玉龍喀什水利樞紐工程樞紐布置比選設計

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。考慮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下游側。廠房布置于河道左岸，為減少泥沙影響，實現發電引水洞“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，左岸布置發電引水系統及具有沖沙功能的泄水隧洞，右岸布置泄洪及導流建筑物。

根據本工程任務，深孔在死水位時須滿足下放生態用水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，根據目前國內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，經復核在死水位時此面積對應孔口尺寸不能滿足生態供水及下泄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，根據本工程壩址區地形、地質特點，泄洪及發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，同時巖體片理發育，壩址區發育兩組節理對邊坡穩定影響較大，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濟綜合比選，擬定以下兩個樞紐布置方案。

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

方案二：左岸由內向外依次布置1#深孔放水沖沙洞（無壓洞）、發電引水洞。右岸由內向外依次布置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，發電引水洞右側，進口底板高程2040 m，低于發電洞底板高程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。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）發電引水系統

發電引水系統布置在左岸，采用一洞四機聯合供水的布置型式，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，采用鋼板內襯，外部回填C25混凝土。調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，內徑6.6 m，外部回填C25混凝土，厚70 cm。出口明管段內徑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電引水系統布置同方案一。

（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。

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，水工隧洞設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2016.

[3]劉志明、溫續余，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.