富，開(kāi)采條件好，質(zhì)量可滿足壩殼料技術(shù)要求，兩種壩型所需砼骨料及砂礫料均由C4料場(chǎng)提供，料源豐富。心墻壩所需堿性骨料需外購(gòu)、運(yùn)距較遠(yuǎn)。經(jīng)兩方案壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定各方案的壩體填筑量和混凝土工程量，見(jiàn)表1。從建筑材料和壩料的制備上，面板壩方案較優(yōu)。

3.4 施工條件

兩種壩型在有效施工期內(nèi)受氣候影響均較小，在施工上均不存在不可克服的技術(shù)困難，可以按進(jìn)度要求進(jìn)行建設(shè)。面板壩趾板斜穿右岸陡邊坡，右岸壩肩石方開(kāi)挖，混凝土澆筑和基礎(chǔ)處理較困難。心墻壩圍堰與壩體結(jié)合可節(jié)省導(dǎo)流工程量。道路布置上，面板壩方案需布置3座跨趾板施工臨時(shí)鋼橋。就施工而言，兩壩型方案基本相當(dāng)。

表1 不同壩型主要壩料匯總表

3.5 抗震性能

瀝青混凝土是一種粘彈塑性材料，抗疲勞性能強(qiáng)，變形能力強(qiáng)，可隨壩體一起變形而不產(chǎn)生裂縫，即使在強(qiáng)震時(shí)瀝青砼心墻產(chǎn)生了裂縫，但后期也可自行愈合，防滲體是安全可靠的，壩殼料透水性較大，穩(wěn)定性較好?；炷撩姘迳暗[石壩同樣具有良好的抗震性能，壩體穩(wěn)定性好。就抗震性能而言，兩壩型方案均具備良好的抗震穩(wěn)定性。

3.6 工程量及工程投資

從工程量來(lái)說(shuō)，瀝青心墻壩壩坡較緩，大壩主體填筑量大于面板壩。而面板壩土方開(kāi)挖和石方明挖量大于瀝青心墻壩。工程總投資面板壩方案為15.33億元，瀝青心墻壩方案為15.18億元，瀝青心墻壩方案較面板壩方案低0.15億元左右。

通過(guò)對(duì)上述幾方面的比較，碾壓式瀝青混凝土心墻壩方案具有技術(shù)可靠，工程投資略優(yōu)的特點(diǎn)，選定碾壓式瀝青混凝土心墻壩為推薦壩型。

4 結(jié)論

①因地形條件特殊，河谷呈U型，右岸有向河道凸出的基巖山脊，壩軸線可選擇的范圍不大，綜合地形地質(zhì)條件、工程樞紐布置、施工條件、移民安置及投資估算而確定的上壩線為合理壩線；根據(jù)地形地質(zhì)條件、工程樞紐布置、建筑材料、施工條件、抗震性能及工程量和工程投資綜合比較，本著工程經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)最優(yōu)確定碾壓式瀝青混凝土心墻壩為推薦壩型；

②實(shí)例中的技術(shù)路線是相對(duì)傳統(tǒng)的方法，合理確定壩線及壩型有利于工程整體安全，這對(duì)于受地質(zhì)條件影響突出的水利水電工程更有優(yōu)勢(shì)，但比較過(guò)程中單因子特征是有礙于研究精度的。今后可展望技術(shù)路線發(fā)展，借助信息化智能化手段嘗試多因子互聯(lián)比選分析將更具優(yōu)勢(shì)；

③工程方案的最終確定還會(huì)受其他因素影響，有時(shí)可能是關(guān)鍵性的。選擇壩線和壩型時(shí)需掌握地形地質(zhì)、樞紐布置、施工條件等基本資料，特別要重視難以解決的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問(wèn)題。