陳 剛

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

玉龍喀什水利樞紐工程位于和田河支流玉龍喀什河中游河段上，是玉龍喀什河山區(qū)河段的控制性水利樞紐工程。本工程水庫總庫容5.36億m3，電站裝機200 MW，最大壩高230.5 m，為Ⅱ等大（2）型工程。

2 樞紐建筑物布置比選

2.1 泄水建筑物的任務及運行要求

本工程攔河大壩為1級建筑物，采用混凝土面板堆石壩，泄洪建筑物為2級建筑物，設計洪水標準為500年一遇，相應洪峰流量為2122 m3/s，校核洪水標準為5000年一遇，相應洪峰流量為2669 m3/s。為確保工程安全，泄水建筑物須滿足下面的運用要求[1]：

1）由于本工程最大壩高230.5 m，泄水建筑物按表孔、中孔、深孔三層進行不同高程布置，使泄水建筑物在水庫運行調(diào)度中達到高水高泄、低水低泄、操作靈活、安全可靠。

2）深孔不參與泄洪，僅在低水位時進行泄量控制，承擔水庫及發(fā)電洞進口“門前清”排沙、施工期導流洞封堵、度汛、下游供水、水庫放空任務。

3）在泄量分配上，由于表孔閘門具有操作靈活、安全可靠的特點，在設計（或校核）洪水位時以表孔為主，其泄量應占總下泄量的 1/2～2/3。

2.2 樞紐建筑物布置比選方案擬定

根據(jù)本工程的地形、地質條件，河道為“S”型彎道，右岸為凸岸，泄水建筑物宜布置在右岸?？紤]工程的總體布置格局，大壩布置在凸岸下游河道順直段，電站廠房布置在壩后左岸古河槽階地。此段河道長度約1070 m，壩體長約886 m，大壩占此段河道的83%，剩余河段長度只有約184 m，彎道以下河段右岸為順向坡，不利于泄洪建筑物的出口布置及運行安全，受此條件限制，右岸泄洪系統(tǒng)布置相對唯一。

考慮泄洪建筑物泄洪時對電站廠房運行安全造成影響，將廠房布置在消能區(qū)下游側。廠房布置于河道左岸，為減少泥沙影響，實現(xiàn)發(fā)電引水洞“門前清”，具有沖沙功能的泄水隧洞也必須布置在左岸[4]。綜合以上因素，左岸布置發(fā)電引水系統(tǒng)及具有沖沙功能的泄水隧洞，右岸布置泄洪及導流建筑物。

根據(jù)本工程任務，深孔在死水位時須滿足下放生態(tài)用水480 m3/s的要求，且具備后期水庫排沙運行時下泄2年一遇洪水676 m3/s的能力，同時考慮發(fā)電洞進口“門前清”排沙作用。

本工程最高水位時，壩前最大水頭達207 m，根據(jù)目前國內(nèi)弧形閘門設計及制造水平，考慮到水庫運行的靈活性及閘門部件（支鉸軸承）受選型限制，軸承最大承載能力為88000 kN，因此工作閘門擋水面積不能大于24 m2，這已是閘門鋼梁最大承載能力的極限，經(jīng)復核在死水位時此面積對應孔口尺寸不能滿足生態(tài)供水及下泄2年一遇洪水要求，受以上條件限制，在滿足生態(tài)供水及2年一遇洪水時需兩條深孔。

因此在滿足工程任務及功能的原則下，根據(jù)本工程壩址區(qū)地形、地質特點，泄洪及發(fā)電引水建筑物主要有：表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#深孔放水沖沙洞、2#深孔放水沖沙洞、發(fā)電引水洞組成。

（1）左岸引泄水建筑物布置

從壩址左岸地形條件看，高陡邊坡不利于泄水建筑物進口集中布置，同時左岸為凹岸泄水建筑物布置洞線較長，且不利于泄水建筑物出口消能布置。因此1#深孔放水沖沙洞與發(fā)電引水洞緊鄰布置在左岸，將2#深孔放水沖沙洞布置在右岸。

（2）右岸泄水建筑物布置

根據(jù)地形特點，壩址右岸為凸岸，利用此地形將泄洪建筑物布置右岸較為順直且洞長較短，從安全考慮，泄洪建筑物均采用明流隧洞。

壩址右岸岸坡2100 m高程以上岸坡高陡，岸坡坡度為60°～80°，泄洪建筑物通過部位最大山體高程約2300 m，若選擇采用開敞式溢洪道則開挖方量和邊坡高度均較大，同時巖體片理發(fā)育，壩址區(qū)發(fā)育兩組節(jié)理對邊坡穩(wěn)定影響較大，因此表孔采用開敞式進口溢洪洞[1]。

本工程洪水規(guī)模不大，1#、2#深孔放水沖沙洞不參與泄洪，而表孔堰頂高程較高，故需設置中孔泄洪洞，以滿足宣泄洪水的需要。

根據(jù)地形、地質條件、電站廠房平面位置，將1#深孔泄洪沖沙洞出口分別布置在電站廠房上、下游；出口布置在電站廠房上游側時，受地形限制洞身需設置彎道段，由于明流洞水流高速轉彎的安全風險極大，故采用有壓洞布置型式[2,3]；出口布置在電站廠房下游側時，不受地形限制，洞線順直，故采用無壓洞布置型式。因此樞紐布置方案比選主要針對1#深孔放水沖沙洞采用有壓洞和無壓洞布置方案進行技術經(jīng)濟綜合比選，擬定以下兩個樞紐布置方案。

方案一：左岸由內(nèi)向外依次布置1#深孔放水沖沙洞（有壓洞）、發(fā)電引水洞。右岸由內(nèi)向外依次布置2#深孔放水沖沙洞、中孔泄洪洞、表孔溢洪洞、導流洞。

方案二：左岸由內(nèi)向外依次布置1#深孔放水沖沙洞（無壓洞）、發(fā)電引水洞。右岸由內(nèi)向外依次布置2#深孔放水沖沙洞、中孔泄洪洞、表孔溢洪洞、導流洞。

2.3 方案一建筑物布置

1）表孔溢洪洞

表孔溢洪洞布置于右壩肩中孔泄洪洞的右側，采用開敞式進水口。設計洪水位時下泄流量為1073.45 m3/s，校核洪水位時下泄流量為1216.44 m3/s。控制段采用WES堰，堰寬13 m，堰頂高程2158 m，堰頂設工作弧形閘門一道，工作閘門前設平板檢修閘門一道。洞身斷面為b×h=9 m×12 m城門洞型，洞長432 m，出口采用挑流消能方式。

2）中孔泄洪洞

中孔泄洪洞布置在右壩肩，位于表孔溢洪洞與2#深孔放水沖沙洞之間，采用有壓和無壓組合的泄流方式。設計洪水位時下泄流量為957.09 m3/s，校核洪水位時下泄流量為983.65 m3/s。引渠底板高程2090 m，盲洞段斷面為D=8 m的圓形斷面。閘井段底板高程2090 m，閘井內(nèi)設一道事故檢修門和一道弧形工作門。洞身段長528 m，洞身斷面為b×h=7 m×8.5 m城門洞型，出口采用挑流消能方式。

3）1#深孔放水沖沙洞（有壓洞）

1#深孔放水沖沙洞布置在樞紐左岸，發(fā)電引水洞右側，進口底板高程2040 m，低于發(fā)電洞底板高程23 m，以便形成排沙漏斗。采用有壓泄流方式，由引渠段、進口有壓段、進口閘井段、有壓洞身段、工作門井段、無壓洞身段和出口泄槽段、消能段組成。引渠段底板高程為2040 m，盲洞段為D=8 m的圓形斷面，進口閘井段底板高程2040 m，閘井內(nèi)設一道檢修門和一道事故門，孔口尺寸分別為b×h=5 m×7 m和b×h=5 m×6 m。有壓洞身段長610 m，洞徑D=5.2 m圓型斷面，工作閘門底板高程2039 m，采用弧形工作門，孔口尺寸b×h=4 m×4.5 m。受地形條件限制，工作門閘井做成為豎井式，鑲嵌在山體內(nèi)。無壓洞身段長363 m，城門洞型b×h=6.6 m×6.1 m，縱坡i=1/10。出口泄槽段長15 m，縱坡為i=1/10，采用整體式結構。出口采用挑流消能方式。

4）2#深孔放水沖沙洞

2#深孔放水沖沙洞位于右壩肩，采用有壓和無壓組合的泄流方式。死水位時下泄流量為405 m3/s。引渠底板高程2060 m，有壓洞段長102 m，圓形斷面直徑D=7 m。閘井段底板高程2060 m，閘井內(nèi)設一道事故門，后設一道弧形工作門。洞身段長541 m，洞身斷面為b×h=5.5 m×6.5 m城門洞形，出口采用挑流消能方式。

圖1 樞紐布置比選方案一布置圖

5）發(fā)電引水系統(tǒng)

發(fā)電引水系統(tǒng)布置在左岸，采用一洞四機聯(lián)合供水的布置型式，長約1.22 km。引水渠底板高程2063 m，進口閘井為岸塔式結構，閘井底板高程2063 m，設4孔攔污柵，4孔疊梁門，設一道平板事故門。低壓引水洞段長636 m，圓形斷面直徑D=8 m，采用鋼板內(nèi)襯，外部回填C25混凝土。調(diào)壓井位于低壓引水洞末端，為阻抗式。高壓管道段采用鋼板襯砌，內(nèi)徑6.6 m，外部回填C25混凝土，厚70 cm。出口明管段內(nèi)徑6.6 m，通過“卜”形月牙肋岔管分為4個支管，與廠房機組相接。

2.4 方案二建筑物布置

樞紐泄水建筑物（表孔溢洪洞、中孔泄洪洞）、2#深孔放水沖沙洞及發(fā)電引水系統(tǒng)布置同方案一。

（1）1#深孔放水沖沙洞

引渠段，寬13 m，長106.6 m。進口有壓洞段長129 m，縱坡i=0。洞身段斷面為D=7 m的圓形斷面。進口閘井段長47.4 m，寬14 m，閘井底板高程2040 m，閘井內(nèi)設一道檢修門和一道事故門，孔口尺寸分別為 b×h=4 m×7 m 和 b×h=4 m×6 m，事故門后設一道弧形工作門，孔口尺寸b×h=3.5 m×4 m。無壓洞身段長962 m，洞身斷面為b×h=5 m×6.5 m城門洞形。出口采用挑流消能方式。

圖2 樞紐布置比選方案二布置圖

2.5 樞紐布置方案比選

樞紐布置比選主要針對1#深孔泄洪洞進行綜合比較，各方案樞紐布置比選見表1。

表1 各方案樞紐布置比選對比表

通過以上綜合比較可看出：

1）兩個方案地形、地質條件基本相同。

2）從建筑物布置條件來看，兩方案樞紐總體布置格局基本相同。1#深孔放水沖沙洞進口布置及底板高程均相同，方案一受地形限制洞身需設置彎道段，采用有壓洞布置形式，出口消能位于電站上游，洞線較短。考慮大壩下游彎道以下河段右岸均為順向坡，各泄洪建筑物出口集中消能，有利于出口右岸消能防護措施統(tǒng)一布置。方案二不受地形限制，采用無壓洞布置形式，洞線順直，出口位于電站下游，洞線長度大于方案一。

3）從場地布置條件及交通布置條件方面考慮，兩方案施工條件基本相當，方案一略優(yōu)。

4）從投資來看，通過建筑物直接費比較方案一投資較小，方案一較方案二少1662.3萬元。

綜合以上比較，從工程施工、運行、安全方面考慮，方案一優(yōu)于方案二；從工程投資比較，方案一較方案二少1662.3萬元；因此擬定方案一為推薦方案。

3 結語

玉龍喀什水利樞紐工程壩址河谷狹窄，結合窄深河槽兩岸不對稱的地形條件及廠址布置條件，樞紐布置格局相對唯一。在樞紐布置比選時，通過對地形、地質及洪水等基礎資料的分析，考慮到建筑物運行要求，擬定兩個方案進行比選。最終選定的樞紐布置方案，避開了不良地質構造，建筑物可滿足功能要求，并確保了工程運行安全，且投資較省，較為合理。

[1]SL 228-2013，混凝土面板堆石壩設計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

[2]SL 279-2016，水工隧洞設計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2016.

[3]劉志明、溫續(xù)余，水工設計手冊：泄水與過壩建筑物（第二版第7卷）[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

[4]王仁坤、張春生，水工設計手冊：水電站建筑物（第二版第8卷）[M].北京：中國水利水電出版社，2013.