新疆托帕水庫樞紐布置方案比選分析

魏欣桃

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

托帕水庫是新疆烏恰縣恰克瑪克河上的控制性樞紐工程，是一座具有灌溉、防洪任務(wù)的綜合利用水利工程，工程規(guī)模為中型。水庫樞紐由瀝青混凝土心墻壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞等建筑物組成。壩線位于巴音庫魯提鄉(xiāng)上游5 km 河道最窄處，可充分利用左岸向西凸出的基巖山梁地形布置泄洪建筑物。

1 樞紐地質(zhì)條件

壩址工程地形地貌特征較明顯，河流走向近南北向，河谷呈“U”型，河谷底寬220～350 m不等。河床高程2336～2340 m，正常蓄水位2394.5 m 高程時，河谷寬410 m。左岸為一向西凸出的基巖山梁，山梁寬350～450 m。庫區(qū)兩岸山體雄厚，山體高度遠大于正常蓄水位高程，庫區(qū)附近無低于庫水位的鄰谷分布，產(chǎn)生永久滲漏的可能性不大。庫區(qū)位于低中山區(qū)，無居民區(qū)、工礦及農(nóng)田分布，庫區(qū)回水線范圍內(nèi)基巖裸露，水庫無浸沒問題。庫區(qū)兩岸基巖巖性主要以粉砂巖、灰?guī)r為主。庫區(qū)兩岸巖體整體穩(wěn)定性較好，不會有大規(guī)模的塌岸現(xiàn)象。但局部地段由于邊坡高陡，加之受風(fēng)化作用的影響，表層巖體可能形成小的崩塌和掉塊。水庫壩區(qū)范圍內(nèi)沒有現(xiàn)代活動斷裂通過，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，在水庫規(guī)模、區(qū)域構(gòu)造環(huán)境、水文地質(zhì)條件方面不具備產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)條件。

2 樞紐布置原則

托帕水庫樞紐由瀝青混凝土心墻壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞等建筑物組成。樞紐布置比選方案遵循以下原則。

(1)工程壩高61.5 m，從建筑物安全運行、后期檢修等方面綜合考慮，泄洪建筑物布置初擬表、深兩層建筑物泄洪的型式，同時結(jié)合水庫運行、施工導(dǎo)流、度汛、初期蓄水要求合理進行泄量分配。表層主要對溢洪道和溢洪洞進行比選，比選時充分考慮超泄能力，深孔主要對無壓洞和有壓洞進行比選。

(2)水庫運行方式為：每年的7月初～8月底水庫維持在死水位，進行排沙、沖沙運行；每年的8月水庫在汛期限制水位運行，以保證汛期安全度汛；其他月份水庫按灌溉要求蓄、放水。如遇特殊年份，托帕水庫工程的運行方式要根據(jù)實際情況作適當(dāng)調(diào)整，并制定臨時的水庫調(diào)度運行方案。

(3)泄水建筑物選型和樞紐布置應(yīng)考慮導(dǎo)流洞的結(jié)合利用，引泄水建筑物進出口布置應(yīng)盡量降低開挖邊坡的高度，盡量避開不利的地質(zhì)構(gòu)造。

3 樞紐布置方案及比選分析

左右岸地形條件為左岸是一個天然的凸岸，右岸較為順直。一般來說溢洪道或溢洪洞為明流流態(tài)，宜順直布置，右岸沒有布置的條件，布置在左岸較為合適，所以左岸存在溢洪道和溢洪洞兩種形態(tài)；泄洪沖沙洞可以選擇明流隧洞也可以選擇有壓隧洞，因右岸順直，沒有布置明流泄洪沖沙洞的條件，左岸雖然有布置的條件，但明顯洞線長，不經(jīng)濟，所以泄洪沖沙洞考慮在左右岸布置有壓洞的方案。綜合樞紐布置原則、壩址處地形、地質(zhì)條件分析，擬定兩個樞紐布置方案。

3.1 布置方案

方案一：建筑物由泄水建筑物和灌溉放水洞組成，泄水建筑物為溢洪洞和泄洪沖沙洞。建筑物均布置在河道的左岸，從左向右依次為灌溉放水洞、溢洪洞和泄洪沖沙洞。灌溉放水洞和泄洪沖沙洞為聯(lián)合進水口，灌溉放水洞出口投入泄洪沖沙洞的消力池內(nèi)。

方案二：建筑物由泄水建筑物和灌溉放水洞組成，泄水建筑物為溢洪道和泄洪沖沙洞。溢洪道布置在河道的左岸，緊貼左壩肩布置，泄洪沖沙洞和灌溉放水洞布置在河道的右岸，其中泄洪沖沙洞布置在左側(cè)，兩洞為聯(lián)合進水口，灌溉放水洞出口投入泄洪沖沙洞的消力池內(nèi)。

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

3.2 方案比選

對以上兩種布置方案，從地形、地質(zhì)條件、工程布置條件、施工條件、工程量、投資幾個方面進行比較。

(1)地形地質(zhì)條件

方案一泄水建筑物均布置在左岸。方案二溢洪道布置在左岸，泄洪沖沙洞布置在右岸。左岸基巖出露，而右岸壩線上游約200 m發(fā)育Ⅴ級殘留階地，階面高程在2380～738 m之間，階面寬8～10 m，長約120 m，階地砂卵礫石層厚10～15 m，泥鈣質(zhì)弱膠結(jié)，右岸壩線下游2359.5 m高程以下為崩坡積物，厚5～13 m。左岸方案一溢洪洞和方案二的溢洪道的地形地質(zhì)條件相當(dāng)，方案二的泄洪沖沙洞進口需要避開右岸壩線上游的Ⅴ級殘留階地，出口有大面積的松散崩坡積物，需清除。 所以從地形地質(zhì)情況看方案一優(yōu)于方案二。

(2)建筑物布置

方案二的溢洪道在運行可靠度上要優(yōu)于方案一的溢洪洞，主要體現(xiàn)在超泄能力大。受地形的影響，方案二溢洪道開挖量較大，根據(jù)本工程目前的施工進度計劃安排，溢洪道的施工先于大壩的填筑，如利用溢洪道開挖料作為大壩填筑材料，存在二次倒運的問題。雖然存在將兩者的施工期調(diào)整一致的可能，并在壩內(nèi)設(shè)置爆破料分區(qū)，但由于本工程溢洪道規(guī)模較小，開挖場地相對狹小，其石方料開采強度也難以滿足大壩的填筑強度，這樣還需另外開辟石料場，所以本工程難以將溢洪道開挖料作為大壩填筑料。

受右岸壩線上游V級殘留階地的影響，方案二的泄洪沖沙洞進口只能選擇在壩線上游340 m處的基巖出露處，所以有壓洞洞長要長于方案一。

(3)施工條件

兩方案泄洪沖沙洞和灌溉放水洞的施工條件相當(dāng)，方案二溢洪道的石方明挖較方案一的溢洪洞石方洞挖簡單，但溢洪道進口的開挖邊坡較高，增加了明挖的施工難度，所以整體看兩個方案施工條件相當(dāng)。

(4)永久交通及后期運行安全

方案一建筑物均布置在左岸，方案二一個在左岸兩個在右岸，所以永久交通方面方案一優(yōu)于方案二。從后期運行安全來看，方案二的溢洪道要優(yōu)于方案一的溢洪洞。

(5)工程量及投資

由于影響本工程樞紐布置方案的主要是溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞，大壩布置方案相同，所以主要工程量只比較溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞。不同樞紐布置方案建筑工程量及投資比較見表2。

表2 不同樞紐布置方案建筑工程量及投資比較

工程量方面，除石方洞挖量、回填灌漿量和固結(jié)灌漿量以外，方案一工程量均小于方案二工程量；投資方面，方案一建筑工程投資小于方案二。

3.3 綜合分析

從地形地質(zhì)條件看，方案一要優(yōu)于方案二。從工程布置來看，各方案均能滿足水庫運行調(diào)度方案要求，不存在不利的影響因素，方案一泄洪沖沙洞洞線較短，方案二的溢洪道超泄能力稍強，可以提高特殊情況下的運用可靠性，所以從工程布置來看兩個方案各有利弊。從后期運行管理條件來看，布置在一岸的方案一要較方案二相對集中、管理方便。從永久交通來看，方案一要優(yōu)于方案二。從工程部分投資來看，方案一投資較方案二少5593.05萬元。因此經(jīng)綜合比較，樞紐布置推薦方案一，即溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞均布置在左岸的方案。

4 結(jié) 語

托帕水庫是恰克瑪克河上的控制性樞紐工程，壩型為瀝青混凝土心墻壩，樞紐建筑物由溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞等建筑物組成。綜合樞紐布置原則，壩址處地形、地質(zhì)條件分析，擬定兩個樞紐布置方案，從地形地質(zhì)條件、建筑物布置、施工條件、永久交通及后期運行安全、工程量及投資等方面進行比選，最終確定合理的樞紐布置方案。