基于綜合因素對哈拉軍水電站的工程布置方案比選

王琛濤

（新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所　新疆　烏魯木齊　830091）

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基于綜合因素對哈拉軍水電站的工程布置方案比選

王琛濤

（新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所新疆烏魯木齊830091）

摘要哈拉軍水電站以發電為主，文章在分析其水文、徑流、氣象等自然條件和區域地質、引水線路、壓力前池、隧洞、廠區等工程地質條件的基礎上，重點論述了水電站廠房位置、局部渠線渠道與隧洞等不同工程布置方案及比選。

關鍵詞庫克蘇流域；水電站；方案設計

1　工程概況

該工程由電站引水渠首、引水渠、暗渠、壓力前池、引水隧洞、調壓井、壓力管道、廠房、尾水渠、輸水渡槽、排洪涵洞、排洪渡槽、交通橋等建筑物組成。

根據《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》，水電站設計引水流量98.2m3/s，電站裝機容量38MW，工程等別為Ⅳ等小（1）型，根據地質及地震安全報告，哈拉軍水電站廠址對應的地震烈度為Ⅷ度。

2　自然條件

2.1水文

庫克蘇河位于特克斯河的南岸，也是該流域的最大一條支流，庫克蘇河發源于和靜縣境內的哈爾克他烏山東端與霍拉山脈西端交界處的木孜塔格峰（海拔4899m）西側。河流先自東向西，行至康卡爾溝匯入口后折向北，由南向北流至特克斯河干流。庫克蘇河流域范圍在東經81°45′～83° 08′，北緯42°22′～43°15′之間，南部以哈爾克他烏山山脊為界與阿克蘇地區的拜城縣接壤，流域東南部的河源地帶位于巴音郭欏蒙古自治州和靜縣境內，東部與鞏留縣小吉爾格郎河相連，西南為昭蘇縣阿合牙孜河流域，流域北部為特克斯河河谷。庫克蘇河長約206km。哈拉軍水電站所處流域集水面積為5666km2，平均寬度27km，河道平均坡降14.92%。流域林區星羅棋布，植被覆蓋率高，山區垂直地帶性分布規律明顯。工程處于低山丘陵草原帶，海拔900m～1500m，積雪深厚，草本植物多，斷陷盆地較多。

2.2徑流

根據數據分析，河流融雪水補給量為5.52×108m3，占多年平均年徑流量的24.6%，是典型的冰川積雪補給為主、降雨補給為輔、地下水補給次之的河流，徑流年際變化穩定。同時，哈拉軍水電站引水渠接上一級水電站水庫尾水，其徑流調節將決定水電站引水量，水庫具有季調節能力，在滿足用水前提下，以月統計分析，其全年徑流量為倒“U”型，1月份和12月份較低，7月份最高。

2.3氣象

水電站所處位置屬逆溫帶控制區，是溫帶大陸性氣候，多年平均氣溫7.26℃，7月份最暖，平均19.77℃，1月最冷，平均- 8.24℃。流域年降水量垂直分帶，平均降水量375.26mm，集中在4月～8月份，6月份降水最多，月平均降水量69.86mm。與新疆其它地區相比流域蒸發量小，多年平均蒸發量為1545.56mm。

3　工程區域地質條件

工程區位于天山褶皺構造帶西段的伊犁谷地，伊犁谷地北以博羅霍羅山南坡斷裂（F8）為界，南以哈爾克它烏山北坡斷裂（F19）為界，南北寬約150km，谷地內褶皺和斷裂構造發育，不同方向的邊界斷裂將伊犁谷地切割成大小不等的斷褶隆起山區及斷陷盆地。

根據《新疆中強震分布圖》，地震主要分布在工程區東北和西北，南部地震較少。據歷史地震資料和現場勘察，該區的中強地震主要與近東西向活動斷裂密切相關,且震中多位于斷裂交匯部位的應力集中區；根據新疆防御自然災害研究所《地震安全性評價報告》資料：該斷層具備發生6級地震構造的條件，對建筑物影響較大。

3.1引水渠道

工程區跨越Ⅱ～Ⅴ級階地貌單元，河谷為U型，地勢開闊。引水線路位于河流右岸，穿Ⅱ級階地、山前傾斜平原等地貌單元，地形平緩，寬100m～900m；山前傾斜平原坡度較小，約10°～20°，沖溝均發育較小，規模不大，Ⅳ～Ⅴ級階地形起伏較小，沖洪溝較發育，規模較小。

引水線路設4個樁號：0+000～1＋366，1+366～2＋018，2+018～4＋238和4+238～4＋814.0+000～1＋366段渠道位于第四系更新統Q3al砂卵礫石層，分為Q4PL洪積粉土層、Q4al沖積砂層、Q3al沖積砂卵礫石層。

3.2壓力前池與隧洞

前池置于河右岸洪積扇中部，高程1199m～1221m，地形起伏大。洪積扇后緣為基巖山體，基巖大部分裸露，巖性為Q4pl碎石土層，厚10m～20m，結構中密。隧洞包含進口段、洞身段、彎管段及壓力管道。進口段出露巖性為Q4pl碎石土層，厚3m～10m，結構中密，邊坡40°。洞身段出露巖性為凝灰巖，發育兩組節理，面平直，局部粗糙，充填鈣膜，破碎帶寬1m～3m，由碎裂巖、斷層泥和糜棱巖組成。彎管段出露巖性為凝灰巖，巖體破碎，強風化厚1m～3m，弱風化厚15m～25m。壓力管道為第四系全更新統洪積Q4pl碎石土層，厚8m～12m，下覆C1d凝灰巖，建基面高程以上未見地下水。

4　工程布置方案設計

4.1廠房位置設計

據地質情況分析，沿階地后緣基巖山體處為阿仁不拉克活動斷層，對廠房影響較大，應避開斷層影響帶。故廠房位置有兩種選擇方案：方案一，避開斷面層，并盡量靠近山邊；方案二，布置在河邊。

（1）方案一：廠房靠山

廠房位于距離山邊150m處，避開斷層，建筑物依次為鋼岔管、支管、廠房、尾水渠。岔管接壓力隧洞出洞埋管，采用對稱Y形，結構型式為內加強月牙肋岔管。主廠房包含主機間和安裝間，垂直水流從左至右為安裝間及主機間1～3機組段。副廠房、GIS室及變壓器均平行布置主廠房上游側，GIS開關站布置副廠房內。

（2）方案二：廠房設于河邊

由山至河的建筑物依次為鋼岔管、PCCP管、廠房、尾水。鋼岔管設計與方案一相同，廠房整體高程降低4m。岔管后采用PCCP管與主廠房相接，PCCP管末點與廠房相接，該段管道鋪設后，回填土為管頂以上2m，便于管道穩定、防凍和檢修。尾水反坡段末點直接接入河道。

表1　各方案綜合比較表

（3）方案比選

根據地質情況，沿階地后緣為基巖山體處為阿仁不拉克活動斷層，斷層寬度約為100m，該斷層對廠房影響很大，廠址比選論證報告的咨詢意見也提出按避開斷層影響帶布置廠房，故廠房位置有兩種選擇方案：方案一，避開斷面層，并盡量靠近山邊布置；方案二，布置在河邊。方案一、方案二各有優缺點，從工程投資、發電量、施工、運行管理等多方面進行綜合比較，見下表1。

由上表可以看出，雖然方案二具有運行管理較為方便、但工程投資較大，投資預算比方案一多了1209萬，發電量也較方案一少了近0.1億kw·h，故將方案一做為推薦方案。

4.2局部渠線渠道與隧洞設計

據工程地質分析，電站引水渠道地形狹窄，存在與原有道路、林場交叉重合現象，故擬考慮在其右側山體內采用隧洞方式，上游接某溝引水暗渠，后接引水明渠。根據隧洞襯砌形式，局部渠線渠道與隧洞設計存在三種方案，一為引水渠方案；二為全斷面襯砌；三為Ⅲ類圍巖不襯砌，Ⅳ圍巖襯砌。

（1）方案一：渠道方案

引水渠沿線分布有山洪溝，故在洪水量較大處共設置排洪涵洞1座與渡槽5座，將洪水導向下游。引水渠設計流量98.2m3/s，起點為跨某溝暗渠，比選渠道長2.468m，縱坡1/4000。渠道采用梯級斷面，內邊坡1∶1.75，外邊坡1∶1.5，渠深5.7m。

排洪建筑型式和位置根據引水渠沿線山洪溝分布、下游洪水通道等確定。排洪涵為鋼筋混凝土箱涵結構，鋼筋砼箱涵單孔洞徑2.5m乘以2.5m，糙率0.016，縱坡1/80。排洪渡槽為鋼筋混凝土矩形槽結構，側壁厚0.15m漸變到0.25 m，底板厚0.2m，槽身段縱坡1/200。局部渠道與道路沖突，需將道路與渠堤結合，將渠道堤岸加寬處理。

（2）方案二：全斷面襯砌

隧洞采用圓拱直墻式斷面，洞身圍巖類型為Ⅲ、Ⅳ類，Ⅳ類占長29%，設計采用系統錨桿、回填灌漿、鋼筋拱架等工程措施，混凝土襯砌厚0.4m。隧洞尺寸5.10m×7.65m，凈空率17.1%，縱坡1/1000，糙率0.014。進出口引渠的結構斷面均與方案一相同。

（3）方案三：Ⅲ類不襯砌，Ⅳ類襯砌

隧洞采用圓拱直墻式斷面，洞身圍巖為Ⅲ、Ⅳ類圍巖，Ⅳ類為一般襯砌，混凝土襯砌厚0.4m，主要分布在進出口段，進口段襯砌長576m，出口段襯砌長33m，襯砌段隧洞斷面5.10m乘以7.65m；Ⅲ類不襯砌，噴砼厚0.1m，隧洞斷面5.75×8.63m，凈空率為15.4%，縱坡1/1000，糙率0.02。進出口引渠的結構斷面均與方案一相同。

（4）方案比選

結合工程地質參數與投資預估，方案二、三雖在工程布置上避開了現有道路、林場及交叉建筑物，但其工程造價遠高于方案一，且在工程施工、運行管理、發電量上較差，故方案一為推薦方案。

5　結語

哈拉軍水電站工程設計充分考慮了新疆某地區的自然條件和工程地質特征，尤其是廠房位置設計、局部渠線渠道與隧洞建設，在系統分析區域環境的基礎上，考慮多種方案，并就其施工、管理、工程造價等進行方案比選，以確定最佳方案，其設計理念與方法值得新疆地區水電站工程建設學習與借鑒，同時，水電站的建設與使用，具有廣泛的經濟效益和社會、生態作用，必將給當地的社會生活帶來新的改變。陜西水利

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（責任編輯：唐紅云）

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