莫莫克水利樞紐工程設計方案比選

宋興亮

(水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

0 前言

壩線和壩型的比選關系到樞紐工程整體的安全性，也是工程設計中至關重要的環節，經過對工程地質條件、工程布置、施工條件及總投資等方面綜合分析比選確定。修建莫莫克水利樞紐以解決提孜那甫河洪水災害及改善下游灌區春旱缺水問題，從地形地質條件、工程布置、施工條件及投資造價方面對不同壩線及壩型進行綜合比較，在考慮后期樞紐布置及安全運行的同時兼顧工程建設的經濟性，選出更經濟合理的壩線及壩型。

1 工程概況

莫莫克水利樞紐主要承擔提孜那甫河流域防洪、灌溉兼顧發電的工程任務，總庫容為9 265.00萬m3，正常蓄水位為1 894.00 m，死水位1 873.00 m，電站總裝機容量為26.00 MW。工程由擋水壩、溢洪道、泄洪沖沙洞、發電引水系統及電站廠房等組成。壩址區基巖主要為巨厚層西域礫巖，以泥質膠結為主，局部泥鈣質膠結，屬極軟巖，屬弱～微透水層，無大的邊坡穩定問題，無地震液化問題，結構密實，可作為土石壩基礎，還須全斷面防滲處理。

2 壩線選擇

壩線的選擇主要考慮地形地質條件對工程安全的影響。由于壩址地形條件特殊，河道呈“Ω”型，右岸為向河道凸出的基巖山脊，壩軸線可選擇的范圍不大。上、下壩線采用相同的庫容、壩體結構、特征高程等控制參數，上、下壩線左岸溢洪道，右岸發電引水洞與泄洪沖沙洞，壩后發電廠房均相同。在此基礎上，對兩壩線同一壩型進行壩線比選。

上壩線樞紐由大壩、表孔溢洪道、泄洪沖沙洞、發電引水系統、電站廠房等建筑物組成。下壩線位于上壩線下游80 m左右的位置，樞紐由大壩、溢洪道、導流洞、泄洪沖沙洞、發電引水洞、電站廠房等建筑物組成。上下兩壩線相距85 m，調節庫容相同，樞紐承擔的工程任務相同。交通條件基本相同，氣候條件相同。對上、下壩線從地形地質條件、樞紐布置、施工條件、工程量及投資進行比較。

2.1 地形地質條件

在地形條地質件上，下壩線河谷谷底寬度較上壩線河谷谷底狹窄，但正常蓄水位對應的上壩線河谷寬度較下壩線狹窄，兩壩線處河床覆蓋層均為15 m左右；兩壩線巖體完整性及堅硬程度基本相同；基巖透水率q<3 Lu界限埋深上壩線較下壩線淺；兩壩線方案均存在右岸壩肩邊坡高陡、處理工程量大且施工困難的特點；兩方案其它建筑物的布置基本一致，下壩線表孔溢洪道進口引渠穿越階地長度較長，處理難度相對較大。上壩線工程地質條件略優于下壩線。

2.2 工程布置

從工程布置上看，上壩線大壩壩長370 m，最大壩高75.00 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪沖沙洞及發電洞布置在右岸；下壩線大壩壩長437.70 m，最大壩高70.00 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪沖沙洞及發電洞布置在右岸。上下壩線相距較近，下壩線相對較低，但壩線較長，表孔溢洪道布置于左壩肩、泄洪沖沙洞與發電引水系統布置于河道右岸，各建筑物進水口均不太順直。

2.3 施工條件

從施工條件分析，上下壩線僅相距85 m，其施工條件基本一樣。施工生產、生活區、場內交通主要布置在左岸。右岸建筑物高邊坡開挖高程相同，施工道路布置條件一樣。

2.4 投資估算

兩壩線正常蓄水位相同，上壩線淹沒補償費用為2.87億元，下壩線淹沒補償費用為2.87億元，費用相當。但上壩線泄洪工程和引水工程投資費用少于下壩線，上壩線工程投資比下壩線投資便宜0.15億元。

綜上所述，從地形地質條件、樞紐布置、施工條件、移民安置投資及投資估算比較，選定上壩線為推薦壩線。

3 壩型選則

對混凝土面板壩、瀝青心墻壩方案進行了同等深度的勘測設計工作，深入地研究各方案的特點以確定較優壩型。

3.1 兩壩型對地形地質條件的適應性

河谷呈“U”型，河谷底寬270 m，河床段覆蓋層最大深度為15 m左右。下伏基巖為第三系西域礫巖，基巖強風化層厚3～5 m，弱風化層厚8～10 m，巖性為第三系西域礫巖。地形地質條件對兩個壩型的比較選擇沒有制約性的因素，兩種壩型工程地質條件差別不大。

3.2 兩壩型壩軸線布置及樞紐布置

碾壓式瀝青混凝土心墻壩和混凝土面板砂礫石壩兩種壩型方案在相同的壩軸線上樞紐布置方案基本相同，在主河床布置攔河壩，在左岸布置表孔溢洪道、泄洪沖沙洞，發電引水系統布置在右岸，采用地面式廠房。兩方案不同之處在于碾壓式瀝青混凝土心墻壩方案上游圍堰與壩體結合，混凝土面板砂礫石壩方案上游圍堰與壩體未結合，泄洪沖沙洞進口引渠與上游圍堰存在交叉，需修建擋墻圍擋上游圍堰。顯然，混凝土面板砂礫石壩型方案在施工布局上更為復雜。

3.3 建筑材料及壩料制備

壩線區有豐富的筑壩材料，4個砂礫石料場，所選砂礫料儲量較豐富，開采條件好，質量可滿足壩殼料技術要求，兩種壩型所需砼骨料及砂礫料均由C4料場提供，料源豐富。心墻壩所需堿性骨料需外購、運距較遠。經兩方案壩體結構設計，確定各方案的壩體填筑量和混凝土工程量，見表1。從建筑材料和壩料的制備上，面板壩方案較優。

3.4 施工條件

兩種壩型在有效施工期內受氣候影響均較小，在施工上均不存在不可克服的技術困難，可以按進度要求進行建設。面板壩趾板斜穿右岸陡邊坡，右岸壩肩石方開挖，混凝土澆筑和基礎處理較困難。心墻壩圍堰與壩體結合可節省導流工程量。道路布置上，面板壩方案需布置3座跨趾板施工臨時鋼橋。就施工而言，兩壩型方案基本相當。

表1 不同壩型主要壩料匯總表

3.5 抗震性能

瀝青混凝土是一種粘彈塑性材料，抗疲勞性能強，變形能力強，可隨壩體一起變形而不產生裂縫，即使在強震時瀝青砼心墻產生了裂縫，但后期也可自行愈合，防滲體是安全可靠的，壩殼料透水性較大，穩定性較好。混凝土面板砂礫石壩同樣具有良好的抗震性能，壩體穩定性好。就抗震性能而言，兩壩型方案均具備良好的抗震穩定性。

3.6 工程量及工程投資

從工程量來說，瀝青心墻壩壩坡較緩，大壩主體填筑量大于面板壩。而面板壩土方開挖和石方明挖量大于瀝青心墻壩。工程總投資面板壩方案為15.33億元，瀝青心墻壩方案為15.18億元，瀝青心墻壩方案較面板壩方案低0.15億元左右。

通過對上述幾方面的比較，碾壓式瀝青混凝土心墻壩方案具有技術可靠，工程投資略優的特點，選定碾壓式瀝青混凝土心墻壩為推薦壩型。

4 結論

①因地形條件特殊，河谷呈U型，右岸有向河道凸出的基巖山脊，壩軸線可選擇的范圍不大，綜合地形地質條件、工程樞紐布置、施工條件、移民安置及投資估算而確定的上壩線為合理壩線；根據地形地質條件、工程樞紐布置、建筑材料、施工條件、抗震性能及工程量和工程投資綜合比較，本著工程經濟效益指標最優確定碾壓式瀝青混凝土心墻壩為推薦壩型；

②實例中的技術路線是相對傳統的方法，合理確定壩線及壩型有利于工程整體安全，這對于受地質條件影響突出的水利水電工程更有優勢，但比較過程中單因子特征是有礙于研究精度的。今后可展望技術路線發展，借助信息化智能化手段嘗試多因子互聯比選分析將更具優勢；

③工程方案的最終確定還會受其他因素影響，有時可能是關鍵性的。選擇壩線和壩型時需掌握地形地質、樞紐布置、施工條件等基本資料，特別要重視難以解決的工程地質和水文地質問題。