王琛濤

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院地質(zhì)勘察研究所　新疆　烏魯木齊　830091）

?

基于綜合因素對哈拉軍水電站的工程布置方案比選

王琛濤

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院地質(zhì)勘察研究所新疆烏魯木齊830091）

摘要哈拉軍水電站以發(fā)電為主，文章在分析其水文、徑流、氣象等自然條件和區(qū)域地質(zhì)、引水線路、壓力前池、隧洞、廠區(qū)等工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，重點論述了水電站廠房位置、局部渠線渠道與隧洞等不同工程布置方案及比選。

關(guān)鍵詞庫克蘇流域；水電站；方案設(shè)計

1　工程概況

該工程由電站引水渠首、引水渠、暗渠、壓力前池、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、廠房、尾水渠、輸水渡槽、排洪涵洞、排洪渡槽、交通橋等建筑物組成。

根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》，水電站設(shè)計引水流量98.2m3/s，電站裝機容量38MW，工程等別為Ⅳ等?。?）型，根據(jù)地質(zhì)及地震安全報告，哈拉軍水電站廠址對應(yīng)的地震烈度為Ⅷ度。

2　自然條件

2.1水文

庫克蘇河位于特克斯河的南岸，也是該流域的最大一條支流，庫克蘇河發(fā)源于和靜縣境內(nèi)的哈爾克他烏山東端與霍拉山脈西端交界處的木孜塔格峰（海拔4899m）西側(cè)。河流先自東向西，行至康卡爾溝匯入口后折向北，由南向北流至特克斯河干流。庫克蘇河流域范圍在東經(jīng)81°45′～83° 08′，北緯42°22′～43°15′之間，南部以哈爾克他烏山山脊為界與阿克蘇地區(qū)的拜城縣接壤，流域東南部的河源地帶位于巴音郭欏蒙古自治州和靜縣境內(nèi)，東部與鞏留縣小吉爾格郎河相連，西南為昭蘇縣阿合牙孜河流域，流域北部為特克斯河河谷。庫克蘇河長約206km。哈拉軍水電站所處流域集水面積為5666km2，平均寬度27km，河道平均坡降14.92%。流域林區(qū)星羅棋布，植被覆蓋率高，山區(qū)垂直地帶性分布規(guī)律明顯。工程處于低山丘陵草原帶，海拔900m～1500m，積雪深厚，草本植物多，斷陷盆地較多。

2.2徑流

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，河流融雪水補給量為5.52×108m3，占多年平均年徑流量的24.6%，是典型的冰川積雪補給為主、降雨補給為輔、地下水補給次之的河流，徑流年際變化穩(wěn)定。同時，哈拉軍水電站引水渠接上一級水電站水庫尾水，其徑流調(diào)節(jié)將決定水電站引水量，水庫具有季調(diào)節(jié)能力，在滿足用水前提下，以月統(tǒng)計分析，其全年徑流量為倒“U”型，1月份和12月份較低，7月份最高。

2.3氣象

水電站所處位置屬逆溫帶控制區(qū)，是溫帶大陸性氣候，多年平均氣溫7.26℃，7月份最暖，平均19.77℃，1月最冷，平均- 8.24℃。流域年降水量垂直分帶，平均降水量375.26mm，集中在4月～8月份，6月份降水最多，月平均降水量69.86mm。與新疆其它地區(qū)相比流域蒸發(fā)量小，多年平均蒸發(fā)量為1545.56mm。

3　工程區(qū)域地質(zhì)條件

工程區(qū)位于天山褶皺構(gòu)造帶西段的伊犁谷地，伊犁谷地北以博羅霍羅山南坡斷裂（F8）為界，南以哈爾克它烏山北坡斷裂（F19）為界，南北寬約150km，谷地內(nèi)褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育，不同方向的邊界斷裂將伊犁谷地切割成大小不等的斷褶隆起山區(qū)及斷陷盆地。

根據(jù)《新疆中強震分布圖》，地震主要分布在工程區(qū)東北和西北，南部地震較少。據(jù)歷史地震資料和現(xiàn)場勘察，該區(qū)的中強地震主要與近東西向活動斷裂密切相關(guān),且震中多位于斷裂交匯部位的應(yīng)力集中區(qū)；根據(jù)新疆防御自然災(zāi)害研究所《地震安全性評價報告》資料：該斷層具備發(fā)生6級地震構(gòu)造的條件，對建筑物影響較大。

3.1引水渠道

工程區(qū)跨越Ⅱ～Ⅴ級階地貌單元，河谷為U型，地勢開闊。引水線路位于河流右岸，穿Ⅱ級階地、山前傾斜平原等地貌單元，地形平緩，寬100m～900m；山前傾斜平原坡度較小，約10°～20°，沖溝均發(fā)育較小，規(guī)模不大，Ⅳ～Ⅴ級階地形起伏較小，沖洪溝較發(fā)育，規(guī)模較小。

引水線路設(shè)4個樁號：0+000～1＋366，1+366～2＋018，2+018～4＋238和4+238～4＋814.0+000～1＋366段渠道位于第四系更新統(tǒng)Q3al砂卵礫石層，分為Q4PL洪積粉土層、Q4al沖積砂層、Q3al沖積砂卵礫石層。

3.2壓力前池與隧洞

前池置于河右岸洪積扇中部，高程1199m～1221m，地形起伏大。洪積扇后緣為基巖山體，基巖大部分裸露，巖性為Q4pl碎石土層，厚10m～20m，結(jié)構(gòu)中密。隧洞包含進口段、洞身段、彎管段及壓力管道。進口段出露巖性為Q4pl碎石土層，厚3m～10m，結(jié)構(gòu)中密，邊坡40°。洞身段出露巖性為凝灰?guī)r，發(fā)育兩組節(jié)理，面平直，局部粗糙，充填鈣膜，破碎帶寬1m～3m，由碎裂巖、斷層泥和糜棱巖組成。彎管段出露巖性為凝灰?guī)r，巖體破碎，強風(fēng)化厚1m～3m，弱風(fēng)化厚15m～25m。壓力管道為第四系全更新統(tǒng)洪積Q4pl碎石土層，厚8m～12m，下覆C1d凝灰?guī)r，建基面高程以上未見地下水。

4　工程布置方案設(shè)計

4.1廠房位置設(shè)計

據(jù)地質(zhì)情況分析，沿階地后緣基巖山體處為阿仁不拉克活動斷層，對廠房影響較大，應(yīng)避開斷層影響帶。故廠房位置有兩種選擇方案：方案一，避開斷面層，并盡量靠近山邊；方案二，布置在河邊。

（1）方案一：廠房靠山

廠房位于距離山邊150m處，避開斷層，建筑物依次為鋼岔管、支管、廠房、尾水渠。岔管接壓力隧洞出洞埋管，采用對稱Y形，結(jié)構(gòu)型式為內(nèi)加強月牙肋岔管。主廠房包含主機間和安裝間，垂直水流從左至右為安裝間及主機間1～3機組段。副廠房、GIS室及變壓器均平行布置主廠房上游側(cè)，GIS開關(guān)站布置副廠房內(nèi)。

（2）方案二：廠房設(shè)于河邊

由山至河的建筑物依次為鋼岔管、PCCP管、廠房、尾水。鋼岔管設(shè)計與方案一相同，廠房整體高程降低4m。岔管后采用PCCP管與主廠房相接，PCCP管末點與廠房相接，該段管道鋪設(shè)后，回填土為管頂以上2m，便于管道穩(wěn)定、防凍和檢修。尾水反坡段末點直接接入河道。

表1　各方案綜合比較表

（3）方案比選

根據(jù)地質(zhì)情況，沿階地后緣為基巖山體處為阿仁不拉克活動斷層，斷層寬度約為100m，該斷層對廠房影響很大，廠址比選論證報告的咨詢意見也提出按避開斷層影響帶布置廠房，故廠房位置有兩種選擇方案：方案一，避開斷面層，并盡量靠近山邊布置；方案二，布置在河邊。方案一、方案二各有優(yōu)缺點，從工程投資、發(fā)電量、施工、運行管理等多方面進行綜合比較，見下表1。

由上表可以看出，雖然方案二具有運行管理較為方便、但工程投資較大，投資預(yù)算比方案一多了1209萬，發(fā)電量也較方案一少了近0.1億kw·h，故將方案一做為推薦方案。

4.2局部渠線渠道與隧洞設(shè)計

據(jù)工程地質(zhì)分析，電站引水渠道地形狹窄，存在與原有道路、林場交叉重合現(xiàn)象，故擬考慮在其右側(cè)山體內(nèi)采用隧洞方式，上游接某溝引水暗渠，后接引水明渠。根據(jù)隧洞襯砌形式，局部渠線渠道與隧洞設(shè)計存在三種方案，一為引水渠方案；二為全斷面襯砌；三為Ⅲ類圍巖不襯砌，Ⅳ圍巖襯砌。

（1）方案一：渠道方案

引水渠沿線分布有山洪溝，故在洪水量較大處共設(shè)置排洪涵洞1座與渡槽5座，將洪水導(dǎo)向下游。引水渠設(shè)計流量98.2m3/s，起點為跨某溝暗渠，比選渠道長2.468m，縱坡1/4000。渠道采用梯級斷面，內(nèi)邊坡1∶1.75，外邊坡1∶1.5，渠深5.7m。

排洪建筑型式和位置根據(jù)引水渠沿線山洪溝分布、下游洪水通道等確定。排洪涵為鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，鋼筋砼箱涵單孔洞徑2.5m乘以2.5m，糙率0.016，縱坡1/80。排洪渡槽為鋼筋混凝土矩形槽結(jié)構(gòu)，側(cè)壁厚0.15m漸變到0.25 m，底板厚0.2m，槽身段縱坡1/200。局部渠道與道路沖突，需將道路與渠堤結(jié)合，將渠道堤岸加寬處理。

（2）方案二：全斷面襯砌

隧洞采用圓拱直墻式斷面，洞身圍巖類型為Ⅲ、Ⅳ類，Ⅳ類占長29%，設(shè)計采用系統(tǒng)錨桿、回填灌漿、鋼筋拱架等工程措施，混凝土襯砌厚0.4m。隧洞尺寸5.10m×7.65m，凈空率17.1%，縱坡1/1000，糙率0.014。進出口引渠的結(jié)構(gòu)斷面均與方案一相同。

（3）方案三：Ⅲ類不襯砌，Ⅳ類襯砌

隧洞采用圓拱直墻式斷面，洞身圍巖為Ⅲ、Ⅳ類圍巖，Ⅳ類為一般襯砌，混凝土襯砌厚0.4m，主要分布在進出口段，進口段襯砌長576m，出口段襯砌長33m，襯砌段隧洞斷面5.10m乘以7.65m；Ⅲ類不襯砌，噴砼厚0.1m，隧洞斷面5.75×8.63m，凈空率為15.4%，縱坡1/1000，糙率0.02。進出口引渠的結(jié)構(gòu)斷面均與方案一相同。

（4）方案比選

結(jié)合工程地質(zhì)參數(shù)與投資預(yù)估，方案二、三雖在工程布置上避開了現(xiàn)有道路、林場及交叉建筑物，但其工程造價遠(yuǎn)高于方案一，且在工程施工、運行管理、發(fā)電量上較差，故方案一為推薦方案。

5　結(jié)語

哈拉軍水電站工程設(shè)計充分考慮了新疆某地區(qū)的自然條件和工程地質(zhì)特征，尤其是廠房位置設(shè)計、局部渠線渠道與隧洞建設(shè)，在系統(tǒng)分析區(qū)域環(huán)境的基礎(chǔ)上，考慮多種方案，并就其施工、管理、工程造價等進行方案比選，以確定最佳方案，其設(shè)計理念與方法值得新疆地區(qū)水電站工程建設(shè)學(xué)習(xí)與借鑒，同時，水電站的建設(shè)與使用，具有廣泛的經(jīng)濟效益和社會、生態(tài)作用，必將給當(dāng)?shù)氐纳鐣顜硇碌母淖儭ｊ兾魉?/p>

參考文獻：

[1]朱經(jīng)祥,石瑞芳等,中國水力發(fā)電工程一水工卷[M],水利電力出版社,2000.

[2]王茂東.平原水庫土壩護坡工程設(shè)計研究[J].水利建設(shè)與管理,2012,07:7.8.

[3]李懷蓉.電站設(shè)計中電站參數(shù)及水輪機參數(shù)合理選擇[J].水利建設(shè)與管理,2012,07: 9.10+6.

[4]魏國良,崔保山,董世魁,楊志峰.水電開發(fā)對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響——以瀾滄江漫灣水電工程為例[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2008,02: 235.242.

[5]宋勝武,馮學(xué)敏,向柏宇,邢萬波,曾勇.西南水電高陡巖石邊坡工程關(guān)鍵技術(shù)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2011,01:1.22.

[6]侯銳.水電工程生態(tài)效應(yīng)評價研究[D].南京水利科學(xué)研究院,2006.

[7]宋勝武,徐光黎,張世殊.論水電工程邊坡分類[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2012,01:123.130.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

中圖分類號：TV221

文獻標(biāo)識碼：A