黃金峽水利樞紐總布置研究

毛擁政

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710001）

1 工程概況

黃金峽水利樞紐是引漢濟(jì)渭工程的兩個(gè)水源之一，也是漢江上游梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃的第一級(jí)。壩址位于漢江干流黃金峽鍋灘下游2km處，距洋縣62km，漢中市135km。黃金峽水利樞紐多年平均供水量10億m3，安裝7臺(tái)18.5MW水泵電動(dòng)機(jī)組，泵站裝機(jī)129.5MW，電站裝機(jī) 135MW，安裝 3臺(tái)45MW的水輪發(fā)電機(jī)組，航運(yùn)為6級(jí)航道設(shè)100t升船機(jī)過(guò)壩。工程以供水為主，兼顧發(fā)電及航運(yùn)等綜合效益。

引漢濟(jì)渭工程為Ⅰ等大（1）型工程，黃金峽水利樞紐為引漢濟(jì)渭的一部分，主要建筑物為2級(jí)。樞紐由大壩、泵站、電站、通航等建筑物組成。大壩按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核，相應(yīng)入庫(kù)洪峰流量分別為18800m3，26400m3。

黃金峽壩址位于基本對(duì)稱的“V”型河谷，河谷寬200m，兩岸山峰高程達(dá)600m以上，壩址兩岸地形基本對(duì)稱，左右岸坡自然邊坡均在20°～-40°，大部分基巖裸露，地層主要為花崗片麻巖。左岸巖石強(qiáng)風(fēng)化厚度10m～13m，弱風(fēng)化厚度20m～27m；河床覆蓋層厚6m～12m，下伏基巖無(wú)大的深槽分布，強(qiáng)風(fēng)化厚度1m～5m，弱風(fēng)化厚度5m～13m；右岸巖石強(qiáng)風(fēng)化厚度8m～9m，弱風(fēng)化厚度25m～27m。壩基共發(fā)育有7條小斷層，對(duì)于重力壩，除傾向山體內(nèi)的順河向f3斷層會(huì)對(duì)局部巖體的抗滑穩(wěn)定產(chǎn)生影響外，其余斷層對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定影響不大。

2 樞紐布置的原則和要求

在水利樞紐中合理地選擇各建筑物的平面布置，對(duì)于樞紐的使用效能、施工的難易及工程造價(jià)等有著重要的意義，樞紐中各建筑物的布置直接地影響整個(gè)樞紐的應(yīng)用。因此樞紐的布置應(yīng)結(jié)合本工程的特點(diǎn)，按河流來(lái)水來(lái)沙、地質(zhì)地形條件以及各建筑物的安全可靠、運(yùn)用方便、經(jīng)濟(jì)合理等要求因地制宜進(jìn)行方案的選擇。根據(jù)黃金峽水利樞紐河道狹窄、泄洪量大、興利建筑物多的特點(diǎn)，擬定樞紐布置主要原則如下：

（1）應(yīng)滿足樞紐各個(gè)建筑物在布置上的要求，保證在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的條件下正常運(yùn)行。要避免樞紐的各個(gè)建筑物在運(yùn)行期間相互干擾。

（2）盡量是一個(gè)建筑物發(fā)揮多種用途或臨時(shí)建筑物和永久建筑物相接合，充分發(fā)揮綜合效益。

（3）取水、輸水建筑物應(yīng)布置在用水側(cè)，要保證運(yùn)行可靠，取水質(zhì)量良好。

（4）泵站、電站靠近擋水建筑物布置以減少連接建筑物長(zhǎng)度，從而減少水頭損失和工程投資。進(jìn)水口、泵站出水應(yīng)水流平順，電站尾水出流通暢。

（5）樞紐布置應(yīng)結(jié)合導(dǎo)流統(tǒng)一規(guī)劃，滿足工程導(dǎo)流要求。

以上幾條很難同時(shí)滿足，尤其是電站、泵站、船閘對(duì)水流泥沙都有很嚴(yán)格的要求，因此，在樞紐布置時(shí)要處理好相互之間的矛盾，以保證發(fā)揮較好的綜合效益。

3 樞紐布置方案及特點(diǎn)

黃金峽水利樞紐建筑物由大壩（含泄水建筑物）、泵站、電站、通航等建筑物組成。黃金峽水利樞紐是一個(gè)綜合利用樞紐工程，水庫(kù)的泄洪、沖沙對(duì)抽水、發(fā)電、航運(yùn)都有不同程度的影響，如何在保證水庫(kù)大壩安全運(yùn)行，滿足河道沖沙及泵站抽水含沙量的要求，協(xié)調(diào)好抽水、發(fā)電、航運(yùn)的綜合利用要求，是一個(gè)非常復(fù)雜的多項(xiàng)目規(guī)劃問(wèn)題。為此，樞紐總布置的選擇進(jìn)行了多方案的比較，最終選擇了3個(gè)方案進(jìn)行詳細(xì)的分析比較。這些重點(diǎn)方案的區(qū)別在于電站與泵站的位置關(guān)系以及導(dǎo)流方案的不同，泄水建筑物的布置不同。

3.1 樞紐平面布置方案一

樞紐主要建筑物由混凝土壩、壩身5個(gè)表孔與壩后消力戽、壩身2個(gè)底孔與消力池、河床式泵站電站及垂直式升船機(jī)組成（圖1）。

圖1 樞紐布置方案一

該方案采用分期導(dǎo)流，充分利用合理洪水分期，利用初期枯水期圍堰建成大導(dǎo)墻、導(dǎo)流泄洪底孔、電站小導(dǎo)墻，使泵站、電站形成小基坑達(dá)到全年施工條件。泵站采用河床式，兼做擋水建筑物，電站布置到泵站下游采用壩后式，充分利用河道寬度，減少進(jìn)水口前沿寬度，為泄洪布置留下空間。

3.2 樞紐平面布置方案二

樞紐主要建筑物由混凝土壩、壩身4個(gè)表孔與壩后消力戽、壩身2個(gè)底孔與消力池、導(dǎo)流泄洪洞、河床式泵站電站及垂直式升船機(jī)組成（圖2）。

該方案利用隧洞導(dǎo)流，主要目的是減少河床部位樞紐布置寬度，減少兩岸開(kāi)挖量，導(dǎo)流洞施工期導(dǎo)流，運(yùn)行期按泄洪洞進(jìn)行運(yùn)用。泵站、電站、升船機(jī)布置方案基本與方案一相同。

3.3 樞紐平面布置方案三

樞紐主要建筑物由混凝土壩、壩身5個(gè)表孔與壩后消力戽、壩身2個(gè)底孔與消力池、壩前泵站、河床式電站及垂直式升船機(jī)組成（圖3）。

泵站順河布置于上游壩肩與右壩肩成L形，如此則泵站廠房基礎(chǔ)無(wú)需回填混凝土，泵站進(jìn)水正進(jìn)正出，電站和泵站進(jìn)水口互不干擾，泵站進(jìn)出水條件好。電站采用河床布置，電站壩段長(zhǎng)度相對(duì)縮短，樞紐開(kāi)挖量減少。

4 樞紐布置方案的比較

上述三種樞紐布置方案，方案一、三均采用兩期導(dǎo)流方案，主要差異在于泵站布置位置不同；方案二采用過(guò)水圍堰、1條隧洞導(dǎo)流方案，考慮后期將導(dǎo)流洞改建為泄洪洞，表孔減為4孔，其他布置基本與方案一相同。本文主要從主要建筑物布置、施工條件、工期、工程投資等方面進(jìn)行綜合比較，確定樞紐布置方案。

4.1 主要建筑物布置比較

方案一泄水建筑物集中布置于河床，泄洪調(diào)度比較方便；泵站、電站前后布置，工程量及投資較小，運(yùn)行管理方便。因泵站、電站安裝高程差異，混凝土回填量大，泵站電站布置緊湊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

圖2 樞紐布置方案二

圖3 樞紐布置方案三

方案二大壩泄洪建筑物表孔減為4孔，整個(gè)壩長(zhǎng)變短，可減少壩肩開(kāi)挖工程量，大壩工程量也相對(duì)較小。但增加了一個(gè)導(dǎo)流泄洪建筑物，樞紐總體工程量增加；泄洪洞下游水位變幅大且水位較高，泄洪洞內(nèi)流速高，運(yùn)行條件比較復(fù)雜，通航水流條件稍差。

方案三電站引水流道短，泵站進(jìn)水正進(jìn)正出，泵站、電站取水條件較好，水頭損失減小。泵站布置場(chǎng)地由開(kāi)挖山體形成，開(kāi)挖量較大；泵站布置于大壩上游，需增加單獨(dú)的泵站進(jìn)水口，受水庫(kù)蓄水位影響，泵站采光、通風(fēng)條件差，運(yùn)行管理便捷性降低，成本增加。

4.2 工程施工比較

方案一、三采用分期導(dǎo)流方式，方案二采用隧洞導(dǎo)流方式，施工導(dǎo)流方案在技術(shù)上都是可行的，都不存在大的技術(shù)難題。

由于壩址處河床寬度有限，分期導(dǎo)流方案導(dǎo)流程序相對(duì)復(fù)雜，河床內(nèi)需布置廠壩導(dǎo)墻、混凝土縱向圍堰、一期低土石圍堰縱向段三道建筑物，要求工程必須按進(jìn)度計(jì)劃施工，一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題容易對(duì)下一個(gè)環(huán)節(jié)造成較大影響。隧洞導(dǎo)流、過(guò)水圍堰方案大壩基坑在兩個(gè)汛期均要過(guò)水，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大。從三個(gè)方案的導(dǎo)流工程量分析，方案二隧洞導(dǎo)流、過(guò)水圍堰方案工程最大，分期導(dǎo)流的方案一和三工程量小。

三種方案在施工方案上均屬于常規(guī)施工方法，其中，方案一和方案三二期施工在第一個(gè)汛前大導(dǎo)墻要澆筑至高程425.5m難度較大；方案二大壩施工受洪水影響較大，在汛前機(jī)械設(shè)備拆除、汛期的工程保護(hù)和汛后施工的恢復(fù)工序較多。

三個(gè)方案工期均為54個(gè)月，發(fā)電工期和泵站投產(chǎn)工期時(shí)間差別不大。從施工總進(jìn)度上看，三個(gè)方案基本相當(dāng)。

4.3 工程投資比較

三種樞紐布置方案工程投資，方案一工程總投資21.45億元，投資最小，方案三居中總投資21.91億元，方案二總投資22.75億元，投資最大。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)綜合比選結(jié)論意見(jiàn)如下：

（1）三種方案都較好地解決了本工程大流量的泄洪問(wèn)題，最大單寬流量不超過(guò)270m3/s，單寬流量在可接受的范圍以內(nèi)。

（2）從施工來(lái)看，方案一、三施工工序多，銜接緊湊，方案二施工干擾少，臨時(shí)工程量大，從施工條件來(lái)看方案一、三略優(yōu)。

（3）方案一、三采用分期導(dǎo)流，方案二為隧洞導(dǎo)流，由于導(dǎo)流流量大因此隧洞規(guī)模大。雖采用隧洞導(dǎo)流減少了兩岸的開(kāi)挖，減少了縱向大導(dǎo)墻使樞紐的布置較為靈活，同時(shí)整體混凝土工程量較小，但導(dǎo)流洞工程規(guī)模大致使該方案整體工程量偏大。

（4）河床式泵站電站前后布置方案較壩上岸邊式泵站河床式電站方案布置緊湊，工程量少，采光通風(fēng)條件好，壩上岸邊式泵站河床式電站方案進(jìn)水條件好。

綜上所述，方案一主體建筑物布局合理，較好協(xié)調(diào)了泄洪、抽水、發(fā)電、生態(tài)、航運(yùn)的關(guān)系，泵站、電站聯(lián)合布置節(jié)約工程投資，工程管理方便。因此，選擇方案一為工程推薦總體布置方案。陜西水利

[1]李云輝，陳獻(xiàn)耘，沈艷忱.美國(guó)中亞利桑那調(diào)水工程[J].水利發(fā)展研究，2003（3）.

[2]陳國(guó)杰.淺談瀝口水電樞紐的樞紐布置[J].建筑設(shè)計(jì)，2010，54.

[3]馮樹(shù)榮.龍灘水電站樞紐布置及重大問(wèn)題研究[J].水力發(fā)電，2003（10）.

[4]李金合，普曉剛，王志純.湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐平面布置研究[J].水道港口，2008（5）.