莫莫克水利樞紐工程樞紐布置方案比選分析

宋興亮

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

根據(jù)樞紐功能需要，水庫(kù)樞紐建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物及專門(mén)性建筑物組成，樞紐布置是工程設(shè)計(jì)最基本也是最重要的組成部分，布置是否合理直接影響工程施工、投資造價(jià)及建筑物的安全運(yùn)行，因此，要根據(jù)地形地質(zhì)條件，結(jié)合工程施工、運(yùn)行安全、排沙效果及投資造價(jià)等多方面因素進(jìn)行綜合比較確定合理的樞紐布置方案[1-2]。莫莫克水利樞紐是提孜那甫河上的控制性工程，主要承擔(dān)防洪、灌溉的工程任務(wù)、兼顧發(fā)電，由碾壓式瀝青混凝土心墻壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等組成[3]。

1 樞紐布置原則

根據(jù)壩線和壩型比選結(jié)論，推薦上壩線碾壓式瀝青混凝土心墻壩，正常蓄水位1894.0 m，死水位1873.0 m，裝機(jī)容量26.0 MW[3]。

(1)樞紐布置遵循適應(yīng)壩線地形地質(zhì)條件的原則。根據(jù)本工程壩線區(qū)地形地貌特點(diǎn)、地質(zhì)條件，右岸為河道凸岸。樞紐建筑物的布置方案應(yīng)盡量利用有利地形，因地制宜、揚(yáng)長(zhǎng)避短。

(2)壩線區(qū)附近河道較順直，河谷寬度358 m。因此，在布置泄水建筑物時(shí)，盡量使水流順應(yīng)河道走向，沖坑布置在河道中心以減小對(duì)兩岸邊坡穩(wěn)定的影響，且各泄水建筑物的下游落水點(diǎn)盡量不要相互干擾，避免集中沖刷，加劇沖坑深度。

(3)泄洪沖沙洞的功能為水庫(kù)及發(fā)電引水系統(tǒng)進(jìn)口“門(mén)前清”、水庫(kù)放空、施工期導(dǎo)流兼度汛、泄洪。在泄量分配上，由于表孔閘門(mén)具有操作靈活、安全可靠的特點(diǎn)，在校核洪水位時(shí)以表孔為主，泄洪沖沙洞其泄量應(yīng)占總下泄量的1/2～1/3[4-5]。

(4)樞紐建筑物應(yīng)盡量集中布置，以便施工及運(yùn)行管理。

(5)引泄水建筑物進(jìn)出口布置盡量降低開(kāi)挖邊坡高度，避開(kāi)不利地質(zhì)構(gòu)造。

2 樞紐布置方案及比選分析

2.1 布置方案

根據(jù)樞紐布置原則，在碾壓式瀝青混凝土心墻壩基礎(chǔ)上，提出了3個(gè)樞紐布置方案進(jìn)行比選。

方案一：右岸布置溢洪道方案。利用右壩肩布置開(kāi)敞式溢洪道，將泄洪沖沙洞和發(fā)電洞聯(lián)合布置在左岸。由于左岸為河道凹岸，布置泄洪沖沙洞為有壓洞，需設(shè)兩處拐點(diǎn)，發(fā)電洞軸線平行于泄洪沖沙洞軸線，布置在泄洪沖沙洞右側(cè)，電站廠房布置于左岸階地上。

方案二：發(fā)電洞與泄洪沖沙洞交叉布置方案。利用左壩肩臺(tái)地布置開(kāi)敞式溢洪道，將泄洪沖沙洞與發(fā)電引水系統(tǒng)嵌入右岸山體布置，由于右岸為河道凸岸，布置泄洪沖沙洞為無(wú)壓洞，發(fā)電洞平行布置于泄洪沖沙洞左側(cè)，電站廠房靠近右岸階地布置。

方案三：發(fā)電洞與泄洪沖沙洞交叉布置方案。利用左壩肩臺(tái)地布置開(kāi)敞式溢洪道，將泄洪沖沙洞與發(fā)電引水系統(tǒng)嵌入右岸山體布置，由于右岸為河道凸岸，布置泄洪沖沙洞為無(wú)壓洞，發(fā)電洞平行布置于泄洪沖沙洞右側(cè)，在樁號(hào)0+210.116處從泄洪沖沙洞頂部交叉通過(guò)。電站廠房靠近右岸階地布置。

2.2 方案比選

2.2.1 工程地形地質(zhì)條件比較

方案一發(fā)電引水系統(tǒng)及泄洪沖沙洞布置于左岸山體，表孔溢洪道布置于右岸山體。泄洪沖沙洞洞頂上覆巖體厚一般為35～47 m，洞身處于新鮮巖體內(nèi)，隧洞圍巖類(lèi)別屬Ⅳ類(lèi)，巖性為西域組礫巖夾砂巖。方案一溢洪道進(jìn)口引渠段、泄槽段存在高邊坡，開(kāi)挖邊坡高約80 m，需加強(qiáng)支護(hù)。

方案二、方案三溢洪道布置于左壩肩，泄洪沖沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)同側(cè)布置于右岸山體。泄洪沖沙洞洞頂上覆巖體厚一般為34～57 m，洞身處于新鮮巖體內(nèi)，隧洞圍巖類(lèi)別屬Ⅳ類(lèi)，巖性為西域組礫巖夾砂巖。方案二、方案三發(fā)電洞及泄洪沖沙洞進(jìn)口引渠段、發(fā)電洞出口段存在高邊坡，開(kāi)挖邊坡高約140 m，需加強(qiáng)支護(hù)。

從工程地質(zhì)條件比較，三個(gè)方案工程地質(zhì)條件相差不大。

2.2.2 工程布置及特性比較

不同樞紐布置方案比較見(jiàn)表1。

表1 不同樞紐布置方案比較

方案一表孔溢洪道布置于右壩肩，表孔溢洪道較短，但進(jìn)口引渠段及泄槽段土石方工程量較大，且存在高邊坡，需加強(qiáng)支護(hù)，以保證工程安全。泄洪沖沙洞布置于左岸山體內(nèi)，為有壓洞，洞身較長(zhǎng)，針對(duì)提孜那甫河多泥沙水質(zhì)現(xiàn)狀，采用長(zhǎng)有壓洞沖沙，存在洞內(nèi)淤積風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)發(fā)電引水系統(tǒng)與泄洪沖沙洞同側(cè)布置于左岸，發(fā)電引水系統(tǒng)較長(zhǎng)，閘井交通布置較困難。廠房布置于主河床左側(cè)階地坡腳處，距離庫(kù)爾阿克溝較近，運(yùn)行期需及時(shí)進(jìn)行下游河道清淤。

方案二、方案三表孔溢洪道均布置于左壩肩，表孔溢洪道稍長(zhǎng)，進(jìn)口引渠平順性較差，無(wú)高邊坡問(wèn)題存在。

方案二泄洪沖沙洞布置于發(fā)電引水系統(tǒng)右側(cè)，洞身段較長(zhǎng)。發(fā)電引水系統(tǒng)引渠較長(zhǎng)，“門(mén)前清”效果一般，發(fā)電洞及泄洪沖沙洞進(jìn)口引渠段、發(fā)電洞出口段存在高邊坡，開(kāi)挖邊坡高約140 m，邊坡支護(hù)處理難度較大。廠房布置于主河床右側(cè)階地坡腳185 m處，距離庫(kù)爾阿克溝較遠(yuǎn)，運(yùn)行期下游河道清淤工作量較少。

方案三泄洪沖沙洞布置于發(fā)電引水系統(tǒng)左側(cè)，洞身段較短，發(fā)電引水系統(tǒng)與泄洪沖沙洞交叉布置，引渠較短，“門(mén)前清”效果最好，發(fā)電洞及泄洪沖沙洞進(jìn)口引渠段、發(fā)電洞出口段存在高邊坡，開(kāi)挖邊坡高約140 m，邊坡支護(hù)處理難度較大。廠房布置于主河床右側(cè)階地坡腳210 m處，距離庫(kù)爾阿克溝較遠(yuǎn)，運(yùn)行期下游河道清淤工作量較少。

從水力條件而言，方案一表孔溢洪道順直，排漂效果較好。從工程布置比較，三個(gè)方案整體布置各有優(yōu)缺點(diǎn)，方案三略優(yōu)。

2.2.3 施工條件比較

三個(gè)方案施工條件基本相當(dāng)，生產(chǎn)、生活區(qū)、場(chǎng)內(nèi)交通主要布置在左岸。方案一需在泄洪沖沙洞進(jìn)口布置施工臨時(shí)鋼橋，右岸高邊坡開(kāi)挖及支護(hù)總體布置相對(duì)簡(jiǎn)單。方案二、方案三右岸高邊坡開(kāi)挖及支護(hù)總體布置相對(duì)復(fù)雜。

2.2.4 運(yùn)行安全及排沙效果比較

從運(yùn)行管理及安全性而言，三個(gè)方案均存在右岸高邊坡問(wèn)題，對(duì)工程的運(yùn)行安全存在影響，方案二、方案三高邊坡問(wèn)題相對(duì)較突出；方案一泄洪沖沙洞采用有壓洞，存在洞內(nèi)泥沙淤積風(fēng)險(xiǎn)。

從沖沙效果而言，提孜那甫河泥沙含量較高，方案一泄洪沖沙洞雖然與發(fā)電引水系統(tǒng)同側(cè)布置，但采用有壓洞，沖沙效果較差。方案二、方案三發(fā)電引水系統(tǒng)與泄洪沖沙洞同側(cè)布置，采用無(wú)壓洞，水流條件較好，可做到“門(mén)前清”，沖沙效果較好。從運(yùn)行安全及排沙效果比較，三個(gè)方案整體布置各有優(yōu)缺點(diǎn)，方案三略優(yōu)。

2.2.5 工程量及工程投資比較

從工程量和工程投資來(lái)看，方案一溢洪道進(jìn)口引渠段開(kāi)挖邊坡較低，處理工程量較小，投資約為15.28億元；方案二泄洪沖沙洞較長(zhǎng)，石方洞挖量較大，投資約為15.39億元；方案三泄洪沖沙洞較短，工程量較方案一、方案二小，投資約為15.18億元。整體來(lái)看，方案三工程量和工程投資略優(yōu)。

綜上所述，樞紐布置推薦方案三泄洪沖沙洞與發(fā)電洞交叉方案。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)工程壩線區(qū)地形地貌特點(diǎn)、地質(zhì)條件，右岸為河道凸岸，樞紐建筑物的布置應(yīng)盡量利用有利地形來(lái)確定布置方案。綜合樞紐壩址處地形地質(zhì)條件分析，擬定三個(gè)樞紐布置方案，從地形地質(zhì)條件、建筑物布置、施工條件、運(yùn)行安全及排沙效果、工程量及投資等方面進(jìn)行比選，最終確定因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理的樞紐布置方案。