宋虹兵，黃國(guó)強(qiáng)

(1．新疆塔里木河流域大石峽水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2．新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

1 工程概況

大石峽水利樞紐工程位于阿克蘇河一級(jí)支流庫(kù)瑪拉克河中下游、溫宿縣與烏什縣交界處的大石峽峽谷出口處，下游距在建的小石峽壩址約11 km，距阿克蘇市約100 km。該工程是《阿克蘇河流域規(guī)劃要點(diǎn)報(bào)告》《塔里木河流域近期綜合治理規(guī)劃》和《新疆阿克蘇河支流庫(kù)瑪拉克河河段水電規(guī)劃報(bào)告》確定的具有灌溉、防洪和發(fā)電任務(wù)的控制性樞紐工程，已列入國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)近期實(shí)施的172項(xiàng)重大水利工程建設(shè)項(xiàng)目。水庫(kù)正常蓄水位1 700 m，死水位1 590 m，總庫(kù)容11.7億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容7.11億m3，電站裝機(jī)容量750 MW。工程為Ⅰ等大(1)型工程，主要永久水工建筑物級(jí)別為1級(jí)，次要永久水工建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為4級(jí)。

樞紐布置方案為河床布置攔河壩，左岸依次布置深孔排沙放空洞、中孔泄洪排沙洞、發(fā)電引水建筑物進(jìn)水口和開(kāi)敞式表孔溢洪道，發(fā)電引水洞后接岸邊式地面廠房。攔河大壩為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高247 m，為在建世界第一高面板壩[1]。

2 工程區(qū)自然條件

2.1 氣象水文條件

阿克蘇河流域地處新疆塔里木盆地邊緣，歐亞大陸腹地，因遠(yuǎn)離海洋，周圍又有高山阻隔，流域內(nèi)呈典型的大陸性氣候，其主要特點(diǎn)是：氣溫年內(nèi)變化較大，日較差大，空氣干燥，日照長(zhǎng)，蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水量較少。庫(kù)瑪拉克河徑流主要補(bǔ)給源是冰雪消融，年內(nèi)變化較大，6～8月徑流量占全年的68.5%；年際變化較小，實(shí)測(cè)年最大徑流與最小徑流之比為1.9。庫(kù)瑪拉克河多年平均流量154.3 m3/s，多年平均徑流量48.6億m3。

庫(kù)瑪拉克河洪水主要由冰川、永久性積雪和季節(jié)性融雪水及降水形成，洪水類型主要分為融冰雪型洪水、冰川阻塞湖潰決型洪水和融冰雪降水混合型洪水。融冰雪型洪水與氣溫關(guān)系密切，隨著氣溫升高，中、低山區(qū)的積雪融化后形成的洪水一般發(fā)生在4～9月，有每日一峰一谷的規(guī)律性。冰川阻塞湖潰決型洪水的特征是峰高量小，發(fā)生時(shí)間無(wú)規(guī)律性；當(dāng)此類洪水與融冰雪洪水和融冰雪型降水混合型洪水疊加后，形成庫(kù)瑪拉克河的最大洪水，對(duì)工程危害較大。

大石峽壩址區(qū)多年平均氣溫11.5 ℃，極端最高氣溫39.5 ℃，極端最低溫度-22.0 ℃，多年平均降水量129.5 mm，多年平均蒸發(fā)量1 707 mm，多年平均年日照時(shí)數(shù)約2 633 h，年均雷暴日數(shù)25.5 d，歷年最大凍土深度73 cm，多年平均相對(duì)濕度56%。河道基本無(wú)封凍現(xiàn)象，無(wú)冰塞、冰壩等特殊冰情，結(jié)冰期為11月中旬，解冰期為3月中旬，最大岸邊冰厚為0.65 m。

2.2 地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)為典型的峽谷地形，河谷呈不甚對(duì)稱的“V”型，右高左低，右岸壩頂高程以下呈階梯狀地貌(發(fā)育兩級(jí)階地)，左岸近乎一坡到頂。兩岸均為基巖邊坡，山勢(shì)高陡，自然邊坡坡度一般45°～75°，局部近直立。壩址區(qū)左岸山頂高程1 800～1 880 m，相對(duì)高差約400 m，右岸山頂高程約2 725 m，相對(duì)高差約1 200 m。

壩址區(qū)河水位高程一般1 487.0～1 488.0 m，河水面寬35～40 m，正常蓄水位處壩軸線谷寬約570 m。壩址區(qū)河流湍急，水深一般10～11 m，河道平均坡降約3.5‰。壩址區(qū)河床覆蓋層厚度一般5～8 m，局部13 m。

壩址區(qū)出露地層主要為泥盆系上統(tǒng)(D3)津丹蘇群微晶灰?guī)r、灰質(zhì)礫巖和角礫灰?guī)r。第四系(Q)沉積物主要為Q4的河床沖洪積、崩坡積，Q3的堆積體、河床砂卵礫石，Q1西域礫巖。壩后發(fā)育F②區(qū)域斷裂穿河而過(guò)，F(xiàn)②斷裂上游為灰?guī)r，下游為西域礫巖。

3 導(dǎo)流設(shè)計(jì)方式及導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)的確定

3.1 導(dǎo)流方式

壩址區(qū)兩岸均為基巖邊坡，山勢(shì)高陡，自然邊坡坡度一般45°～75°，局部近直立。壩址區(qū)左、右岸山頂高程1 880～2 725 m，相對(duì)高差約400～1 220 m。壩址處常水位情況下河寬約30～50 m，地形狹小，河床覆蓋層受下游小石峽水電站蓄水影響淤積嚴(yán)重，覆蓋層厚約20余米，攔河壩型為混凝土面板壩，不具備采用明渠導(dǎo)流或河床分期導(dǎo)流的條件。兩岸上體雄厚，岸坡基巖出露，導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量2 266 m3/s，適宜采用導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流方式。由于面板壩上游設(shè)置高35 m的高趾墩，混凝土工程量達(dá)10萬(wàn)m3，覆蓋層加上弱風(fēng)化建基巖體開(kāi)挖深度接近40 m，壩體難以在一個(gè)枯水期內(nèi)搶填到度汛洪水位以上(填筑高度達(dá)80 m)，因此不宜采用枯水期圍堰、汛期過(guò)水的導(dǎo)流方式。在綜合考慮壩址區(qū)狹窄的地形地質(zhì)條件、河流水文條件、樞紐建筑物布置特點(diǎn)、導(dǎo)流建筑物的布置條件、大壩工程施工因素后決定大石峽工程初期導(dǎo)流采用導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流，圍堰一次攔斷河床，基坑全年施工的導(dǎo)流方式。

3.2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 303—2017)的規(guī)定，圍堰保護(hù)對(duì)象大壩為1級(jí)建筑物，圍堰使用年限為31個(gè)月，上游圍堰最大高度54 m，相應(yīng)的攔洪庫(kù)容為0.23億m3，由此確定的導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4級(jí)，上、下游圍堰結(jié)構(gòu)型式均為土石圍堰。4級(jí)導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于土石圍堰在20～10年一遇重現(xiàn)期之間選取，10年一遇和20年一遇洪水流量分別為Q10%=1 970 m3/s，Q5%=2 266 m3/s，相差296 m3/s。

按照表2的設(shè)計(jì)進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，之后選取甘露糖酶、β-葡聚糖酶及木聚糖酶三個(gè)因素，每個(gè)水平1個(gè)重復(fù)，采用3因素3水平進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)，因素水平見(jiàn)表3，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表4。

采用標(biāo)準(zhǔn)上限值(20年一遇)和下限值(10年一遇)洪峰流量相差不大，工程投資增加1 400萬(wàn)元(增加約5%)?？紤]到本工程是超高混凝土面板石壩，下游有小石峽水電站及阿克蘇等城鎮(zhèn)，工程施工期間導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)適當(dāng)選擇上限，增加導(dǎo)流度汛可靠性。庫(kù)瑪拉克河上游河段位于境外，水情預(yù)報(bào)相對(duì)困難，從施工導(dǎo)流期導(dǎo)流度汛可靠性角度考慮，選擇20年一遇的標(biāo)準(zhǔn)可以降低樞紐施工期風(fēng)險(xiǎn)，因此推薦采用20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，洪峰流量2 266 m3/s。

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》，第6年度汛標(biāo)準(zhǔn)取100年一遇，相應(yīng)度汛設(shè)計(jì)流量為Q1%=2 931 m3/s。第7年和第8年度汛標(biāo)準(zhǔn)采用200年一遇重現(xiàn)期，相應(yīng)度汛設(shè)計(jì)流量為Q0.5%=3 211 m3/s。

4 導(dǎo)流方案

4.1 導(dǎo)流洞布置

初期度汛洪峰流量2 266 m3/s，通過(guò)工程類比，選擇1條隧洞過(guò)流。結(jié)合壩址區(qū)左凸右凹的河道地形，以及樞紐建筑物布置格局，比選左岸和右岸導(dǎo)流兩種方案。從地形條件考慮，河流在大石峽峽谷出口處受到左岸山體擠占形成較大的S型彎道，利用彎道，左岸具備直線布置導(dǎo)流洞的條件，導(dǎo)流洞長(zhǎng)度相對(duì)較短，進(jìn)出口水流條件較順暢。右岸受到S彎影響，布置導(dǎo)流洞地形條件較差，洞線需經(jīng)過(guò)2個(gè)彎道方能將上下游河道連接，導(dǎo)流洞長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，左右岸導(dǎo)流洞方案比較布置如下所示(見(jiàn)圖1)。

通過(guò)綜合分析比選，導(dǎo)流洞布置在左岸靠河側(cè)，地形、樞紐布置、導(dǎo)流洞布置條件、水力學(xué)條件、施工條件、工期、投資等均非制約因素。依據(jù)工程設(shè)計(jì)應(yīng)盡量降低風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省投資及盡早發(fā)電受益的原則，經(jīng)綜合比較最終推薦左岸洞線方案。

圖1 左右岸導(dǎo)流洞方案比選示意

4.2 上、下游圍堰布置

上游圍堰位于大石峽峽谷內(nèi)，枯水期河面寬37 m，河床沖積砂卵礫石層厚度12～24 m，主要由少量孤石、漂石及砂卵礫石組成；大于200 mm漂石平均21.3%，2～200 mm粒徑含量64%。右岸及河床基巖為微晶灰?guī)r夾礫質(zhì)灰?guī)r；左岸為微晶灰?guī)r，間夾少量厚層角礫灰?guī)r。上游圍堰布置在導(dǎo)流洞進(jìn)口基坑下游40 m附近，河床覆蓋層深20余米，粒徑較小，適宜高壓旋噴防滲墻施工；故覆蓋層采用高噴墻防滲，頂部接復(fù)合土工膜心墻防滲。

4.3 導(dǎo)流程序

(1)初期導(dǎo)流。2019年11月工程截流。截流后截流戧堤擋水，導(dǎo)流洞過(guò)流，導(dǎo)流時(shí)段為2019年11月～2023年5月。2020年汛期，上、下游土石圍堰擋水，導(dǎo)流洞泄流，2022年汛期壩體填筑高程為1 539.00 m，壩體頂高程沒(méi)有超過(guò)上游圍堰頂高程。初期導(dǎo)流至2023年5月汛前止。

圖2 施工導(dǎo)流平面布置

(2)中期導(dǎo)流。2023年6月～2025年9月。2023年5月四汛前，壩體填筑高程1 585.0 m，超過(guò)上游圍堰頂高程，度汛由壩體擋水，導(dǎo)流洞泄流。2024年5月底，大壩填筑高度1 652.0 m，該年度汛由壩體擋水，導(dǎo)流洞+深孔排沙放空洞聯(lián)合泄流。2025年5月底，壩體填筑高程1 692.0 m，度汛由壩體擋水，導(dǎo)流洞+深孔排沙放空洞聯(lián)合泄流。

(3)后期導(dǎo)流。2025年11月～2026年8月。2025年11月，導(dǎo)流洞下閘，此時(shí)中孔泄洪排沙洞具備泄洪條件，初期應(yīng)急放空洞也已改造完畢，具備放水條件。導(dǎo)流任務(wù)結(jié)束。

4.4 導(dǎo)流隧洞設(shè)計(jì)

導(dǎo)流洞平面上經(jīng)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)彎，導(dǎo)流洞進(jìn)口布置在庫(kù)瑪拉克河拐彎的上游側(cè)，隧洞沿154.5°方向進(jìn)洞，經(jīng)導(dǎo)0+071.123 m樁號(hào)后，轉(zhuǎn)向SW184°。導(dǎo)流建筑物全長(zhǎng)1 557.90 m，由進(jìn)口明渠段、閘室段、洞身段、出口明渠段組成。導(dǎo)流洞斷面型式為“城門(mén)洞型”，洞內(nèi)流態(tài)按有壓洞設(shè)計(jì)，出口按非淹沒(méi)設(shè)計(jì)，隧洞過(guò)常遇流量時(shí)候?yàn)槊髁?，相?yīng)流態(tài)為陡坡急流。

導(dǎo)流洞進(jìn)口明渠及閘室段長(zhǎng)度約24 m，采用岸塔式閘室結(jié)構(gòu)形式，閘室內(nèi)設(shè)中墩，中墩厚度4 m，單孔閘門(mén)孔口尺寸為5.0 m×14.5 m(寬×高)矩形。導(dǎo)流洞洞身段長(zhǎng)度1 203.0 m，洞身段采用城門(mén)洞型斷面，斷面尺寸10.0 m×14.5 m(寬×高)，隧洞縱坡i=6.67‰。洞身上游段設(shè)24 m漸變段，連接進(jìn)口與洞身。洞身段巖體受F②斷層影響，上游段為薄層微晶灰?guī)r，下游段為砂礫巖地層。出口明渠由底流消能段和出口明渠段組成，底流消能段長(zhǎng)度150 m，出口明渠擴(kuò)散段長(zhǎng)度207.90 m。出口消能方式采用明渠內(nèi)布置鼻坎和消力池的底流消能。出口段為砂礫巖地層。

4.5 上、下游圍堰設(shè)計(jì)

上游圍堰堰頂高程取1 539.0 m，圍堰最大高度54.0 m，頂寬為10 m，上游坡比為1∶1.65，下游坡比為1∶1.3，頂部長(zhǎng)度197 m，最大底寬約195 m，下游坡腳距離大壩上游開(kāi)挖線約40 m，上游坡腳距離導(dǎo)流洞進(jìn)口約40 m。圍堰防滲型式采用高壓旋噴灌漿+土工膜心墻的型式。高壓旋噴灌漿施工平臺(tái)高程1 495.00 m，旋噴墻深約30 m。1 495.00 m高程以上采用土工膜心墻進(jìn)行防滲，土工膜高度約44 m，土工膜上、下游側(cè)采用砂礫石墊層進(jìn)行保護(hù)，厚0.7 m；墊層下游設(shè)置過(guò)渡區(qū)，厚2.4 m。圍堰兩岸采用帷幕灌漿防滲，灌漿孔間距為3 m，孔深7 m。截流戧堤位于圍堰下游側(cè)。圍堰在上下游側(cè)各設(shè)置兩級(jí)2 m寬?cǎi)R道。圍堰填筑料主要采用開(kāi)挖石渣料和天然砂礫料。

下游圍堰堰頂高程1 495.00 m，最大高度8.5 m，圍堰頂寬12 m，上、下游坡比均為1∶1.8，堰頂長(zhǎng)度246 m，最大底寬44 m。圍堰防滲型式采用高壓旋噴墻+土工膜心墻的型式，高噴防滲墻最大深度13.5 m，防滲墻施工平臺(tái)高程1 491.0 m。1 491.0 m高程以上采用土工膜心墻進(jìn)行防滲，土工膜高度約4.0 m，兩側(cè)采用砂礫石心墻進(jìn)行保護(hù)，墻厚4 m。圍堰下游坡采用1 m厚的塊石進(jìn)行防護(hù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

大石峽水利樞紐工程地處高山峽谷地區(qū)，工程規(guī)模巨大，攔河壩為國(guó)內(nèi)第一高混凝土面板壩，壩址區(qū)地形地質(zhì)條件較復(fù)雜，導(dǎo)流隧洞利用左岸突出山梁布置進(jìn)出流均較順，進(jìn)口采用早進(jìn)洞方案避免了洞臉大開(kāi)挖，圍堰覆蓋層基礎(chǔ)防滲采用了對(duì)砂卵礫石適應(yīng)性好的高壓旋噴墻方案，墻頂接復(fù)合土工膜心墻防滲，防滲措施成熟可靠，圍堰的填筑與防滲系統(tǒng)的施工工期保障率高，有利于圍堰在一個(gè)枯水期內(nèi)完建并擋水度汛，也有利于大壩河床基坑開(kāi)挖和大壩填筑快速施工，對(duì)施工工期的保障有重大意義。