托卡依水庫除險加固工程方案比選分析

盧康林

（新疆昌吉方匯水電設(shè)計有限公司，新疆 昌吉 831100）

1 工程概況

托卡依水庫位于阿圖什市正東18 km 處，為灌溉、防洪等綜合利用的水庫樞紐工程。水庫于1968年設(shè)計，1969年修建，1970年投入運行。經(jīng)過多年運行，存在一定的安全隱患，經(jīng)過安全鑒定，亟需除險加固。加固后水庫總庫容3 100萬m3；水庫正常蓄水位1 238.50 m，庫容1 847萬m3；水庫死水位1 237 m，庫容500萬m3，屬Ⅲ等中型。

2 庫區(qū)地質(zhì)概況

地形地貌：水庫位于布谷孜河沖洪積平原中下部、山前沖洪積扇扇緣及泉水溢出帶附近，總地勢北高南低、西高東低。庫區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性差，地震基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度值為0.30 g，反應(yīng)譜特征周期為0.65 s。

地層巖性：庫區(qū)地質(zhì)條件較簡單，地層主要為第四系松散堆積物，成因為洪積、沖積、沼澤相沉積，巖性主要為沖洪積粉土、淤泥質(zhì)粉土、沖積砂礫石。

水文地質(zhì)條件：庫區(qū)位于布谷孜河沖洪積平原的中下部，含水層類型自西向東由單一結(jié)構(gòu)潛水含水層變?yōu)槎鄬咏Y(jié)構(gòu)的承壓含水層，水庫位于潛水溢出帶附近，地下水礦化度一般為1～3 g/l，水化學(xué)類型以Cl·SO4～Na·Mg型為主，局部為SO4·Cl～Na·Mg型。庫壩區(qū)不同地帶地下水位變幅值為0.10～0.50 m。

3 存在主要問題

①水庫庫區(qū)淤積嚴(yán)重，致使水庫興利調(diào)節(jié)能力降低，嚴(yán)重影響了水庫防洪安全。②壩頂高程低于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，致使水庫不能安全運行；壩體碾壓質(zhì)量不均勻；部分壩段壩后浸潤線出溢點較高，有積水現(xiàn)象，壩后坡存在滲透穩(wěn)定問題；水庫現(xiàn)有原型觀測設(shè)施破壞嚴(yán)重，無法監(jiān)測。③涵洞進出口段不滿足設(shè)計壩坡要求，出口八字墻結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，不滿足水庫安全輸水要求；涵洞工作閘門與檢修閘門上的啟閉機均露天設(shè)置，銹蝕較嚴(yán)重，工作閘門止水破損，啟閉不嚴(yán)；涵洞后接0.33 km輸水干渠，渠壁坍塌、長滿雜草。渠系建筑物破損嚴(yán)重，不能安全放水；水庫管理無電力設(shè)施，采用柴油機臨時發(fā)電。④溢洪道泄洪不滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，后接泄洪通道沒有完全疏通。

4 工程方案比選

4.1 方案一［（分洪渠首+底孔沖砂泄洪洞+壩體+涵洞（設(shè)計洪水部分入庫）］

托卡依水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩長10 km，其中主壩段長6.63 km，副壩長3.38 km，此次除險加固對大壩進行加高培厚，壩頂加高至1 241.70 m，上游壩坡1∶3，下游壩坡1∶2.50。在壩體樁號6+624處布置底孔沖砂泄洪洞，采用城門洞型，兩孔布置，孔口尺寸2.50 m×3.00 m。設(shè)計最大泄洪流量85.64 m3/s。拆除主壩5+800處老涵洞后原址新建涵洞，涵洞采用城門洞型，斷面尺寸1.20 m×1.80 m。在水庫上游3.50 km入水口處修建分洪渠首，渠首由5孔引洪閘和3孔沖砂閘及80 m寬溢流堰組成。

4.2 方案二（溢洪道+壩體+涵洞）

水庫大壩均質(zhì)土壩，對大壩進行加高培厚，壩頂加高至1 243.20 m，上游壩坡1∶3，下游壩坡1∶2.50。拆除主壩5+800 處老涵洞后原址新建涵洞，涵洞采用城門洞型，斷面尺寸1.20 m×1.80 m。在主壩樁號6+624 處新建無閘控制溢洪道，寬度165 m，堰頂高程1 238.50 m，拆除原9+350處溢洪道改建壩體。

4.3 工程布置方案比選結(jié)果

此次樞紐布置比選從各方案的樞紐布置、地形地質(zhì)條件、工程安全、施工條件和工程投資等方面進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，以選擇最優(yōu)方案，見表1。

表1 樞紐布置比選比較表

4.3.1 施工

施工期方案一在渠首上游修建導(dǎo)流渠0.86 km、導(dǎo)流堤及渠首圍堰工程，將上游來水全部導(dǎo)入庫區(qū)外圍。方案二修建庫外導(dǎo)流渠2.80 km，洪水由庫外導(dǎo)流渠排放，工程量大，投資多。故不論是工期保證還是工程投資，方案一更優(yōu)。

4.3.2 地形、地質(zhì)條件

方案一渠首工程位于庫區(qū)上游西南方向，場區(qū)總地勢西南、西北高，東北、東南方向低，地面坡降約0.10%，地形較平坦開闊，地面生長紅柳等灌木。地基土巖性為低液限粉土和低液限粘土，低液限粉土和低液限粘土呈互層狀，沉積原因為沖洪積，局部夾有粉細(xì)砂透鏡體。底孔沖砂泄洪洞位于大壩放水涵洞以南樁號6+624處，壩后為一條自然沖溝—托卡依水庫老河道，老河道走向大致呈SE114°，河道寬50～90 m，河道深5～7 m，受水庫滲漏影響，壩后河道內(nèi)長年積水并向下游徑流排泄。老河道下游地形平坦開闊，5 km范圍內(nèi)均為沖洪積細(xì)土平原，地面自然坡降約0.16%。

方案二溢洪道布置在大壩放水涵洞以南樁號6+624處，地形、地質(zhì)條件與方案一的底孔泄洪洞一致；方案二工程布置內(nèi)容要比方案一少，減少了基礎(chǔ)處理的內(nèi)容，相比方案一更優(yōu)一些。

4.3.3 工程引水防沙效果

方案一設(shè)計洪水部分入庫，校核洪水不入庫，減少泥沙沉積量。底孔沖砂泄洪洞在泄洪的同時，對水庫沖沙也起到一定作用，增加水庫的使用年限。方案二設(shè)計、校核洪水入庫，泥沙沉積量增加，溢洪道底高程1 238.50 m，高程較高，不利于沖砂，增加了水庫泥沙淤積，且減少水庫的使用年限。因此，方案一較優(yōu)方案二些。

4.3.4 調(diào)度運行及安全

方案一程調(diào)度運行管理在分洪渠首上要復(fù)雜一些，設(shè)計洪水部分入庫，校核洪水由分洪渠首泄人下游河道，上游布置分洪、泄洪渠首能保證水庫的安全。方案二工程調(diào)度運行管理相對方便，發(fā)生設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時，水庫可以通過自身調(diào)節(jié)，能夠發(fā)揮水庫蓄洪調(diào)峰的作用，但是100年一遇洪水全部入庫，會危及大壩及下游鐵路的安全。所以從調(diào)度運行及安全上方案一更優(yōu)一些。

4.3.5 經(jīng)濟上比較

從投資上來說，方案一工程投資18 344.15萬元，方案二工程投資19 675.83萬元，方案一投資最少。

5 結(jié)論

從工程布置、地質(zhì)條件、工程運行、引水防沙效果、工程調(diào)度運行安全、施工管理及工程投資等方面綜合比較，方案一具有總體布置合理、調(diào)度運行安全、沖砂效果好、工程量小、投資少等優(yōu)點，故方案一作為水庫除險加固方案。