新龍口水電站工程引水渠首閘址方案設(shè)計比選

周 全

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團勘測規(guī)劃設(shè)計研究院一分院 新疆 石河子 832000）

1 工程概況

奎屯河發(fā)源于依連哈比爾尕山的西段，流向由南向北，全長320km，多年平均年徑流量6.12億m3，新龍口水電站位于奎屯河干流中游山區(qū)河段。奎屯河屬于一條多沙河流，泥沙來源于降雨融雪匯流對流域面的侵蝕和水流對河道的沖刷。以煤窯站的實測資料，新龍口水庫的多年平均入庫懸移質(zhì)沙量258.1萬t，水庫多年平均入庫推移質(zhì)沙量36.1萬t，占懸移質(zhì)沙量258.1萬t的14%。

水庫上閘址位于峽谷出口位置，河道順直，河谷呈“V”型谷，谷底寬30m左右，河谷寬高比為2，河床覆蓋層厚5m左右。正常蓄水位時谷寬170m。壩基巖性主要為英安質(zhì)凝灰?guī)r夾凝灰質(zhì)礫巖，厚層狀～塊狀，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，巖體風(fēng)化深度較淺，巖體完整性較好，透水性較弱。下閘址亦為典型的“V”型河谷，河谷狹窄，壩頂以上坡高170m～230m，左岸地形不太規(guī)則，小沖溝發(fā)育，河床覆蓋層厚度10m～12m，相對較厚。壩基巖性主要為英安質(zhì)凝灰?guī)r夾安山質(zhì)凝灰?guī)r，厚層狀～塊狀，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖體風(fēng)化深度相對較深，巖體完整性相對較差，透水性較強。

根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》（DL5180-2003）的規(guī)定，樞紐屬中型Ⅲ等工程。但其引水樞紐為奎屯河引水改建工程中的一部分，奎屯河引水改建工程控制灌溉面積122.1萬畝，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）中規(guī)定，按灌溉面積確定工程規(guī)模屬大（2）型，工程等別為Ⅱ等。因此，新龍口電站各建筑物級別按其從屬的不同工程等別分開確定，引水樞紐定為2級。

2 方案設(shè)計及比選

新龍口電站為引水式電站，工程由引水樞紐、引水隧洞、前池、壓力管道、泄水陡坡、主副廠房等組成。設(shè)計引水流量50.5m3/s，樞紐引水水位1324.5m，前池正常水位1313.1m，電站尾水水位983.7m，發(fā)電水頭321.5m，裝機容量140MW，年發(fā)電量3.80億kW·h（單獨）/3.93億 kW·h（聯(lián)合）。工程規(guī)模屬中型三等。

根據(jù)地質(zhì)勘察，將軍廟水庫下游2km至老龍口引水樞紐之間河道段，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，斷層較發(fā)育，局部段河道兩岸沖溝深切，不適宜作為樞紐閘址。本次在將軍廟水庫壩址下游2km范圍內(nèi)選擇布置閘址，初步選擇上、下兩個閘址方案。

2.1 上、下閘址方案設(shè)計的基本原則

（1）閘址比較選擇同一個引水線路、廠址及尾水位，根據(jù)工程布置，上下閘址引水線路在下閘址隧洞1+518.63處相交，交點至廠區(qū)工程布置基本相同，上、下閘址比較末端選為引水隧洞交點處。

（2）電站施工控制性工程為隧洞施工，故上、下閘址比較不考慮施工工期。

（3）奎屯河泥沙含量較大，閘址選擇盡可能考慮閘后設(shè)置沉砂建筑物的地形條件。

（4）上閘址閘高9.9m，閘基應(yīng)力滿足基礎(chǔ)承載力要求，基礎(chǔ)不需進行特殊處理，閘型選擇攔河閘作為閘址比選代表方案。下閘址樞紐高度較高，基礎(chǔ)承載力不滿足要求，需對閘基做處理，根據(jù)基礎(chǔ)處理方式不同，初擬挖除與不挖除兩種方案，經(jīng)過比選挖除方案有其自身的優(yōu)勢，因此下閘址選定挖除方案為代表方案參與閘址比選。

2.2 上閘址方案

上閘址位于將軍廟水文站下游2.7km處，引水樞紐采用正向泄洪排沙、斜向引水的布置形式，由排冰排漂閘、泄洪沖砂閘、引水閘、護岸、沉砂池組成，閘前正常引水位1324.5m。閘基坐落在覆蓋層上，閘基設(shè)防滲墻，防滲墻伸入至基巖以下1m。泄洪沖砂閘布置在河道主槽上，起泄洪沖砂的作用，設(shè)計單孔泄洪量68.4m3/s，校核單孔泄洪量102.2m3/s。泄洪閘底板高于河床2.9m，單寬6m，共5孔，閘頂高程 1326.5m，閘高9.9m；排冰排漂閘底板高程為1321.0m，閘室長18.0m，閘高9.9m，控制閘門采用舌板閘。引水閘與泄洪沖砂閘軸線夾角35°，共6孔，單孔寬4m，閘高5.5m，引水閘由弧形閘門控制，閘后接條渠式沉砂池和引水暗渠，沉砂池全長200m。沉砂池末端接引水隧洞，引水隧洞至上、下閘址洞線交點處長2.706km。

2.3 下閘址方案

采用推薦方案攔河壩式引水樞紐與上閘址進行比較。

下閘址布置在上閘址下游1.1km處，由泄水建筑物、左右岸擋水建筑物、引水建筑物、沉砂池、暗渠組成，正常引水位1324.5m。引水樞紐基礎(chǔ)坐落在強風(fēng)化下限、弱風(fēng)化上限，并對基底面進行固結(jié)灌漿。

泄洪建筑物由表孔泄洪壩段和底孔沖砂壩段組成，表孔泄洪溢流壩段布置在河道主槽上，堰頂高程1320.5m，單孔寬6m，凈寬3×6m=18m，由弧形閘門控制。閘室高6.0m，壩段最大壩高45.25m。底孔沖砂壩段布置在泄洪溢流壩段右側(cè)，緊靠引水建筑物布置，底板高程高于河床4.5m，共1孔，末端孔口尺寸3.0m×3.0m，在底孔出口端由弧形鋼閘門控制。引水建筑物布置在底孔沖砂壩段右側(cè)，引水閘與泄洪壩段軸線夾角45°，底板高程1321.0m，閘室高5.5m，共2×3=6孔，孔寬4.0m。引水閘末端接條渠式沉砂池，沉砂池長180m。沉砂池末端接引水暗渠，暗渠長60m，暗渠末端接引水隧洞。引水隧洞至上、下閘址洞線交點處長1.518km。

2.4 上、下閘址方案比較

2.4.1 地形、地質(zhì)條件

上閘址位于將軍廟水文站下游2.7km河道段。左岸發(fā)育Ⅲ級侵蝕堆積階地，岸邊基巖裸露，推測岸內(nèi)存在古河槽，階地表層0.2m～0.5m為土黃色礫質(zhì)土，其下為第四系上更新統(tǒng)～全新統(tǒng)青灰色砂礫石層，厚15m～20m，承載力建議值為500kPa。下伏基巖為石炭系中統(tǒng)巴音溝組第三亞組凝灰?guī)r，強風(fēng)化層厚4m～6m，弱風(fēng)化層厚15m～17m，強風(fēng)化層承載力建議值2.0MPa，弱風(fēng)化為3.0MPa。現(xiàn)代河床覆蓋層巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石，厚度15m～17m，青灰色，級配不良，磨圓度較好，骨架顆粒間多以中粗砂充填。滲透系數(shù)7.5×10-2cm/s，為強透水層，承載力建議值為300kPa。下伏基巖為石炭系中統(tǒng)巴音溝組第三亞組凝灰?guī)r，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，強風(fēng)化層厚2m～3m，弱風(fēng)化層厚15m～17m。右岸為Ⅲ級階地，岸坡陡立，基巖裸露,地層巖性為石炭系中統(tǒng)巴音溝組第三亞組凝灰?guī)r，強風(fēng)化層厚4m～6m，弱風(fēng)化層厚15m～17m，承載力建議值強風(fēng)化為2.0MPa，弱風(fēng)化為3.0MPa。

下閘址位于上閘址下游1.1km處，河道左岸為Ⅲ級侵蝕堆積階地，岸邊基巖裸露，下伏基巖為石炭系上統(tǒng)沙大王組凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖，開挖邊坡臨時1∶0.3，永久1∶0.5。現(xiàn)代河床海拔高程1300m～1305m，河床縱坡1.3%，寬40m，覆蓋層巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石，厚度15m～17m，級配不良，磨圓度較好，分選性差，骨架顆粒間多以中粗砂充填。天然密度為1.89g/cm3，干密度1.85g/cm3，滲透系數(shù)7.5×10-2cm/s，為強透水層，承載力建議值為300kPa。下伏基巖為石炭系上統(tǒng)沙大王組玄武巖、凝灰質(zhì)砂巖，巖強風(fēng)化層厚2m～3m，強風(fēng)化層承載力建議值為1.5MPa，開挖邊坡臨時1∶0.3，永久1∶0.5。右岸為Ⅲ級階地，岸坡陡立，坡度60°～80°，基巖裸露,巖性為石炭系上統(tǒng)沙大王組凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖，強風(fēng)化層厚4m～6m，承載力建議值為1.5MPa，邊坡開挖臨時1∶0.3，永久1∶0.5。右岸古河槽寬15m～20m，覆蓋層厚度約20m，古河槽呈弧形在右岸展布，古河槽進口在進水閘處，出口在引水隧洞進口西側(cè)河岸邊，從地質(zhì)條件看，上、下閘址基本相同。

2.4.2 工程布置

上閘址為攔河閘式渠首，閘高約9.9m，閘高較下閘址小，引水閘軸線長92.9m，軸線較下閘址短。引水閘與泄洪沖砂閘軸線夾角35°，夾角較下閘址小，出口河道較平順，引水隧洞比下閘址加長1.21km。下閘址渠首所處河段平順，河道寬窄適宜，河床以上建筑物高度為25m，閘前水深較大，引水樞紐軸線長175.46m，引水閘與泄洪建筑物夾角為45°，引水防沙條件相對較好。從工程布置看，下閘址較優(yōu)。

2.4.3 施工

上閘址河谷寬闊，可采用分期導(dǎo)流施工，臨時導(dǎo)流工程代價較小。附近有階地可布置施工工區(qū)，施工交通不便，需新建2.5km進場道路及1km通往料場道路。

下閘址河谷較窄，需采用導(dǎo)流洞導(dǎo)流，臨時導(dǎo)流工程施工費用較高，附近有階地可布置施工工區(qū)。施工交通較為方便，現(xiàn)狀有通往閘址與料場的臨時道路，整治后可作為施工道路。

2.4.4 運行管理

上閘址河道引水、沖砂基本順直，沉砂容積小，沖砂頻繁，沖砂耗水大。下閘址河道引水、沖砂基本順直，閘前沉沙庫容大，相對沖砂耗水量少。

2.4.5 移民占地

上閘址方案樞紐區(qū)共占地83.63畝，下閘址方案樞紐區(qū)共占地231.82畝。上閘址占地較少。

2.4.6 投資及效益

下閘址方案靜態(tài)總投資較上閘址省575萬元。

3 結(jié)語

綜上所述，上閘址、下閘址區(qū)的工程地質(zhì)條件基本相同。在河流引水比大的情況下，攔河壩式渠首引水口閘底板高于河床18m，有利沉砂，沉砂庫容大，可以以集中沖砂方式為主；小流量時，也可輔助以引水渠集中沖砂，而上閘址應(yīng)以連續(xù)沖砂為主，并且其上游右岸存在坡積物也會造成閘上游淤積，同時沖砂次數(shù)多、沖砂水損耗比下閘址大。在投資效益方面，下閘址較上閘址省575萬元。綜合分析，選定下閘址作為推薦閘址。陜西水利

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