玉龙喀什水利枢纽工程枢纽布置比选设计

陈 刚

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

玉龙喀什水利枢纽工程位于和田河支流玉龙喀什河中游河段上，是玉龙喀什河山区河段的控制性水利枢纽工程。本工程水库总库容5.36亿m3，电站装机200 MW，最大坝高230.5 m，为Ⅱ等大（2）型工程。

2 枢纽建筑物布置比选

2.1 泄水建筑物的任务及运行要求

本工程拦河大坝为1级建筑物，采用混凝土面板堆石坝，泄洪建筑物为2级建筑物，设计洪水标准为500年一遇，相应洪峰流量为2122 m3/s，校核洪水标准为5000年一遇，相应洪峰流量为2669 m3/s。为确保工程安全，泄水建筑物须满足下面的运用要求[1]：

1）由于本工程最大坝高230.5 m，泄水建筑物按表孔、中孔、深孔三层进行不同高程布置，使泄水建筑物在水库运行调度中达到高水高泄、低水低泄、操作灵活、安全可靠。

2）深孔不参与泄洪，仅在低水位时进行泄量控制，承担水库及发电洞进口“门前清”排沙、施工期导流洞封堵、度汛、下游供水、水库放空任务。

3）在泄量分配上，由于表孔闸门具有操作灵活、安全可靠的特点，在设计（或校核）洪水位时以表孔为主，其泄量应占总下泄量的 1/2～2/3。

2.2 枢纽建筑物布置比选方案拟定

根据本工程的地形、地质条件，河道为“S”型弯道，右岸为凸岸，泄水建筑物宜布置在右岸。考虑工程的总体布置格局，大坝布置在凸岸下游河道顺直段，电站厂房布置在坝后左岸古河槽阶地。此段河道长度约1070 m，坝体长约886 m，大坝占此段河道的83%，剩余河段长度只有约184 m，弯道以下河段右岸为顺向坡，不利于泄洪建筑物的出口布置及运行安全，受此条件限制，右岸泄洪系统布置相对唯一。

考虑泄洪建筑物泄洪时对电站厂房运行安全造成影响，将厂房布置在消能区下游侧。厂房布置于河道左岸，为减少泥沙影响，实现发电引水洞“门前清”，具有冲沙功能的泄水隧洞也必须布置在左岸[4]。综合以上因素，左岸布置发电引水系统及具有冲沙功能的泄水隧洞，右岸布置泄洪及导流建筑物。

根据本工程任务，深孔在死水位时须满足下放生态用水480 m3/s的要求，且具备后期水库排沙运行时下泄2年一遇洪水676 m3/s的能力，同时考虑发电洞进口“门前清”排沙作用。

本工程最高水位时，坝前最大水头达207 m，根据目前国内弧形闸门设计及制造水平，考虑到水库运行的灵活性及闸门部件（支铰轴承）受选型限制，轴承最大承载能力为88000 kN，因此工作闸门挡水面积不能大于24 m2，这已是闸门钢梁最大承载能力的极限，经复核在死水位时此面积对应孔口尺寸不能满足生态供水及下泄2年一遇洪水要求，受以上条件限制，在满足生态供水及2年一遇洪水时需两条深孔。

因此在满足工程任务及功能的原则下，根据本工程坝址区地形、地质特点，泄洪及发电引水建筑物主要有：表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1#深孔放水冲沙洞、2#深孔放水冲沙洞、发电引水洞组成。

（1）左岸引泄水建筑物布置

从坝址左岸地形条件看，高陡边坡不利于泄水建筑物进口集中布置，同时左岸为凹岸泄水建筑物布置洞线较长，且不利于泄水建筑物出口消能布置。因此1#深孔放水冲沙洞与发电引水洞紧邻布置在左岸，将2#深孔放水冲沙洞布置在右岸。

（2）右岸泄水建筑物布置

根据地形特点，坝址右岸为凸岸，利用此地形将泄洪建筑物布置右岸较为顺直且洞长较短，从安全考虑，泄洪建筑物均采用明流隧洞。

坝址右岸岸坡2100 m高程以上岸坡高陡，岸坡坡度为60°～80°，泄洪建筑物通过部位最大山体高程约2300 m，若选择采用开敞式溢洪道则开挖方量和边坡高度均较大，同时岩体片理发育，坝址区发育两组节理对边坡稳定影响较大，因此表孔采用开敞式进口溢洪洞[1]。

本工程洪水规模不大，1#、2#深孔放水冲沙洞不参与泄洪，而表孔堰顶高程较高，故需设置中孔泄洪洞，以满足宣泄洪水的需要。

根据地形、地质条件、电站厂房平面位置，将1#深孔泄洪冲沙洞出口分别布置在电站厂房上、下游；出口布置在电站厂房上游侧时，受地形限制洞身需设置弯道段，由于明流洞水流高速转弯的安全风险极大，故采用有压洞布置型式[2,3]；出口布置在电站厂房下游侧时，不受地形限制，洞线顺直，故采用无压洞布置型式。因此枢纽布置方案比选主要针对1#深孔放水冲沙洞采用有压洞和无压洞布置方案进行技术经济综合比选，拟定以下两个枢纽布置方案。

方案一：左岸由内向外依次布置1#深孔放水冲沙洞（有压洞）、发电引水洞。右岸由内向外依次布置2#深孔放水冲沙洞、中孔泄洪洞、表孔溢洪洞、导流洞。

方案二：左岸由内向外依次布置1#深孔放水冲沙洞（无压洞）、发电引水洞。右岸由内向外依次布置2#深孔放水冲沙洞、中孔泄洪洞、表孔溢洪洞、导流洞。

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坝肩中孔泄洪洞的右侧，采用开敞式进水口。设计洪水位时下泄流量为1073.45 m3/s，校核洪水位时下泄流量为1216.44 m3/s。控制段采用WES堰，堰宽13 m，堰顶高程2158 m，堰顶设工作弧形闸门一道，工作闸门前设平板检修闸门一道。洞身断面为b×h=9 m×12 m城门洞型，洞长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坝肩，位于表孔溢洪洞与2#深孔放水冲沙洞之间，采用有压和无压组合的泄流方式。设计洪水位时下泄流量为957.09 m3/s，校核洪水位时下泄流量为983.65 m3/s。引渠底板高程2090 m，盲洞段断面为D=8 m的圆形断面。闸井段底板高程2090 m，闸井内设一道事故检修门和一道弧形工作门。洞身段长528 m，洞身断面为b×h=7 m×8.5 m城门洞型，出口采用挑流消能方式。

3）1#深孔放水冲沙洞（有压洞）

1#深孔放水冲沙洞布置在枢纽左岸，发电引水洞右侧，进口底板高程2040 m，低于发电洞底板高程23 m，以便形成排沙漏斗。采用有压泄流方式，由引渠段、进口有压段、进口闸井段、有压洞身段、工作门井段、无压洞身段和出口泄槽段、消能段组成。引渠段底板高程为2040 m，盲洞段为D=8 m的圆形断面，进口闸井段底板高程2040 m，闸井内设一道检修门和一道事故门，孔口尺寸分别为b×h=5 m×7 m和b×h=5 m×6 m。有压洞身段长610 m，洞径D=5.2 m圆型断面，工作闸门底板高程2039 m，采用弧形工作门，孔口尺寸b×h=4 m×4.5 m。受地形条件限制，工作门闸井做成为竖井式，镶嵌在山体内。无压洞身段长363 m，城门洞型b×h=6.6 m×6.1 m，纵坡i=1/10。出口泄槽段长15 m，纵坡为i=1/10，采用整体式结构。出口采用挑流消能方式。

4）2#深孔放水冲沙洞

2#深孔放水冲沙洞位于右坝肩，采用有压和无压组合的泄流方式。死水位时下泄流量为405 m3/s。引渠底板高程2060 m，有压洞段长102 m，圆形断面直径D=7 m。闸井段底板高程2060 m，闸井内设一道事故门，后设一道弧形工作门。洞身段长541 m，洞身断面为b×h=5.5 m×6.5 m城门洞形，出口采用挑流消能方式。

图1 枢纽布置比选方案一布置图

5）发电引水系统

发电引水系统布置在左岸，采用一洞四机联合供水的布置型式，长约1.22 km。引水渠底板高程2063 m，进口闸井为岸塔式结构，闸井底板高程2063 m，设4孔拦污栅，4孔叠梁门，设一道平板事故门。低压引水洞段长636 m，圆形断面直径D=8 m，采用钢板内衬，外部回填C25混凝土。调压井位于低压引水洞末端，为阻抗式。高压管道段采用钢板衬砌，内径6.6 m，外部回填C25混凝土，厚70 cm。出口明管段内径6.6 m，通过“卜”形月牙肋岔管分为4个支管，与厂房机组相接。

2.4 方案二建筑物布置

枢纽泄水建筑物（表孔溢洪洞、中孔泄洪洞）、2#深孔放水冲沙洞及发电引水系统布置同方案一。

（1）1#深孔放水冲沙洞

引渠段，宽13 m，长106.6 m。进口有压洞段长129 m，纵坡i=0。洞身段断面为D=7 m的圆形断面。进口闸井段长47.4 m，宽14 m，闸井底板高程2040 m，闸井内设一道检修门和一道事故门，孔口尺寸分别为 b×h=4 m×7 m 和 b×h=4 m×6 m，事故门后设一道弧形工作门，孔口尺寸b×h=3.5 m×4 m。无压洞身段长962 m，洞身断面为b×h=5 m×6.5 m城门洞形。出口采用挑流消能方式。

图2 枢纽布置比选方案二布置图

2.5 枢纽布置方案比选

枢纽布置比选主要针对1#深孔泄洪洞进行综合比较，各方案枢纽布置比选见表1。

表1 各方案枢纽布置比选对比表

通过以上综合比较可看出：

1）两个方案地形、地质条件基本相同。

2）从建筑物布置条件来看，两方案枢纽总体布置格局基本相同。1#深孔放水冲沙洞进口布置及底板高程均相同，方案一受地形限制洞身需设置弯道段，采用有压洞布置形式，出口消能位于电站上游，洞线较短。考虑大坝下游弯道以下河段右岸均为顺向坡，各泄洪建筑物出口集中消能，有利于出口右岸消能防护措施统一布置。方案二不受地形限制，采用无压洞布置形式，洞线顺直，出口位于电站下游，洞线长度大于方案一。

3）从场地布置条件及交通布置条件方面考虑，两方案施工条件基本相当，方案一略优。

4）从投资来看，通过建筑物直接费比较方案一投资较小，方案一较方案二少1662.3万元。

综合以上比较，从工程施工、运行、安全方面考虑，方案一优于方案二；从工程投资比较，方案一较方案二少1662.3万元；因此拟定方案一为推荐方案。

3 结语

玉龙喀什水利枢纽工程坝址河谷狭窄，结合窄深河槽两岸不对称的地形条件及厂址布置条件，枢纽布置格局相对唯一。在枢纽布置比选时，通过对地形、地质及洪水等基础资料的分析，考虑到建筑物运行要求，拟定两个方案进行比选。最终选定的枢纽布置方案，避开了不良地质构造，建筑物可满足功能要求，并确保了工程运行安全，且投资较省，较为合理。

[1]SL 228-2013，混凝土面板堆石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013.

[2]SL 279-2016，水工隧洞设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2016.

[3]刘志明、温续余，水工设计手册：泄水与过坝建筑物（第二版第7卷）[M].北京：中国水利水电出版社，2014.

[4]王仁坤、张春生，水工设计手册：水电站建筑物（第二版第8卷）[M].北京：中国水利水电出版社，2013.