蔣小健，蔣小軍

(1.阿勒泰地區(qū)SETH水庫管理處，新疆 阿勒泰 836500;2.富蘊縣水利局，新疆 富蘊 836100)

1 概 述

新疆SETH水利樞紐工程位于新疆北部，工程任務為供水和防洪，兼顧灌溉和發(fā)電，并為加強流域水資源管理和水生態(tài)保護創(chuàng)造條件.工程主要由碾壓混凝土重力壩(含擋水壩段、表孔和底孔壩段、放水兼發(fā)電引水壩段等)及消能防沖建筑物、壩后式電站廠房和升魚機等組成.水庫總庫容2.94億m3，最大壩高75.5 m，壩頂高程1 032.00 m，壩基最低高程956.50 m，壩頂長度372 m，共分成21個壩段，主河床布置泄水壩段，左、右岸布置非溢流壩段.壩后式電站廠房共裝機3臺，總容量27.6 MW，其中包括兩臺12.0 MW大機組和1臺3.6 MW小機組.工程建成后，可使下游沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪標準的洪水重現(xiàn)期由10 a提高到20 a，縣城防洪標準由20 a提高到30 a.

工程為II等工程，工程規(guī)模為大(2)型.攔河壩(含擋水壩段、表孔和底孔壩段、放水兼發(fā)電引水壩段等)及消能防沖建筑物為2級建筑物，升魚機和電站廠房為3級建筑物，導流建筑物級別為4級.

2 設計條件

2.1 工程地質

壩址區(qū)位于剝蝕低山區(qū)，地面高程為990～1 150 m，最大高差約為110 m.河谷呈不對稱“U”型谷，河流在壩址上游由近東西向轉為近南北向，在壩址上游左岸形成凸岸，右岸形成凹岸.壩基主要為輝長巖侵入體，巖性單一，表部巖體稍破碎，下部巖體大部分較完整.壩基外側地層為石炭系中統(tǒng)巴塔馬依內山組玄武巖、凝灰?guī)r及砂組成，局部夾泥質粉砂巖、凝灰質砂巖，巖體中結構面發(fā)育，巖體破碎，質量較差.地表第四系地層有沖積層、沖洪積層及坡洪積物，分布于溝谷，厚度不大，多小于5 m.壩基輝長巖屬堅硬巖，強風化巖體多為Ⅳ類巖體，弱風化巖體多為Ⅲ類巖體，微風化～新鮮巖體多為Ⅱ類巖體，斷層及結構面交匯帶為Ⅴ類巖體.壩址河床及兩岸覆蓋層厚度不大，具備建壩的地形地質條件.

2.2 水文氣象

河流發(fā)源地山脈海拔不高，一般山峰高程為3 500 m，但緯度高，雪線低，山區(qū)降水較多，達300～500 mm.冬季漫長，積雪深厚，11月至次年4月的積雪及消融期的氣溫決定著年徑流的大小.徑流補給是以降水及季節(jié)積雪融水為主，且有少量的冰川融水和地下水補給.河流水量受氣溫影響，以冰雪融水為主，所以汛期河水來的突然，消失的早，融水集中，枯水期長，年內分配不均勻，以春夏季5～7月最集中，占全年徑流量的65%,個別年份4月、8月也有大洪水出現(xiàn).根據(jù)施工要求，本階段按4月、5～7月、8月、9～3月4個分期計算分期設計洪水.分期設計洪峰流量成果(見表1).

庫區(qū)緯度高，氣溫低，少酷暑，多嚴寒，冬夏冷暖懸殊，年較差大.多年平均氣溫1 ℃，極端最高氣溫38.4 ℃，極端最低氣溫-47.7 ℃，變幅達86.1 ℃，夏季6～8月平均氣溫在18 ℃以上.歷年最大風速17.3 m/s，最大凍土深度239 cm.

表1 分期設計洪峰流量成果表 單位：m3/s

3 施工導流

3.1 導流標準與方式

3.1.1 導流標準

導流建筑物采用土石結構，洪水標準為重現(xiàn)期10～20 a；本工程壩體臨時攔洪度汛設計洪水標準為20～50 a.

3.1.2 導流方式

壩址處河谷為不對稱“U”型谷，谷底寬150 m，主河槽寬50 m，左、右岸臺(灘)地各寬約50 m.

工程施工既可采用隧洞導流方案，亦可采用河床分期(底孔)導流方案.

(1)隧洞導流方案與河床分期(底孔)導流方案比較

在導流標準及導流流量相同的情況下，導流方案比選(見表2).導流隧洞洞身長506.30 m，襯砌厚度0.3～0.7 m，布置在河道左岸，后期需要封堵.

表2 施工導流方式比選一覽表

與隧洞導流相比，河床分期(底孔)導流為露天施工，導流工程投資較少且工期容易得到保證，故本工程采用河床分期(底孔)導流、左右岸基坑全年施工導流方式.導流泄水建筑物為壩體預留臨時底孔，及其上游引渠和下游明渠.一期圍封河床左側，在高噴平臺(高程973.00 m)圍護下，修建左側8#非溢流壩段預留的8.0 m×5.0 m(寬×高)導流底孔及其上下游明渠，澆筑左岸9#非溢流壩段及其上下游導墻混凝土，此時上游河道來水由疏挖后的右側河床下泄.1期導流平面布置圖(見圖1).

圖1 Ⅰ期導流平面布置圖

Ⅱ期圍封河床右側，在大壩上、下游土石圍堰及混凝土縱向導墻(含左岸9#非溢流壩段)圍護下，修建右側10#～21#擋水壩段、消能防沖建筑物及壩后式電站廠房等，此時上游河道來水由左側8#非溢流壩段預留的導流底孔下泄.為方便施工，導流底孔斷面確定為矩型；為滿足冬季排冰的需要，擬定了8.0 m×4.0 m 和8.0 m×5.0 m兩個導流底孔尺寸.Ⅱ期導流平面布置圖(見圖2).不同洪水重現(xiàn)期及不同底孔尺寸情況下，導流底孔上游水位及下泄流量調洪計算結果(見表2).

表2 導流底孔上游水位及下泄流量調洪計算表

導流底孔尺寸選擇既要考慮結構受力，還要考慮排冰需要及圍堰工程量和投資.由于底孔尺寸加大不增加壩體混凝土總量，故選定底孔尺寸為8.0 m×5.0 m.

導流標準為10年一遇時，洪峰流量為425 m3/s，導流底孔上游水位為981.32 m，下泄流量為401.28 m3/s；洪水標準為20年一遇時，洪峰流量為516 m3/s，導流底孔上游水位為983.81 m，下泄流量為472.30 m3/s.

經計算，導流底孔上游設計水位相差2.49 m，圍堰規(guī)模相差較大，同時考慮混凝土壩具有基坑過水條件且損失較小，工程導流建筑物設計洪水標準采用下限，即10年一遇，相應洪峰流量為425 m3/s.

度汛標準為20年一遇時，洪峰流量為516 m3/s，導流底孔上游水位為983.81 m，壩前攔洪庫容550 萬m3，下泄流量為472.30 m3/s；度汛標準為50年一遇時，洪峰流量為636 m3/s，導流底孔上游水位為987.75 m，壩前攔洪庫容1 000萬m3，下泄流量為566.63 m3/s.

兩個標準洪水位相差3.94 m，差距不大.確定本工程壩體臨時攔洪度汛設計洪水標準采用上限，即50年一遇，洪峰流量為636 m3/s，相應水位為987.75 m.

4 導流程序

工程施工導流程序如下：

階段1 第1年4月1日～第1年8月31日，預留巖坎(一期高噴平臺)擋水、原河床過水，在第1年8月底前形成左岸導流底孔及上、下游導墻.

工程第1年度汛洪水標準為5年一遇，相應洪峰流量333 m3/s.

階段2 第1年9月15日，河床截流，導流底孔過水；在第1年10月底前將圍堰加高培厚至設計高程.

截流流量采用9月5年一遇月平均流量Q=32.8 m3/s.

工程第2年度汛洪水標準為10年一遇，相應洪峰流量425 m3/s.

階段4 第3年5月初～第3年10月底，壩體、下游土石圍堰及下游導墻擋水度汛，導流底孔過水；在此期間，繼續(xù)澆筑壩體及泄水建筑物，并進行電站機組安裝.

工程第3年壩體臨時度汛洪水標準為50年一遇，相應洪峰流量636 m3/s.

階段5 第3年11月1日，導流底孔下閘，水庫蓄水.第4年4～5月進行導流底孔及壩下預埋臨時生態(tài)放水管封堵施工.

底孔下閘設計流量為5年一遇11月平均流量13.9 m3/s.

階段6 第4年6月初，小機組帶水調試；第4年6月底，小機組投產發(fā)電.

階段7 第4年5月初～7月底，壩體擋水度汛，永久底孔和表孔過水；在此期間，繼續(xù)進行壩體、魚道混凝土澆筑以及電站第2、3臺大機組安裝、調試.

工程第4年度汛洪水標準為50年一遇，相應洪峰流量636 m3/s.

5 導流建筑物設計

5.1 導流底孔設計

導流底孔斷面為矩形，寬8.0 m，高5.0 m，長約40.0 m，居中布設在左岸8#非溢流擋水壩段，其進口底高程為971.00 m，出口底高程為970.76 m，縱坡5‰.

Wu等[13-14]在HFLTS的基礎上提出了PD-HFLTS。PD-HFLTS由兩部分組成，即有序語言術語集和各語言術語的可能性，且各語言術語的可能性呈均勻分布。例如有序語言術語集如HS={sL,sL+1,,sU}?S，L≤U，則HS的可能性分布表示為P=(p0,,pl,,pτ)，其中

導流底孔上游引渠及下游泄水明渠底寬均為18.0 m，上游引渠長192.0 m，縱坡為5‰，下游泄水明渠長274.0 m，縱坡為1.00%.上游引渠渠底座落在基巖上，無襯砌；下游泄水明渠渠底雖然座落在基巖上，但由于水流流速(為13.25～17.95 m/s)較大，故而采用了30 cm厚C25混凝土襯砌.

5.2 圍堰結構設計

導流擋水建筑物為上、下游橫向土石圍堰及縱向混凝土導墻.

5.2.1 堰頂高程的確定

(1)上游土石圍堰

上游圍堰使用期限為1 a，設計洪水標準為10年一遇，相應洪峰流量為425 m3/s；導流底孔上游最高水位為981.32 m，相應下泄流量為401.28 m3/s.

圍堰安全加高取0.50 m，風浪爬高取1.18 m，上游圍堰堰頂高程為983.00 m.

(2)下游土石圍堰

電站廠房及壩下消力池等在下游土石圍堰保護下進行施工，其使用期限為2 a，設計洪水標準采用20年一遇，洪峰流量為516 m3/s.

導流底孔下泄流量為472.30 m3/s，相應下游水位為971.50 m，圍堰安全超高取0.50 m，風浪爬高取0.50 m，其堰頂高程為972.50 m.

(3)混凝土縱向導墻

上游縱向導墻頂高程為983.00 m，下游縱向導墻頂高程為977.00～972.50 m.

5.2.2 堰基處理

圍堰基礎為砂礫石覆蓋層，河床中心處厚度約5.0 m，其滲透系數(shù)為0.1～0.02 cm/s(即86.4～17.28 m/d)，透水性很強.由于工程區(qū)防滲土料缺乏，而采用水泵強排則排水強度、排水量及排水費用(分別為1.92 m3/s、6 118萬m3、3 059萬元)均較大，故采用高噴墻來維持堰基滲透穩(wěn)定并控制其滲流量.

高噴防滲墻需深入不透水巖層0.5 m.

5.2.3 圍堰結構

上、下游橫向圍堰為土石結構，上、下游縱向導墻為碾壓混凝土結構.

上游橫向圍堰最大堰高14.2 m，堰體防滲采用高噴防滲墻+土工膜，圍堰上、下游坡比均為1∶2，堰頂寬10 m.下游圍堰最大堰高5.3 m，堰體防滲采用高噴防滲墻，圍堰上、下游坡比均為1∶2，頂寬6 m.

上游導墻最大高度16.0 m，頂寬3 m，上游鉛直，下游坡比為1∶0.70.

下游導墻最大高度11.0 m，頂寬2 m，上游鉛直，下游坡比為1∶0.70.

6 結 語

本文從導流標準、導流流量、導流泄水建筑物、施工總工期及導流工程投資等幾個方面對施工導流設計方案進行比選，最終選定了河床分期導流方案.該工程已于2017年10月22日通過截流階段驗收，經工程運行實踐檢驗，施工導流設計合理，導流標準確定準確，達到了安全度汛且節(jié)約投資、縮短工期的目的，可供同類工程借鑒.