莫莫克水利樞紐工程樞紐布置方案比選分析

宋興亮

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

根據樞紐功能需要，水庫樞紐建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物及專門性建筑物組成，樞紐布置是工程設計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、投資造價及建筑物的安全運行，因此，要根據地形地質條件，結合工程施工、運行安全、排沙效果及投資造價等多方面因素進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，主要承擔防洪、灌溉的工程任務、兼顧發電，由碾壓式瀝青混凝土心墻壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞、發電引水系統及電站廠房等組成[3]。

1 樞紐布置原則

根據壩線和壩型比選結論，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，裝機容量26.0 MW[3]。

(1)樞紐布置遵循適應壩線地形地質條件的原則。根據本工程壩線區地形地貌特點、地質條件，右岸為河道凸岸。樞紐建筑物的布置方案應盡量利用有利地形，因地制宜、揚長避短。

(2)壩線區附近河道較順直，河谷寬度358 m。因此，在布置泄水建筑物時，盡量使水流順應河道走向，沖坑布置在河道中心以減小對兩岸邊坡穩定的影響，且各泄水建筑物的下游落水點盡量不要相互干擾，避免集中沖刷，加劇沖坑深度。

(3)泄洪沖沙洞的功能為水庫及發電引水系統進口“門前清”、水庫放空、施工期導流兼度汛、泄洪。在泄量分配上，由于表孔閘門具有操作靈活、安全可靠的特點，在校核洪水位時以表孔為主，泄洪沖沙洞其泄量應占總下泄量的1/2～1/3[4-5]。

(4)樞紐建筑物應盡量集中布置，以便施工及運行管理。

(5)引泄水建筑物進出口布置盡量降低開挖邊坡高度，避開不利地質構造。

2 樞紐布置方案及比選分析

2.1 布置方案

根據樞紐布置原則，在碾壓式瀝青混凝土心墻壩基礎上，提出了3個樞紐布置方案進行比選。

方案一：右岸布置溢洪道方案。利用右壩肩布置開敞式溢洪道，將泄洪沖沙洞和發電洞聯合布置在左岸。由于左岸為河道凹岸，布置泄洪沖沙洞為有壓洞，需設兩處拐點，發電洞軸線平行于泄洪沖沙洞軸線，布置在泄洪沖沙洞右側，電站廠房布置于左岸階地上。

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

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

2.2 方案比選

2.2.1 工程地形地質條件比較

方案一發電引水系統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，隧洞圍巖類別屬Ⅳ類，巖性為西域組礫巖夾砂巖。方案一溢洪道進口引渠段、泄槽段存在高邊坡，開挖邊坡高約80 m，需加強支護。

方案二、方案三溢洪道布置于左壩肩，泄洪沖沙洞、發電引水系統同側布置于右岸山體。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，隧洞圍巖類別屬Ⅳ類，巖性為西域組礫巖夾砂巖。方案二、方案三發電洞及泄洪沖沙洞進口引渠段、發電洞出口段存在高邊坡，開挖邊坡高約140 m，需加強支護。

從工程地質條件比較，三個方案工程地質條件相差不大。

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，需加強支護，以保證工程安全。泄洪沖沙洞布置于左岸山體內，為有壓洞，洞身較長，針對提孜那甫河多泥沙水質現狀，采用長有壓洞沖沙，存在洞內淤積風險。同時發電引水系統與泄洪沖沙洞同側布置于左岸，發電引水系統較長，閘井交通布置較困難。廠房布置于主河床左側階地坡腳處，距離庫爾阿克溝較近，運行期需及時進行下游河道清淤。

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，進口引渠平順性較差，無高邊坡問題存在。

方案二泄洪沖沙洞布置于發電引水系統右側，洞身段較長。發電引水系統引渠較長，“門前清”效果一般，發電洞及泄洪沖沙洞進口引渠段、發電洞出口段存在高邊坡，開挖邊坡高約140 m，邊坡支護處理難度較大。廠房布置于主河床右側階地坡腳185 m處，距離庫爾阿克溝較遠，運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電引水系統左側，洞身段較短，發電引水系統與泄洪沖沙洞交叉布置，引渠較短，“門前清”效果最好，發電洞及泄洪沖沙洞進口引渠段、發電洞出口段存在高邊坡，開挖邊坡高約140 m，邊坡支護處理難度較大。廠房布置于主河床右側階地坡腳210 m處，距離庫爾阿克溝較遠，運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，三個方案整體布置各有優缺點，方案三略優。

2.2.3 施工條件比較

三個方案施工條件基本相當，生產、生活區、場內交通主要布置在左岸。方案一需在泄洪沖沙洞進口布置施工臨時鋼橋，右岸高邊坡開挖及支護總體布置相對簡單。方案二、方案三右岸高邊坡開挖及支護總體布置相對復雜。

2.2.4 運行安全及排沙效果比較

從運行管理及安全性而言，三個方案均存在右岸高邊坡問題，對工程的運行安全存在影響，方案二、方案三高邊坡問題相對較突出；方案一泄洪沖沙洞采用有壓洞，存在洞內泥沙淤積風險。

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電引水系統同側布置，但采用有壓洞，沖沙效果較差。方案二、方案三發電引水系統與泄洪沖沙洞同側布置，采用無壓洞，水流條件較好，可做到“門前清”，沖沙效果較好。從運行安全及排沙效果比較，三個方案整體布置各有優缺點，方案三略優。

2.2.5 工程量及工程投資比較

從工程量和工程投資來看，方案一溢洪道進口引渠段開挖邊坡較低，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，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。整體來看，方案三工程量和工程投資略優。

綜上所述，樞紐布置推薦方案三泄洪沖沙洞與發電洞交叉方案。

3 結 語

根據工程壩線區地形地貌特點、地質條件，右岸為河道凸岸，樞紐建筑物的布置應盡量利用有利地形來確定布置方案。綜合樞紐壩址處地形地質條件分析，擬定三個樞紐布置方案，從地形地質條件、建筑物布置、施工條件、運行安全及排沙效果、工程量及投資等方面進行比選，最終確定因地制宜、經濟合理的樞紐布置方案。