瞿運(yùn)斌

(貴州省黔東南州水利電力勘察設(shè)計(jì)院，貴州凱里 556000)

1 水利樞紐工程布置的原則

在對(duì)水利工程進(jìn)行樞紐布置時(shí)，應(yīng)遵循以下3項(xiàng)原則:

1)為使工程能發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益，樞紐布置應(yīng)綜合考慮防洪、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、漁業(yè)、林業(yè)、交通、生態(tài)及環(huán)境等各方面的要求。應(yīng)確保樞紐中各主要建筑物，在任何工作條件下都能協(xié)調(diào)地、無(wú)干擾地進(jìn)行正常工作。

2)為方便施工、縮短工期和能使工程提前發(fā)揮效益，樞紐布置應(yīng)同時(shí)對(duì)工程施工的導(dǎo)流方式、導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)流程序、主要建筑物的施工方法及施工進(jìn)度計(jì)劃等進(jìn)行綜合分析研究。工程實(shí)踐證明，統(tǒng)籌得當(dāng)不僅能方便施工，還能使部分建筑物提前發(fā)揮效益。

樞紐布置應(yīng)做到在滿足安全和運(yùn)用管理要求的前提下，盡量降低樞紐總造價(jià)和年運(yùn)行費(fèi)用;如有可能，應(yīng)考慮使一個(gè)建筑物能發(fā)揮多種作用。例如，使一條隧洞做到灌溉和發(fā)電相結(jié)合;施工導(dǎo)流與泄洪、排沙、放空水庫(kù)相結(jié)合等[1－3]。

3)在不過(guò)多增加工程投資的前提下，樞紐布置應(yīng)與周圍自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，應(yīng)注意建筑藝術(shù)、力求造型美觀，加強(qiáng)綠化環(huán)保，因地制宜地將人工環(huán)境和自然環(huán)境有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出一個(gè)完美的、多功能的宜人環(huán)境。

2 水利樞紐布置方案的選定

水利樞紐設(shè)計(jì)需通過(guò)論證比較，從多項(xiàng)樞紐布置方案中選出一項(xiàng)最優(yōu)方案。最優(yōu)方案應(yīng)該是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、施工期短、運(yùn)行可靠以及管理維修方便的方案[4]。需論證比較的內(nèi)容有以下6個(gè)方面:

2.1 主要工程量

如土石方、混凝土和鋼筋混凝土、砌石、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝、帷幕和固結(jié)灌漿等工程量。

2.2 主要建筑材料數(shù)量

如木材、水泥、鋼筋、鋼材、砂石和炸藥等用量。

2.3 施工條件

如施工工期、發(fā)電日期、施工難易程度、所需勞動(dòng)力和施工機(jī)械化水平等。

2.4 運(yùn)行管理?xiàng)l件

如泄洪、發(fā)電、通航是否相互干擾、建筑物及設(shè)備的運(yùn)用操作和檢修是否方便，對(duì)外交通是否便利等。

2.5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

指總投資、總造價(jià)、年運(yùn)行費(fèi)用、電站單位千瓦投資、發(fā)電成本、單位灌溉面積投資、通航能力、防洪以及供水等綜合利用效益等。

2.6 根據(jù)樞紐具體情況，需專門進(jìn)行比較的項(xiàng)目

如在多泥沙河流上興建水利樞紐時(shí)，應(yīng)注重泄水和取水建筑物的布置對(duì)水庫(kù)淤積、水電站引水防沙和對(duì)不游河床沖刷的影響等[5]。

上述項(xiàng)目有些可定量計(jì)算，有些則難以定量計(jì)算，這就給樞紐布置方案的選定增加了復(fù)雜性，因而，必須以國(guó)家研究制定的技術(shù)政策為指導(dǎo)，在充分掌握基本資料的基礎(chǔ)上，以科學(xué)的態(tài)度，實(shí)事求是地全面論證，通過(guò)綜合分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選出最優(yōu)方案[6]。

3 案例分析

案例分析主要包括以下2個(gè)方面:

3.1 工程概況

某水利工程樞紐是為解決工程來(lái)水與用水在時(shí)間和水量分配上存在的矛盾，而修建的以擋水建筑物為主體的建筑物綜合運(yùn)用體，工程樞紐由擋水、泄水、放水及某些專門性建筑物組成。

在進(jìn)行樞紐布置時(shí)，主要是研究和確定樞紐中各個(gè)水工建筑物的相互位置。該項(xiàng)工作涉及泄洪、發(fā)電、通航、導(dǎo)流等各項(xiàng)任務(wù)，并與壩址、壩型密切相關(guān)，需統(tǒng)籌兼顧，全面安排，認(rèn)真分析，全面論證，最后通過(guò)綜合比較，從多個(gè)比較方案中選出最優(yōu)的樞紐布置方案[7]。

3.2 樞紐建筑物的布置

樞紐建筑物的布置主要包括:擋水建筑物——土石壩、泄水建筑物——泄洪隧洞和水電站建筑物。

3.2.1 擋水建筑物——土石壩

經(jīng)過(guò)比較選擇地形圖所示河彎地段作為壩址，并選擇Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ兩條較有利的壩軸線作為備用壩址的兩個(gè)方案通過(guò)以下幾個(gè)方面定性地加以比較，最終確定壩軸線位置。

3.2.1.1 地質(zhì)條件

Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案均處在以玄武巖為主，間有少量火山角礫巖和凝灰?guī)r穿過(guò)的地層中，地質(zhì)條件較為相似，但Ⅰ－Ⅰ剖面，河床覆蓋層厚平均20 m，河床中部最大34 m，壩肩除了10 m左右范圍的風(fēng)化巖外，其余為堅(jiān)硬玄武巖，地質(zhì)構(gòu)造總體良好。

Ⅱ－Ⅱ剖面出與Ⅰ－Ⅰ剖面具有大致相同厚度的覆蓋層及風(fēng)化巖外，然而底部玄武破碎帶縱橫交錯(cuò)，滲流比較嚴(yán)重，需要進(jìn)行的地基處理工程量大，從而增加了總體工期和造價(jià)。

因此從地質(zhì)條件來(lái)比較Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。

3.2.1.2 地形條件

Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案都位于該江中游地段的峽谷地帶，河床平緩，坡降不大是其主要地形條件。但此樞紐具有過(guò)木要求，所以必須在樞紐布置中考慮到是否對(duì)過(guò)木有利。

Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案水流較為平順，壩趾附近無(wú)較明顯河道彎曲出現(xiàn);而Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案壩趾以下不遠(yuǎn)處緊接河道拐彎處，水流不利于過(guò)木。

所以，從地形條件來(lái)比較Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。

建筑材料:因?yàn)棰瘢駢屋S線和Ⅱ－Ⅱ壩軸線附近建筑材料都比較豐富，覆蓋層淺，開采條件較好，而且河谷地地形平坦，采運(yùn)都比較方便，所以，在建筑材料方面不能區(qū)分出兩種方案的優(yōu)劣。

3.2.1.3 施工條件及工程量

從地形圖上可以看出:Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案在布置施工場(chǎng)地、內(nèi)外交通運(yùn)輸和進(jìn)行施工導(dǎo)流等方面沒有明顯的區(qū)別，兩種方案都是比較便于施工的。

通過(guò)比較兩軸線河寬，發(fā)現(xiàn)Ⅰ－Ⅰ壩軸線的河寬比Ⅱ－Ⅱ壩軸線河寬窄，這樣可以減小工程量，降低工程造價(jià)。因此，在在施工條件及工程量方面，Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案稍優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案[8]。

3.2.1.4 綜合效應(yīng)

對(duì)于不同壩址與相應(yīng)的壩址選擇，不僅要綜合考慮防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)等部門的經(jīng)濟(jì)效益，還要考慮庫(kù)區(qū)的淹沒損失和樞紐上下游的生態(tài)影響等，要做到綜合效益最大，有害影響最小。

對(duì)于Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案和Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案，通過(guò)多方面比較Ⅰ－Ⅰ壩軸線方案稍優(yōu)于Ⅱ－Ⅱ壩軸線方案。

所以，綜合考慮以上因素，壩軸線選在1－1剖面處。而且擋水建筑物按直線布置，壩軸線布置于河床較窄處，以盡量減少工程量，減低工程造價(jià)。

3.2.2 泄水建筑物——泄洪隧洞

經(jīng)以上分析可知，本工程選用泄洪采用隧洞方案。水工隧洞路線的選定是設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)，關(guān)系到隧洞的造價(jià)和運(yùn)用可靠性。

應(yīng)在地質(zhì)勘探基礎(chǔ)上，擬定不同方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較優(yōu)選，爭(zhēng)取得到地質(zhì)條件良好、路線短、水流順暢以及對(duì)水利樞紐其他建筑物無(wú)相互影響的洞線方案[9]。

此處從以下3方面定性地比較隧洞布置在左岸和右岸兩種方案:

3.2.2.1 地質(zhì)條件

左岸的主要巖石構(gòu)成主要包括:大量的凝灰?guī)r，大量的半風(fēng)化玄武巖和少量的堅(jiān)硬玄武巖。

右岸主要巖石構(gòu)成主要包括:大量的堅(jiān)硬玄武巖和半風(fēng)化玄武巖。

凝灰?guī)r成土狀或頁(yè)片狀，巖性軟弱，與風(fēng)化后成為碎屑的混合物近似，遇水崩解，滲透性很小;半風(fēng)化玄武巖建議采用的抗壓強(qiáng)度為50 MPa，強(qiáng)度不高，力學(xué)性質(zhì)不佳。

堅(jiān)硬玄武巖一般為深灰色、灰色、含有多量氣孔，為綠泥石、石英等充填，成為杏仁狀構(gòu)造，并間或有方解石脈，石英脈等貫穿其中，這些小巖脈都是后來(lái)沿裂隙充填進(jìn)來(lái)的。

堅(jiān)硬玄武巖強(qiáng)度高，力學(xué)性質(zhì)出眾，建議采用抗壓強(qiáng)度100－160 MPa。壩址附近無(wú)大的斷層，但左右岸露出的巖石，節(jié)理特別發(fā)育，所以左右岸都常見巖塊崩落的現(xiàn)象。

因此，就地質(zhì)條件來(lái)比較右岸優(yōu)于左岸[10]。

3.2.2.2 水文地質(zhì)條件

本地區(qū)地形高差大，表流占去大半，缺乏強(qiáng)烈透水層，故地下水不是很豐富，對(duì)工程比較有利。但左岸多為凝灰?guī)r和半風(fēng)化玄武巖，而右岸多為堅(jiān)硬玄武巖和半風(fēng)化玄武巖，根據(jù)壓水試驗(yàn)資料，凝灰?guī)r和堅(jiān)硬玄武巖都是不透水性良好的巖層，而半風(fēng)化玄武巖則為透水性良好的巖層[11－12]。

所以就水文地質(zhì)條件不能充分判斷左岸方案和右岸方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.2.2.3 路線相關(guān)指標(biāo)

從已給出的地形圖可以看出，若在左岸布置泄洪隧洞則需要相當(dāng)長(zhǎng)的路線，而且中間必然會(huì)出現(xiàn)彎段，然而盡量避免出現(xiàn)彎段是水工隧洞布置的1個(gè)基本原則。

若在右岸布置泄洪隧洞，隧洞可以直接和主河道相連，不出現(xiàn)較大角度的彎段，從而減少了出現(xiàn)水力不利條件的幾率，從而減少了襯砌等部位的造價(jià)，而且隧洞路線長(zhǎng)度大大減小，減少了大量的開挖量，所以無(wú)論對(duì)于施工量和工程造價(jià)來(lái)說(shuō)，右岸方案都優(yōu)于左岸[13]。

因此，為增加隧洞穩(wěn)定、縮短隧洞長(zhǎng)度、減小開挖工程量和降低隧洞的工程造價(jià)，泄洪隧洞布置在右岸，這樣水流經(jīng)隧洞流出直接入主河道，對(duì)流態(tài)也有利?？紤]到電站引水隧洞也布置在右岸，泄洪隧洞布置以遠(yuǎn)離壩腳和廠房為好。為減小泄洪時(shí)引起的電站尾水波動(dòng)，以及防止沖刷壩腳，兩者進(jìn)出口相距80～100 m以上。

3.2.3 水電站建筑物

引水隧洞、電站廠房布置在右岸，在泄洪隧洞與大壩之間;由于風(fēng)化巖層較厚，廠房布置在開挖后的堅(jiān)硬玄武巖上，開關(guān)站布置在廠房附近。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，可知水利樞紐的布置方案的選擇是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，應(yīng)該根據(jù)各個(gè)方面的因素，選擇合理、經(jīng)濟(jì)的布置方案。

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