魏欣桃

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

托帕水庫(kù)是新疆烏恰縣恰克瑪克河上的控制性樞紐工程，是一座具有灌溉、防洪任務(wù)的綜合利用水利工程，工程規(guī)模為中型。水庫(kù)樞紐由瀝青混凝土心墻壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞等建筑物組成。壩線位于巴音庫(kù)魯提鄉(xiāng)上游5 km 河道最窄處，可充分利用左岸向西凸出的基巖山梁地形布置泄洪建筑物。

1 樞紐地質(zhì)條件

壩址工程地形地貌特征較明顯，河流走向近南北向，河谷呈“U”型，河谷底寬220～350 m不等。河床高程2336～2340 m，正常蓄水位2394.5 m 高程時(shí)，河谷寬410 m。左岸為一向西凸出的基巖山梁，山梁寬350～450 m。庫(kù)區(qū)兩岸山體雄厚，山體高度遠(yuǎn)大于正常蓄水位高程，庫(kù)區(qū)附近無(wú)低于庫(kù)水位的鄰谷分布，產(chǎn)生永久滲漏的可能性不大。庫(kù)區(qū)位于低中山區(qū)，無(wú)居民區(qū)、工礦及農(nóng)田分布，庫(kù)區(qū)回水線范圍內(nèi)基巖裸露，水庫(kù)無(wú)浸沒(méi)問(wèn)題。庫(kù)區(qū)兩岸基巖巖性主要以粉砂巖、灰?guī)r為主。庫(kù)區(qū)兩岸巖體整體穩(wěn)定性較好，不會(huì)有大規(guī)模的塌岸現(xiàn)象。但局部地段由于邊坡高陡，加之受風(fēng)化作用的影響，表層巖體可能形成小的崩塌和掉塊。水庫(kù)壩區(qū)范圍內(nèi)沒(méi)有現(xiàn)代活動(dòng)斷裂通過(guò)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，在水庫(kù)規(guī)模、區(qū)域構(gòu)造環(huán)境、水文地質(zhì)條件方面不具備產(chǎn)生水庫(kù)誘發(fā)地震的地質(zhì)條件。

2 樞紐布置原則

托帕水庫(kù)樞紐由瀝青混凝土心墻壩、溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞等建筑物組成。樞紐布置比選方案遵循以下原則。

(1)工程壩高61.5 m，從建筑物安全運(yùn)行、后期檢修等方面綜合考慮，泄洪建筑物布置初擬表、深兩層建筑物泄洪的型式，同時(shí)結(jié)合水庫(kù)運(yùn)行、施工導(dǎo)流、度汛、初期蓄水要求合理進(jìn)行泄量分配。表層主要對(duì)溢洪道和溢洪洞進(jìn)行比選，比選時(shí)充分考慮超泄能力，深孔主要對(duì)無(wú)壓洞和有壓洞進(jìn)行比選。

(2)水庫(kù)運(yùn)行方式為：每年的7月初～8月底水庫(kù)維持在死水位，進(jìn)行排沙、沖沙運(yùn)行；每年的8月水庫(kù)在汛期限制水位運(yùn)行，以保證汛期安全度汛；其他月份水庫(kù)按灌溉要求蓄、放水。如遇特殊年份，托帕水庫(kù)工程的運(yùn)行方式要根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整，并制定臨時(shí)的水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方案。

(3)泄水建筑物選型和樞紐布置應(yīng)考慮導(dǎo)流洞的結(jié)合利用，引泄水建筑物進(jìn)出口布置應(yīng)盡量降低開(kāi)挖邊坡的高度，盡量避開(kāi)不利的地質(zhì)構(gòu)造。

3 樞紐布置方案及比選分析

左右岸地形條件為左岸是一個(gè)天然的凸岸，右岸較為順直。一般來(lái)說(shuō)溢洪道或溢洪洞為明流流態(tài)，宜順直布置，右岸沒(méi)有布置的條件，布置在左岸較為合適，所以左岸存在溢洪道和溢洪洞兩種形態(tài)；泄洪沖沙洞可以選擇明流隧洞也可以選擇有壓隧洞，因右岸順直，沒(méi)有布置明流泄洪沖沙洞的條件，左岸雖然有布置的條件，但明顯洞線長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)，所以泄洪沖沙洞考慮在左右岸布置有壓洞的方案。綜合樞紐布置原則、壩址處地形、地質(zhì)條件分析，擬定兩個(gè)樞紐布置方案。

3.1 布置方案

方案一：建筑物由泄水建筑物和灌溉放水洞組成，泄水建筑物為溢洪洞和泄洪沖沙洞。建筑物均布置在河道的左岸，從左向右依次為灌溉放水洞、溢洪洞和泄洪沖沙洞。灌溉放水洞和泄洪沖沙洞為聯(lián)合進(jìn)水口，灌溉放水洞出口投入泄洪沖沙洞的消力池內(nèi)。

方案二：建筑物由泄水建筑物和灌溉放水洞組成，泄水建筑物為溢洪道和泄洪沖沙洞。溢洪道布置在河道的左岸，緊貼左壩肩布置，泄洪沖沙洞和灌溉放水洞布置在河道的右岸，其中泄洪沖沙洞布置在左側(cè)，兩洞為聯(lián)合進(jìn)水口，灌溉放水洞出口投入泄洪沖沙洞的消力池內(nèi)。

不同樞紐布置方案比較見(jiàn)表1。

表1 不同樞紐布置方案比較

3.2 方案比選

對(duì)以上兩種布置方案，從地形、地質(zhì)條件、工程布置條件、施工條件、工程量、投資幾個(gè)方面進(jìn)行比較。

(1)地形地質(zhì)條件

方案一泄水建筑物均布置在左岸。方案二溢洪道布置在左岸，泄洪沖沙洞布置在右岸。左岸基巖出露，而右岸壩線上游約200 m發(fā)育Ⅴ級(jí)殘留階地，階面高程在2380～738 m之間，階面寬8～10 m，長(zhǎng)約120 m，階地砂卵礫石層厚10～15 m，泥鈣質(zhì)弱膠結(jié)，右岸壩線下游2359.5 m高程以下為崩坡積物，厚5～13 m。左岸方案一溢洪洞和方案二的溢洪道的地形地質(zhì)條件相當(dāng)，方案二的泄洪沖沙洞進(jìn)口需要避開(kāi)右岸壩線上游的Ⅴ級(jí)殘留階地，出口有大面積的松散崩坡積物，需清除。 所以從地形地質(zhì)情況看方案一優(yōu)于方案二。

(2)建筑物布置

方案二的溢洪道在運(yùn)行可靠度上要優(yōu)于方案一的溢洪洞，主要體現(xiàn)在超泄能力大。受地形的影響，方案二溢洪道開(kāi)挖量較大，根據(jù)本工程目前的施工進(jìn)度計(jì)劃安排，溢洪道的施工先于大壩的填筑，如利用溢洪道開(kāi)挖料作為大壩填筑材料，存在二次倒運(yùn)的問(wèn)題。雖然存在將兩者的施工期調(diào)整一致的可能，并在壩內(nèi)設(shè)置爆破料分區(qū)，但由于本工程溢洪道規(guī)模較小，開(kāi)挖場(chǎng)地相對(duì)狹小，其石方料開(kāi)采強(qiáng)度也難以滿足大壩的填筑強(qiáng)度，這樣還需另外開(kāi)辟石料場(chǎng)，所以本工程難以將溢洪道開(kāi)挖料作為大壩填筑料。

受右岸壩線上游V級(jí)殘留階地的影響，方案二的泄洪沖沙洞進(jìn)口只能選擇在壩線上游340 m處的基巖出露處，所以有壓洞洞長(zhǎng)要長(zhǎng)于方案一。

(3)施工條件

兩方案泄洪沖沙洞和灌溉放水洞的施工條件相當(dāng)，方案二溢洪道的石方明挖較方案一的溢洪洞石方洞挖簡(jiǎn)單，但溢洪道進(jìn)口的開(kāi)挖邊坡較高，增加了明挖的施工難度，所以整體看兩個(gè)方案施工條件相當(dāng)。

(4)永久交通及后期運(yùn)行安全

方案一建筑物均布置在左岸，方案二一個(gè)在左岸兩個(gè)在右岸，所以永久交通方面方案一優(yōu)于方案二。從后期運(yùn)行安全來(lái)看，方案二的溢洪道要優(yōu)于方案一的溢洪洞。

(5)工程量及投資

由于影響本工程樞紐布置方案的主要是溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞，大壩布置方案相同，所以主要工程量只比較溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞。不同樞紐布置方案建筑工程量及投資比較見(jiàn)表2。

表2 不同樞紐布置方案建筑工程量及投資比較

工程量方面，除石方洞挖量、回填灌漿量和固結(jié)灌漿量以外，方案一工程量均小于方案二工程量；投資方面，方案一建筑工程投資小于方案二。

3.3 綜合分析

從地形地質(zhì)條件看，方案一要優(yōu)于方案二。從工程布置來(lái)看，各方案均能滿足水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度方案要求，不存在不利的影響因素，方案一泄洪沖沙洞洞線較短，方案二的溢洪道超泄能力稍強(qiáng)，可以提高特殊情況下的運(yùn)用可靠性，所以從工程布置來(lái)看兩個(gè)方案各有利弊。從后期運(yùn)行管理?xiàng)l件來(lái)看，布置在一岸的方案一要較方案二相對(duì)集中、管理方便。從永久交通來(lái)看，方案一要優(yōu)于方案二。從工程部分投資來(lái)看，方案一投資較方案二少5593.05萬(wàn)元。因此經(jīng)綜合比較，樞紐布置推薦方案一，即溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞均布置在左岸的方案。

4 結(jié) 語(yǔ)

托帕水庫(kù)是恰克瑪克河上的控制性樞紐工程，壩型為瀝青混凝土心墻壩，樞紐建筑物由溢洪洞、泄洪沖沙洞和灌溉放水洞等建筑物組成。綜合樞紐布置原則，壩址處地形、地質(zhì)條件分析，擬定兩個(gè)樞紐布置方案，從地形地質(zhì)條件、建筑物布置、施工條件、永久交通及后期運(yùn)行安全、工程量及投資等方面進(jìn)行比選，最終確定合理的樞紐布置方案。