月潭水庫工程壩型方案的比較與選擇

(黃山市水電勘測設(shè)計(jì)院，安徽 黃山 245000)

1 概 述

安徽省黃山市月潭水庫工程是國務(wù)院第48次常務(wù)會(huì)議確定的近兩年和“十三五”期間分步建設(shè)納入規(guī)劃的172項(xiàng)重大水利工程之一。建成后，可有效調(diào)控洪水，削減洪峰，與下游堤防及河道整治工程相結(jié)合，將黃山市中心城區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)從25年一遇提高到100年一遇，可為黃山市城鄉(xiāng)生活工業(yè)用水及其下游灌區(qū)提供可靠的水源，可合理利用水力資源，向當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)提供清潔能源。本文主要通過對(duì)擬定的混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩兩種方案從投資、工程布置、安全性、施工條件及工期、環(huán)境影響等方面進(jìn)行綜合分析和比較，最終確定合理的壩型。

2 工程概況

月潭水庫地處新安江主源率水河中上游，壩址位于黃山市休寧縣海陽鎮(zhèn)首村下琳溪組下游約500m處。距休寧縣城18.50km，距黃山市區(qū)29km。水庫控制流域面積908km2，多年平均流量35.40m3/s，多年平均徑流量為11.10億m3。月潭水庫主體工程由混凝土重力壩擋水壩段、泄水壩段、發(fā)電引水壩段、生態(tài)放水管、魚道等組成。水庫正常蓄水位為165.00m，電站裝機(jī)2臺(tái)10MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，總庫容1.57億m3。月潭水庫是一座以防洪為主，結(jié)合城鎮(zhèn)供水和發(fā)電，兼顧灌溉的Ⅱ等、大(2)型綜合水利樞紐工程。

3 壩型的選定

壩軸線處河床底寬約100m，左側(cè)灘地寬約25m，按40m壩高計(jì)，壩頂直線長度220m左右，壩址河谷寬高比為5.50。壩址基巖主要巖性為千枚狀粉砂巖及粉砂質(zhì)絹云母千枚巖，局部夾強(qiáng)度相對(duì)較低的絹云母綠泥千枚巖，壩基巖性不均一，巖層走向與河流方向交角較大，以陡傾角傾下游偏右岸，新鮮的粉砂質(zhì)絹云母千枚巖飽和抗壓強(qiáng)度30～32MPa，變形模量6～7GPa，強(qiáng)度中等偏軟，變形模量大，地質(zhì)條件亦不宜修建拱壩。壩址區(qū)附近土料分布零散，缺乏土料料源，下游5km處月潭村率水河右岸山坡巖性主要為石英砂巖和硅質(zhì)礫巖，可作為堆石壩主堆石區(qū)料源；當(dāng)?shù)夭牧蠅涡涂煽紤]混凝土面板堆石壩。故月潭水庫攔河壩壩型選取混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩進(jìn)行比選。

3.1 混凝土重力壩

壩型為混凝土重力壩方案時(shí)，壩頂高程173.60m。最大壩高36.60m，壩頂長214m，壩頂寬7m。大壩上游面直立，下游坡1∶0.8，非溢流段最大壩基厚度29.28m。下游面在156.50m高程設(shè)置寬1.50m的巡視馬道。距壩軸線下游3m壩體內(nèi)設(shè)置灌漿廊道，底高程140.00m，城門洞形斷面，尺寸為3m×3.5m(寬×高)。壩體大體積混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C15，壩基墊層1.0m及上游面2.0m厚度采用C20混凝土，廊道周邊1.0m厚度、溢流堰面、閘墩等過流面采用C25混凝土。壩體結(jié)構(gòu)見圖1。

泄洪建筑物采用3底孔+4中孔+2表孔的間隔布置方案，布置3個(gè)有壓泄水底孔，進(jìn)口底板高程144.80m，尺寸6m×6m(寬×高)。泄洪中孔布置為4孔，堰頂高程平汛限水位160.50m，孔口尺寸8m×6m(寬×高)。泄洪表孔布置為2孔，堰頂高程平正常蓄水位165.0m。下游消能采用底流消能，消力池底高程134.50m，凈寬87m，池長100m，尾坎與下游河床平。1000年一遇校核洪水位172.10m情況下，泄洪建筑物最大下泄流量4226m3/s。

引水發(fā)電系統(tǒng)采用左岸壩后式廠房型式，發(fā)電引水管道布置于泄洪底孔左側(cè)壩塊，為2孔直徑4.50m的壩內(nèi)埋管，進(jìn)口底板高程為147.00m，事故檢修閘門井和攔污柵布置于壩頂?shù)纳嫌蝹?cè)。發(fā)電廠房及升壓開關(guān)站位于壩后，根據(jù)進(jìn)廠交通要求，安裝間布置于廠房的右側(cè)，副廠房和升壓開關(guān)站布置于廠房與壩體之間。

3.2 面板堆石壩

壩型為面板堆石壩方案時(shí)，壩頂高程172.50m，最大壩高36.70m，最大壩基寬111.20m，壩頂長188m，壩頂寬7m?；炷撩姘鍓紊舷掠芜吰?∶1.4，上游鋼筋混凝土面板厚度0.40m。上游面在趾板上設(shè)6m高的黏土防滲體，防滲體頂寬3m，上游坡1∶2，防滲體上游側(cè)采用任意料防護(hù)，防護(hù)體頂寬2m，上游坡1∶3。下游面在160.20m和151.20m高程設(shè)置寬2m馬道，145.00m高程設(shè)置寬5m馬道，145.00m高程以下下游坡1∶1.5。面板堆石壩墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)采用月潭料場的石英砂巖或硅質(zhì)礫巖。在下游144.00m高程以上設(shè)置次堆石區(qū)，次堆石區(qū)利用溢洪道開挖新鮮千枚巖或千枚狀粉砂巖料。壩體結(jié)構(gòu)見圖2。

泄洪建筑物利用左岸山體開挖溢洪道。左岸溢洪道布置5孔，每孔凈寬15m，采用寬頂堰型式，布置弧門控制。溢洪道底板高程為156.00m，閘門頂高程172.00m，控制段后泄槽寬85m，底坡為1∶4，尾部設(shè)60m長消力池，池底高程141.50m，池寬85m，尾坎高4.50m。2000年一遇校核洪水位171.90m情況下，溢洪道最大下泄流量5036m3/s。

引水發(fā)電系統(tǒng)采用隧洞引水式布置，發(fā)電引水隧洞布置于右岸山體內(nèi)，利用導(dǎo)流隧洞改建而成。岸塔式進(jìn)水口設(shè)置雙層過流通道，下層通道考慮導(dǎo)流需要，底高程為142.00m，上層發(fā)電進(jìn)水口底高程150.00m，后期封堵下層通道形成發(fā)電隧洞進(jìn)水口。洞身段采用城門洞形斷面，斷面尺寸8.0m×9.0m(寬×高)，總長339.24m。廠房布置在右岸山體后水口村，采用地面式廠房，升壓開關(guān)站布置在安裝間上游側(cè)。大壩下游500m處布置跨河交通橋。

4 壩型的比較與選擇

4.1 工程量及投資對(duì)比

根據(jù)兩種壩型的樞紐建筑物布置和結(jié)構(gòu)尺寸，分別進(jìn)行工程量和投資計(jì)算。各壩型主要工程量及投資對(duì)比詳見表1。

表1 混凝土重力壩與面板堆石壩方案主要工程量及可比投資對(duì)比

從兩種壩型方案的可比投資看，重力壩方案為29183萬元，面板堆石壩方案為38771萬元，比重力壩方案投資多9588萬元，重力壩壩型在投資上明顯優(yōu)于面板堆石壩。

4.2 工程總體布置對(duì)比

從工程總體布置上看，重力壩方案采用表孔、中孔以及底孔泄洪，泄洪可由壩身自身解決，表孔、中孔及底孔間隔布置在河流主河道，水流平順，消能型式布置靈活。面板壩方案壩身無法布置泄洪設(shè)施，需在左岸開挖岸邊式溢洪道。重力壩方案可將引水道置于壩身，廠房置于壩后，直接從原左岸公路進(jìn)廠，交通方便，建筑物布置緊湊，運(yùn)行管理方便。面板堆石壩方案發(fā)電引水系統(tǒng)采用右岸隧洞引水式布置，溢洪道與發(fā)電引水系統(tǒng)分布兩岸，還需在下游修建跨河交通橋，總體布置較為分散，運(yùn)行管理不便。重力壩方案工程總體布置較合理。

4.3 工程安全性能對(duì)比

從建筑物安全性看，混凝土重力壩安全性高，在我國建成的重力壩較多，具有較豐富的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，不存在重大的技術(shù)難題。面板堆石壩安全性較混凝土重力壩低，尤其采用軟巖料填筑，壩體易產(chǎn)生不均勻沉降，引起混凝土面板斷裂，更降低面板壩的安全度。

4.4 施工條件及工期對(duì)比

從工程施工條件看，重力壩方案施工的靈活性大，風(fēng)險(xiǎn)性小。重力壩方案可以利用泄洪底孔分期導(dǎo)流，施工導(dǎo)流分兩期，一期右岸老河床導(dǎo)流，進(jìn)行縱向混凝土圍堰及發(fā)電廠房基礎(chǔ)開挖施工；后階段利用上下游橫向土石圍堰及縱向混凝土圍堰束窄河道，明渠導(dǎo)流，進(jìn)行溢流壩段主體結(jié)構(gòu)工程施工，為后期底孔導(dǎo)流做準(zhǔn)備。二期利用底孔導(dǎo)流，進(jìn)行廠房壩段及發(fā)電廠房主體結(jié)構(gòu)工程施工，直至全部導(dǎo)流底孔下閘蓄水。

面板堆石壩方案施工導(dǎo)流需增設(shè)右岸導(dǎo)流隧洞，工程施工全過程均需導(dǎo)流隧洞導(dǎo)流，并后期改建為發(fā)電引水隧洞。施工度汛導(dǎo)流方面重力壩壩型比面板堆石壩壩型優(yōu)越得多。面板堆石壩方案壩體填筑量大，施工時(shí)有一定干擾，對(duì)施工組織和施工技術(shù)水平要求較高。溢洪道開挖邊坡高達(dá)60多米，處理難度大。隧洞洞徑較大，位于千枚狀粉砂巖與粉砂質(zhì)絹云千枚巖互層巖層內(nèi)，均為Ⅲ～Ⅳ類圍巖，開挖難度較大、風(fēng)險(xiǎn)較高。重力壩壩型施工安全性比面板堆石壩壩型優(yōu)越。

從工期看，重力壩利用主河道和壩身底孔分期導(dǎo)流，主體工程施工工期30個(gè)月。面板堆石壩方案采用導(dǎo)流洞導(dǎo)流，導(dǎo)流洞完成后需改建為發(fā)電洞，再進(jìn)行廠房的施工，主體工程施工工期約36個(gè)月。

4.5 環(huán)境影響對(duì)比

從對(duì)環(huán)境影響程度看，重力壩方案壩基開挖棄渣量小，粗骨料從石料場外購，砂料采用庫區(qū)內(nèi)料場河砂，對(duì)工程區(qū)環(huán)境影響較小。面板堆石壩方案溢洪道開挖棄渣達(dá)120萬m3，主堆石料32.60萬m3需從下游5km的料場開采，對(duì)環(huán)境影響較大。故重力壩方案對(duì)環(huán)境的影響較小。

5 結(jié) 論

通過對(duì)月潭水庫工程量及投資、工程總體布置、工程安全性能、施工條件及工期、環(huán)境影響的對(duì)比分析，混凝土重力壩方案和面板堆石壩方案具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。

混凝土重力壩方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：工程投資較??；總體布置緊湊，泄水建筑物布置及運(yùn)用靈活，運(yùn)行管理方便；施工工期較短；對(duì)工程區(qū)環(huán)境影響小。

面板堆石壩方案具有如下缺點(diǎn)：工程投資較大；樞紐下泄流量大，泄洪建筑物布置較重力壩協(xié)調(diào)性差；壩體填筑量大，填筑強(qiáng)度高，施工時(shí)有一定干擾，因此，對(duì)施工組織和施工技術(shù)水平要求較高；運(yùn)行管理不便，施工工期較長；對(duì)工程區(qū)環(huán)境影響較大。

通過上述各方面比較，混凝土重力壩明顯優(yōu)于面板堆石壩，因此，月潭水庫最終選定混凝土重力壩。