布爾津山口水電站導(dǎo)流洞進(jìn)水口方案比選

王永濤

(新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

布爾津山口水電站工程位于新疆阿勒泰地區(qū)布爾津縣境內(nèi)、布爾津河干流河段出山口處，距布爾津縣約40km。樞紐工程由拱壩、泄洪表孔、泄洪深孔、岸邊式電站廠房等建筑物組成。水庫(kù)正常蓄水位646m，裝機(jī)220MW。該工程屬大(2)型Ⅱ等工程，主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)，臨時(shí)建筑物為4級(jí)。

2 施工導(dǎo)流

2.1 導(dǎo)流方式

上壩址主河道呈“V”形河谷，主河床比較狹窄，河道呈轉(zhuǎn)彎狀，便于布置導(dǎo)流洞，所以推薦方案施工導(dǎo)流采用河床一次斷流、上下游圍堰擋水、左岸導(dǎo)流隧洞全年導(dǎo)流的方式。

2.2 導(dǎo)流及度汛標(biāo)準(zhǔn)

該工程導(dǎo)流建筑物為4級(jí)，圍堰類(lèi)型為土石結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用P=10%，相應(yīng)洪峰流量為1558m3/s。根據(jù)施工總進(jìn)度安排，該工程第四年8月壩體澆筑高程將超過(guò)擋水圍堰高程，并且壩前攔洪庫(kù)容為0.215億m3。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 303—2004)相關(guān)規(guī)定，綜合分析大壩初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)、施工進(jìn)度、度汛期對(duì)施工的影響及大壩安全施工等各種因素，第五年壩體施工期臨時(shí)度汛的標(biāo)準(zhǔn)采用P=5%，相應(yīng)洪峰流量為1880m3/s。

2.3 導(dǎo)流洞設(shè)計(jì)主要特性

導(dǎo)流洞主要設(shè)計(jì)特性見(jiàn)下頁(yè)表1。

表1 導(dǎo)流洞主要設(shè)計(jì)特性

3 導(dǎo)流洞進(jìn)水口設(shè)計(jì)方案

3.1 導(dǎo)流洞進(jìn)口地質(zhì)條件

進(jìn)口邊坡走向60°，坡高約200m，坡度40°～50°，發(fā)育有Ⅱ級(jí)階地。礫石層厚2～5m，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，上覆3～9m的崩坡積碎塊石土層，結(jié)構(gòu)松散，后緣岸坡陡立。高程590～610m以上基巖裸露，巖性為黑云母斜長(zhǎng)片麻巖，片理產(chǎn)狀330°～340°NE∠40°～50°。右岸邊坡基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度2.6～4.4m，Vp≤2500m/s;弱風(fēng)化層厚度7～8.5m，Vp=3000～4000m/s;微風(fēng)化至新鮮基巖，縱波速度Vp≥4000m/s，片理走向與洞臉邊坡交角約60°。該段無(wú)斷層通過(guò)，裂隙除層面片理發(fā)育外，主要發(fā)育有NE、NNW向兩組裂隙，對(duì)洞臉邊坡不利，須采取錨固措施。

引水明渠(0－065～0－030)段渠身處于崩坡積碎塊石土及砂卵礫石中，渠底處于基巖內(nèi)，挖深0～17m，建議覆蓋層開(kāi)挖邊坡取1∶1.5～1∶2.0;基巖開(kāi)挖邊坡取1∶0.3～1∶0.5，渠底及渠道邊坡應(yīng)采取防沖刷措施，引渠左右邊坡需考慮必要的支護(hù)措施;0－023～0+000m段建議岸塔閘井基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上，允許承載力建議取3.0MPa，該段挖深20～36m，建議基巖及洞臉開(kāi)挖邊坡取1∶0.3～1∶0.5，并采取必要的支護(hù)措施;WY3號(hào)危巖體位于導(dǎo)流洞進(jìn)口左側(cè)上方640～690m高程處，由于斷層的影響，巖體向下游沖溝內(nèi)傾倒變形，形成危巖，方量約2000m3。WY3號(hào)危巖體危及進(jìn)口安全，須削坡處理，建議閘井基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上，允許承載力建議取5.0MPa。該段挖深15～26m。

3.2 導(dǎo)流洞進(jìn)水口方案比選

導(dǎo)流洞由進(jìn)口引渠段、進(jìn)水口段、洞身段和出口明渠段組成，屬于臨時(shí)建筑物，后期封堵后廢棄?？裳须A段對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)水口的方案進(jìn)行了岸塔式進(jìn)水口、岸坡式進(jìn)水口和豎井式進(jìn)水口的比選，目的是在確保安全的前提下，優(yōu)選出工程量更小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的合理方案。

3.2.1 岸塔式進(jìn)水口

岸塔式進(jìn)水口布置在樁號(hào)0－013.00～0+000.00處，由喇叭式進(jìn)水口、閘室、封閉直立式閘井、閘井啟閉機(jī)平臺(tái)等組成，閘井啟閉機(jī)平臺(tái)與岸坡施工道路連接(見(jiàn)圖1)。閘室設(shè)封堵鋼閘門(mén)一道，孔口尺寸9.5m×10m。綜合導(dǎo)流洞進(jìn)出口河床高程和截流難度要求等因素，閘井底板高程570m，閘井平臺(tái)頂高程604m。閘井段長(zhǎng)13m。

岸塔式進(jìn)水口建筑物整體穩(wěn)定性較好，靠自重關(guān)閉閘門(mén)，也避免了封堵期出現(xiàn)明洞段承受高水頭的問(wèn)題，但建筑物結(jié)構(gòu)及施工比較復(fù)雜，工期較長(zhǎng)。

圖1 岸塔式進(jìn)水口結(jié)構(gòu)

3.2.2 岸坡式進(jìn)水口

岸坡式進(jìn)水口是將控制塔斜靠在洞口巖坡上的進(jìn)口建筑物，由于塔身及閘門(mén)軌道斜靠在巖坡上，滿(mǎn)足穩(wěn)定要求，對(duì)岸坡也起一定的支撐作用，施工、安裝及維修較方便，但是由于閘門(mén)斜放，面積較大，不僅啟閉力大，且難以靠自重下降，并且岸坡式進(jìn)水口對(duì)岸坡的地質(zhì)條件要求較高，地質(zhì)條件不好將嚴(yán)重影響到導(dǎo)流洞的下閘封堵從而致使整個(gè)工程的施工進(jìn)度滯后。

岸坡式進(jìn)水口布置在樁號(hào)0－002.00～0+014.00處，由喇叭式進(jìn)水口、閘室、斜坡式閘門(mén)槽及牛腿式啟閉機(jī)平臺(tái)等組成。閘室設(shè)封堵鋼閘門(mén)一道，孔口尺寸9.5m×12.5m，進(jìn)水口底板高程570m，啟閉機(jī)平臺(tái)頂高程604m，閘門(mén)槽斜度為75°，閘室長(zhǎng)16m、寬15.5m，閘室上游與喇叭式進(jìn)水口漸變連接，下游與洞身直接連接，不設(shè)漸變段。詳見(jiàn)圖2。

圖2 岸坡式進(jìn)水口結(jié)構(gòu)

3.2.3 豎井式進(jìn)水口

豎井式是在進(jìn)口附近的巖層中開(kāi)鑿豎井，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，不受風(fēng)浪、冰凍影響。

豎井式進(jìn)水口布置在樁號(hào)0+020.00～0+035.00處，由喇叭式進(jìn)水口、閘室、豎井井身及閘井啟閉機(jī)平臺(tái)等組成。閘室設(shè)封堵鋼閘門(mén)一道，孔口尺寸9.5m×10m，進(jìn)水口底板高程570m，啟閉機(jī)平臺(tái)頂高程604m，閘室長(zhǎng)15m，樁號(hào)0+020.0～0+025.2與樁號(hào)0+032.8～0+035.0段寬11.5m、樁號(hào)0+025.2～0+032.8段寬14.9m。閘室上游與喇叭式進(jìn)水口漸變連接，下游與洞身直接連接，不設(shè)漸變段。詳見(jiàn)圖3。

圖3 豎井式進(jìn)水口結(jié)構(gòu)

3.3 方案比選

上述三種方案工程特性及工程量比較見(jiàn)表2。

表2 主要工程特性及工程量比較

續(xù)表

根據(jù)導(dǎo)流洞進(jìn)水口的型式進(jìn)行對(duì)比分析:從土建投資上比較，岸坡式進(jìn)水口投資最低，岸塔式投資相對(duì)較高。從布置及地質(zhì)上比較，岸塔式進(jìn)水口及豎井式進(jìn)水口均滿(mǎn)足要求;而岸坡式進(jìn)水口根據(jù)地質(zhì)描述，約80%部位處于強(qiáng)風(fēng)化地基層上，巖石不完整，穩(wěn)定性差，出現(xiàn)滑坡或閘門(mén)槽變形的概率較大，一旦發(fā)生基礎(chǔ)不穩(wěn)定的情況，閘門(mén)很容易被閘門(mén)槽卡住，無(wú)法下閘，而要想達(dá)到最優(yōu)地基條件，需使導(dǎo)流洞進(jìn)口往下游移約10m左右，這樣還需增加5000m3的石方開(kāi)挖，增加投資約22.5萬(wàn)元，反而不經(jīng)濟(jì)。從施工方案上比較，岸塔式進(jìn)水口施工過(guò)程中物資運(yùn)輸及施工均可由6號(hào)路承擔(dān)，岸坡式進(jìn)水口與豎井式進(jìn)水口均需要修建一條道路與6號(hào)道路連接，才能滿(mǎn)足施工要求，由于導(dǎo)流洞底板高程為570m，而啟閉機(jī)平臺(tái)高程為604m，高差達(dá)34m，并且受場(chǎng)地及地形的限制，新建道路造價(jià)約為115萬(wàn)元;岸坡式進(jìn)水口由于閘門(mén)槽角度為75°，閘門(mén)尺寸為9.5m×12.5m，因此還需在金屬結(jié)構(gòu)投資上增加40萬(wàn)元左右。

4 結(jié)論

根據(jù)以上比較可以看出:豎井式進(jìn)水口在經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)和結(jié)構(gòu)條件方面均是最優(yōu)的，但為了滿(mǎn)足施工需要修建的道路造價(jià)太高，并且受地形的影響，道路的施工難度較大;岸塔式進(jìn)水口雖然土建造價(jià)最高，但結(jié)合地質(zhì)條件與施工條件綜合分析比選后，選取岸塔式進(jìn)水口為最優(yōu)方案?！?/p>