莫莫克水利枢纽工程设计方案比选

宋兴亮

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

0 前言

坝线和坝型的比选关系到枢纽工程整体的安全性，也是工程设计中至关重要的环节，经过对工程地质条件、工程布置、施工条件及总投资等方面综合分析比选确定。修建莫莫克水利枢纽以解决提孜那甫河洪水灾害及改善下游灌区春旱缺水问题，从地形地质条件、工程布置、施工条件及投资造价方面对不同坝线及坝型进行综合比较，在考虑后期枢纽布置及安全运行的同时兼顾工程建设的经济性，选出更经济合理的坝线及坝型。

1 工程概况

莫莫克水利枢纽主要承担提孜那甫河流域防洪、灌溉兼顾发电的工程任务，总库容为9 265.00万m3，正常蓄水位为1 894.00 m，死水位1 873.00 m，电站总装机容量为26.00 MW。工程由挡水坝、溢洪道、泄洪冲沙洞、发电引水系统及电站厂房等组成。坝址区基岩主要为巨厚层西域砾岩，以泥质胶结为主，局部泥钙质胶结，属极软岩，属弱～微透水层，无大的边坡稳定问题，无地震液化问题，结构密实，可作为土石坝基础，还须全断面防渗处理。

2 坝线选择

坝线的选择主要考虑地形地质条件对工程安全的影响。由于坝址地形条件特殊，河道呈“Ω”型，右岸为向河道凸出的基岩山脊，坝轴线可选择的范围不大。上、下坝线采用相同的库容、坝体结构、特征高程等控制参数，上、下坝线左岸溢洪道，右岸发电引水洞与泄洪冲沙洞，坝后发电厂房均相同。在此基础上，对两坝线同一坝型进行坝线比选。

上坝线枢纽由大坝、表孔溢洪道、泄洪冲沙洞、发电引水系统、电站厂房等建筑物组成。下坝线位于上坝线下游80 m左右的位置，枢纽由大坝、溢洪道、导流洞、泄洪冲沙洞、发电引水洞、电站厂房等建筑物组成。上下两坝线相距85 m，调节库容相同，枢纽承担的工程任务相同。交通条件基本相同，气候条件相同。对上、下坝线从地形地质条件、枢纽布置、施工条件、工程量及投资进行比较。

2.1 地形地质条件

在地形条地质件上，下坝线河谷谷底宽度较上坝线河谷谷底狭窄，但正常蓄水位对应的上坝线河谷宽度较下坝线狭窄，两坝线处河床覆盖层均为15 m左右；两坝线岩体完整性及坚硬程度基本相同；基岩透水率q<3 Lu界限埋深上坝线较下坝线浅；两坝线方案均存在右岸坝肩边坡高陡、处理工程量大且施工困难的特点；两方案其它建筑物的布置基本一致，下坝线表孔溢洪道进口引渠穿越阶地长度较长，处理难度相对较大。上坝线工程地质条件略优于下坝线。

2.2 工程布置

从工程布置上看，上坝线大坝坝长370 m，最大坝高75.00 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪冲沙洞及发电洞布置在右岸；下坝线大坝坝长437.70 m，最大坝高70.00 m，左岸布置表孔溢洪道，泄洪冲沙洞及发电洞布置在右岸。上下坝线相距较近，下坝线相对较低，但坝线较长，表孔溢洪道布置于左坝肩、泄洪冲沙洞与发电引水系统布置于河道右岸，各建筑物进水口均不太顺直。

2.3 施工条件

从施工条件分析，上下坝线仅相距85 m，其施工条件基本一样。施工生产、生活区、场内交通主要布置在左岸。右岸建筑物高边坡开挖高程相同，施工道路布置条件一样。

2.4 投资估算

两坝线正常蓄水位相同，上坝线淹没补偿费用为2.87亿元，下坝线淹没补偿费用为2.87亿元，费用相当。但上坝线泄洪工程和引水工程投资费用少于下坝线，上坝线工程投资比下坝线投资便宜0.15亿元。

综上所述，从地形地质条件、枢纽布置、施工条件、移民安置投资及投资估算比较，选定上坝线为推荐坝线。

3 坝型选则

对混凝土面板坝、沥青心墙坝方案进行了同等深度的勘测设计工作，深入地研究各方案的特点以确定较优坝型。

3.1 两坝型对地形地质条件的适应性

河谷呈“U”型，河谷底宽270 m，河床段覆盖层最大深度为15 m左右。下伏基岩为第三系西域砾岩，基岩强风化层厚3～5 m，弱风化层厚8～10 m，岩性为第三系西域砾岩。地形地质条件对两个坝型的比较选择没有制约性的因素，两种坝型工程地质条件差别不大。

3.2 两坝型坝轴线布置及枢纽布置

碾压式沥青混凝土心墙坝和混凝土面板砂砾石坝两种坝型方案在相同的坝轴线上枢纽布置方案基本相同，在主河床布置拦河坝，在左岸布置表孔溢洪道、泄洪冲沙洞，发电引水系统布置在右岸，采用地面式厂房。两方案不同之处在于碾压式沥青混凝土心墙坝方案上游围堰与坝体结合，混凝土面板砂砾石坝方案上游围堰与坝体未结合，泄洪冲沙洞进口引渠与上游围堰存在交叉，需修建挡墙围挡上游围堰。显然，混凝土面板砂砾石坝型方案在施工布局上更为复杂。

3.3 建筑材料及坝料制备

坝线区有丰富的筑坝材料，4个砂砾石料场，所选砂砾料储量较丰富，开采条件好，质量可满足坝壳料技术要求，两种坝型所需砼骨料及砂砾料均由C4料场提供，料源丰富。心墙坝所需碱性骨料需外购、运距较远。经两方案坝体结构设计，确定各方案的坝体填筑量和混凝土工程量，见表1。从建筑材料和坝料的制备上，面板坝方案较优。

3.4 施工条件

两种坝型在有效施工期内受气候影响均较小，在施工上均不存在不可克服的技术困难，可以按进度要求进行建设。面板坝趾板斜穿右岸陡边坡，右岸坝肩石方开挖，混凝土浇筑和基础处理较困难。心墙坝围堰与坝体结合可节省导流工程量。道路布置上，面板坝方案需布置3座跨趾板施工临时钢桥。就施工而言，两坝型方案基本相当。

表1 不同坝型主要坝料汇总表

3.5 抗震性能

沥青混凝土是一种粘弹塑性材料，抗疲劳性能强，变形能力强，可随坝体一起变形而不产生裂缝，即使在强震时沥青砼心墙产生了裂缝，但后期也可自行愈合，防渗体是安全可靠的，坝壳料透水性较大，稳定性较好。混凝土面板砂砾石坝同样具有良好的抗震性能，坝体稳定性好。就抗震性能而言，两坝型方案均具备良好的抗震稳定性。

3.6 工程量及工程投资

从工程量来说，沥青心墙坝坝坡较缓，大坝主体填筑量大于面板坝。而面板坝土方开挖和石方明挖量大于沥青心墙坝。工程总投资面板坝方案为15.33亿元，沥青心墙坝方案为15.18亿元，沥青心墙坝方案较面板坝方案低0.15亿元左右。

通过对上述几方面的比较，碾压式沥青混凝土心墙坝方案具有技术可靠，工程投资略优的特点，选定碾压式沥青混凝土心墙坝为推荐坝型。

4 结论

①因地形条件特殊，河谷呈U型，右岸有向河道凸出的基岩山脊，坝轴线可选择的范围不大，综合地形地质条件、工程枢纽布置、施工条件、移民安置及投资估算而确定的上坝线为合理坝线；根据地形地质条件、工程枢纽布置、建筑材料、施工条件、抗震性能及工程量和工程投资综合比较，本着工程经济效益指标最优确定碾压式沥青混凝土心墙坝为推荐坝型；

②实例中的技术路线是相对传统的方法，合理确定坝线及坝型有利于工程整体安全，这对于受地质条件影响突出的水利水电工程更有优势，但比较过程中单因子特征是有碍于研究精度的。今后可展望技术路线发展，借助信息化智能化手段尝试多因子互联比选分析将更具优势；

③工程方案的最终确定还会受其他因素影响，有时可能是关键性的。选择坝线和坝型时需掌握地形地质、枢纽布置、施工条件等基本资料，特别要重视难以解决的工程地质和水文地质问题。