毛 漸

（新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊830000）

1 工程概況

KET水電站位于新疆阿勒泰地區(qū)富蘊(yùn)縣境內(nèi)，其主要任務(wù)是發(fā)電。電站裝機(jī)容量110MW，多年平均發(fā)電量2.42億kW·h。主廠房由主機(jī)間和安裝間組成，垂直水流方向從左至右依次為主機(jī)間的1#～3#機(jī)組及安裝間；主機(jī)間內(nèi)設(shè)2臺(tái)45MW+1臺(tái)20MW水輪發(fā)電機(jī)組，1#機(jī)組為20MW裝機(jī)的小機(jī)組，2#和3#機(jī)組為45MW的大機(jī)組；主機(jī)間全長(zhǎng)42.78m，安裝間長(zhǎng)18.8m，兩臺(tái)大機(jī)為1機(jī)組段，小機(jī)組段尺寸：14.96m×22.3m×36.477m（長(zhǎng)×寬×高），大機(jī)組段尺寸：27.8m×22.3m×36.477m （長(zhǎng)×寬×高）。副廠房尺寸為61.6m×12m×26.635m（長(zhǎng)×寬×高）。該工程為Ⅲ等中型工程，電站廠房為3級(jí)建筑物，廠房與大壩是獨(dú)立、非壩后式廠房[1]。發(fā)電廠房設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇。樞紐區(qū)地震基本烈度8°。

2 施工導(dǎo)流特點(diǎn)

2.1 河床相對(duì)較窄

發(fā)電廠房位于卡依爾特河 “S”型轉(zhuǎn)彎平直下段，右岸沖洪積扇前緣。廠房即位于山體前坡，Ⅲ級(jí)階地上。尾水渠位于Ⅰ級(jí)階地、河漫灘上。現(xiàn)代河床較窄，寬30～45m。

2.2 洪峰流量大

KET河洪水由季節(jié)性積雪消融和降雨混合而成，洪水發(fā)生時(shí)間主要集中在5～8月份。電站壩址處多年平均徑流量9.02億m3。洪水重現(xiàn)期5年一遇洪峰流量465m3/s，3d洪量80.59億m3；10年一遇洪峰流量538m3/s，3d洪量93.17億m3。

2.3 施工期左右岸約束大

2.3.1 左岸

為滿(mǎn)足下游農(nóng)業(yè)灌溉用水，在壩址與電站廠房之間位置處修建哈拉薩木森渠首。該渠首 （取水泵房）位于引水電站廠房河對(duì)岸處修建。由引渠、前池及進(jìn)水池等組成。左岸岸坡，地形起伏，坡度30°～50°。

2.3.2 右岸

尾水渠位于卡依爾特河出山口右岸Ⅱ、Ⅰ級(jí)階地，地形起伏，坡度30°～50°。渠道底高程1168.5m，基礎(chǔ)大部坐于Ⅰ級(jí)階地、河漫灘含漂石砂卵礫石層上。地表上部出露Ⅱ級(jí)階地，第四系全新統(tǒng)沖積含漂石砂卵礫石（），厚3～4.5m，稍密實(shí)。 下伏華力西期晚期片麻狀花崗巖（），漸變?yōu)榛◢徠閹r。現(xiàn)代河床寬32.5m，表層為第四系全新統(tǒng)沖積含漂石砂卵礫石，結(jié)構(gòu)松散，具有架空結(jié)構(gòu)。

3 導(dǎo)流方案比較與選擇

3.1 導(dǎo)流方式及時(shí)段

廠房對(duì)岸即左岸為植被良好的生態(tài)保護(hù)林地及居民區(qū)，同時(shí)取水泵站及其引水線路也在左岸，不具備擴(kuò)寬河床或開(kāi)挖導(dǎo)流明渠的條件。另外，尾水渠下游110m處為永久跨河大橋，雖大橋與尾水渠之間有山脊穿過(guò)，但山脊上還有灌渠穿越，且導(dǎo)流洞出口仍然與生態(tài)林和大橋有交叉，存在很大干擾，經(jīng)分析，左岸不具備導(dǎo)流洞布置條件。

因此，該工程廠房施工導(dǎo)流特點(diǎn)是圍堰沿河床右岸緊湊布置，河床束窄率30%，全年圍堰擋水，原河床過(guò)流的導(dǎo)流方式。

根據(jù)廠房工程的布置特點(diǎn)、工程量、施工進(jìn)度安排，并結(jié)合KET河廠房處的水文特性，計(jì)劃施工導(dǎo)流時(shí)段為2018年4月至2019年11月。

3.2 導(dǎo)流方案

圍堰與基坑開(kāi)挖線之間必須留有一定安全距離和施工場(chǎng)地，保證基坑邊坡穩(wěn)定。結(jié)合廠房布置特點(diǎn)和施工導(dǎo)流特征，施工條件、圍堰布置、基坑開(kāi)挖及處理難度、河道后期的永久防護(hù)等方面綜合考慮，重點(diǎn)分析導(dǎo)流建筑物的防滲型式，對(duì)此研究了3種方案。

3種方案導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為全年5年一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量465m3/s。3種方案圍堰布置是一致的，均采用不過(guò)水土石圍堰圍封右岸，圍堰軸線基本平行右岸，僅長(zhǎng)度和防滲型式不同。

（1）方案1：從基坑防滲范圍上講，是完全圍封廠房基坑，圍堰軸線設(shè)計(jì)長(zhǎng)382.58m，其中堰0+000m～堰0+253.26m堰體采用土工膜斜墻防滲，基礎(chǔ)為混凝土防滲墻防滲。堰0+000m～堰0+100m迎水面采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌，與混凝土防滲墻連接，作為河道永久防護(hù)；堰0+100m～堰0+200m迎水面采用鉛絲石籠護(hù)坡；堰0+253.26m～堰0+382.58m：該段地面高程在1175.5～1187m之間，高于堰頂高程1175.5m，采用混凝土防滲墻防滲。

（2）方案2：不完全圍封廠房，堰0+000m～堰0+253.26m堰體及基礎(chǔ)防滲、堰0+000m～堰0+200m設(shè)計(jì)同方案1；堰0+253.26m～堰0+382.58m范圍內(nèi)不采取防滲措施，基坑滲水采取抽排。

（3）方案3：不完全圍封廠房，堰體及基礎(chǔ)防滲分別采用黏土心墻及高噴灌漿防滲墻防滲，抽排同方案2。

3.3 導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)

3.3.1 方案1

根據(jù)DL/T 5397—2007《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]有關(guān)規(guī)定及水力學(xué)計(jì)算，考慮圍堰安全超高后的堰頂高程為1174.63+0.87=1175.5m，最大堰高3.5m，頂寬5m，迎水坡1∶2，背水坡1∶1.5。 堰體土工膜斜墻邊坡1∶2，墻頂高程1175m。基礎(chǔ)混凝土防滲墻墻頂與混凝土基座相連，墻底深入基巖1m。

3.3.1.1 混凝土防滲墻墻厚確定

按《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》及《大壩基礎(chǔ)防滲墻》等說(shuō)明，防滲墻厚度設(shè)計(jì)與水力梯度密切相關(guān)，在滲透作用下，防滲墻應(yīng)有足夠的抗?jié)B性，防滲墻厚度δ：

式中 δ為防滲墻厚度 （m）；H為防滲墻承受的水頭（m）；JP為防滲墻的允許水力梯度；Jmax為防滲墻破壞時(shí)的最大水力梯度；K為安全系數(shù)。

混凝土防滲墻允許水力梯度可達(dá)90，較簡(jiǎn)單實(shí)用，可用于墻厚的初步確定。根據(jù)本工程具體情況及水力學(xué)分析，在汛期時(shí)，堰前水位1174.63m，防滲墻承受水頭：H=1174.63-1161.87=12.76m，JP=90，按上式計(jì)算，墻厚初步確定0.14m，按允許水力梯度初定墻厚，尺寸較小，施工比較困難，根據(jù)施工設(shè)備及單排布孔考慮，墻厚一般0.6～0.8m，本工程墻厚擬定0.6m。

3.3.1.2 邊坡穩(wěn)定分析

根據(jù)圍堰設(shè)計(jì)和廠房開(kāi)挖邊線，基坑開(kāi)挖深度較大，最大深度20m，基坑開(kāi)挖線與圍堰邊坡距離4m，對(duì)開(kāi)挖后邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定分析。利用邊坡穩(wěn)定分析軟件STAB進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算橫斷面如圖1。

圖1 計(jì)算橫斷面

經(jīng)計(jì)算，迎水面邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)大于3，背水面邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為2.4以上，均大于DL/T 5397—2007《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)1.05，符合規(guī)范要求。

3.3.2 方案2

（1）堰0+000m～堰0+253.263m：同方案1。

（2）堰0+253.263m～堰0+382.58m：無(wú)防滲措施，基坑滲水采用抽排。

（3）混凝土防滲墻設(shè)計(jì)：同方案1。

（4）邊坡穩(wěn)定：同方案1。

（5）抽排：基坑經(jīng)常性排水的主要來(lái)源是河道滲水，根據(jù)施工手冊(cè)[3]中滲流計(jì)算的相關(guān)內(nèi)容說(shuō)明及本工程實(shí)際情況，滲流量可以采用式（3）計(jì)算。

單層透水地基的滲流計(jì)算公式：

式中 q為單寬滲流量 （m3/h·m）；k1為覆蓋層滲透系數(shù)（cm/s）；T為覆蓋層厚度（m）；H1為上游水深（m）；H2為下游水深（m）；n為繞滲彎曲系數(shù)，n=1+0.87T/l；l為滲徑長(zhǎng)度（m）。

經(jīng)計(jì)算，枯水期及汛期總滲流量分別為61.9m3/h和71m3/h。選用2臺(tái)100m3/h IS80-65-160離心泵即可解決抽排問(wèn)題。

3.3.3 方案3

（1）堰0+000m～堰0+253.263m：迎水面設(shè)混凝土現(xiàn)澆板和齒墻防沖。

（2）堰0+253.263m～堰0+382.58m：同方案2。

（3）黏土心墻頂寬1m，墻底與高噴灌漿防滲墻連接，灌漿底深入基巖1m。

（4）邊坡穩(wěn)定與滲流量同方案1。

3.4 導(dǎo)流方案比較

防滲墻型式比較如表1，綜合比較如表2。

表1 兩種防滲技術(shù)對(duì)比[4-5]

表2 綜合比較

由表2可知，從經(jīng)濟(jì)角度上方案2最優(yōu)。從永臨結(jié)合角度，方案2后期永久防護(hù)結(jié)合布置更容易合理，防護(hù)效果更佳，而方案1、方案3前期需在河床開(kāi)挖溝槽以施工齒墻，溝槽內(nèi)滲水量大，抽排強(qiáng)度大，與河道永久防護(hù)可結(jié)合，但施工環(huán)節(jié)多、風(fēng)險(xiǎn)大。綜合比較，推薦方案2作為施工導(dǎo)流方案。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）KET水電站廠房基坑挖深較大、基礎(chǔ)覆蓋層深厚、河床狹窄、導(dǎo)流規(guī)模較大，施工難度大和工期緊。

（2）通過(guò)研究，選定圍封右岸、全年河床過(guò)流的導(dǎo)流方式。

（3）導(dǎo)流建筑物的防滲型式采用土工膜斜墻和混凝土防滲墻可成功解決永久防護(hù)問(wèn)題，該方案施工難度較小，風(fēng)險(xiǎn)較低。