北疆SK水利枢纽厂址布置选择

王天伟 牛文娟

（新疆水利水电勘测设计研究院 新疆乌鲁木齐 830000）

1 基本概况

SK水利枢纽工程水库总库容2.22亿m3，电站总装机容量220MW。工程等别为二等，属大（2）型工程。引水及发电系统在本工程中起重要作用，工程等别由装机容量决定，发电引水建筑物和水电站厂房为3级建筑物。

2 厂址布置方案

2.1 坝后厂房方案

枢纽由砼双曲拱坝、坝后滑雪道式溢洪道、中孔泄槽、坝后引水背管及电站厂房等建筑物组成。

在坝后河床布置电站厂房，引水系统采用坝后背管型式，单管单机布置。安装间设在厂房右侧，以利交通；副厂房和主变场设在厂坝之间。

在右岸进场干线道路上分别布置2条场内交通隧洞进厂和上坝。

坝后式发电厂房位于拱坝轴线下游44～80m主河床段，厂房纵轴线方向230°。

该段河床砂卵砾石厚度 2.69m，两岸坡脚覆盖1～7m的崩坡积碎块石土，结构松散，后缘岸坡陡立。高程585～595m以上基岩裸露，岩性为厚层－巨厚层状灰白色二长片麻岩（D2a-2），片理产状310°～320°NE∠40°～50°，基岩强风化层厚度 1.5～2m，弱风化层水平深度7～8m，Vp=3000～3800m/s；微风化至新鲜基岩，纵波速度Vp≥4000m/s。

厂房基础置于微－新鲜基岩上，岩体完整，地基允许承载力建议取 5MPa，厂房基础开挖深度13～30m，无影响边坡整体稳定的不利结构面。

厂房左右岸边坡总体为岩质边坡，边坡结构为斜向坡，自然边坡整体稳定，但由于厂房两侧布置有滑雪道式溢洪道，左岸溢洪道左侧边坡开挖涉及近100m高的人工边坡稳定问题，同时边坡发育有f104、f105、f106及BT5、BT6崩塌体，与NNE向卸荷裂隙组合易形成新的崩塌体，人工高边坡稳定问题突出。

发电厂房为坝后式厂房，厂房由主厂房、副厂房、主变平台、尾水渠、及进厂交通洞等组成。主厂房，位于坝后左右两侧溢洪道之间，由3个机组段和1个安装间段组成，电站主副厂房布置于主河床坝段后的坝后，在厂坝间布置副厂房及主变间。压器室及开关站。户内式开关站布置在副厂房内；厂房尾水经整治可顺畅投入原河道。

厂区周边边坡底部设排水沟，对厂区开挖边坡进行喷锚支护，厂房四周均有交通、消防通道。进厂公路及交通洞布置在原河床右岸，可直接进入至安装间。进厂公路及交通洞布置在原河床右岸。

2.2 右岸引水发电岸边厂房方案

枢纽由砼拱坝、发电引水洞、电站厂房等建筑物组成，坝身布置泄洪表孔和深孔。砼拱坝坝线位于上1坝线，采用常态砼双曲拱坝。发电引水洞布置在右岸，1管4机型式、平面转弯布置，进水口为岸塔式。地面厂房位于3#沟出口处，顺沟向布置，厂址地面高程580～600m，边坡坡度10°～20°，地形较为平缓开阔。采用该厂址引水系统需配备调压井一座。

厂房基础开挖深度25～30m，基础置于微－新鲜基岩上，岩体完整，地基允许承载力建议取5Mpa。厂房后边坡为岩质边坡，边坡结构为斜向坡，自然边坡整体稳定，但后边坡开挖涉及近37m高的人工边坡稳定问题，由于岩体风化、卸荷切割等影响，存在人工边坡稳定问题。厂房基础低于河水位，施工时可能存在沿裂隙面的涌水问题。厂房位于3#沟出口处，需考虑汛期冲沟洪水、泥石流等对厂房安全的影响。

由于厂房位于3号冲沟出口处，在3号冲沟厂房上游设置一挡水坝，并在沟右岸布置一条引水隧洞至4号冲沟出口，长约170m，将3号冲沟洪水从4号冲沟导出。厂房为3级建筑物，挡水坝和排水隧洞为4级建筑物，防洪建筑物的洪水设计标准为20年设计，50年校核。冲沟洪水频率为5%时，洪水流量为10.28m3/s，洪水频率为2%时，洪水流量为15.55m3/s，故初步确定挡水坝坝高为5m，坝顶宽度为 3m，排水隧洞型式为城门洞型，洞径为2.5×3m。

2.3 右岸引水发电地下厂房方案

枢纽由砼拱坝、发电引水洞、地下厂房系统等建筑物组成，坝身布置泄洪表孔和深孔。

发电引水洞布置在右岸，2管4机型式、平面转弯布置，进水口为岸塔式。

发电引水系统及电站厂房位于右岸坝肩下游山体内，厂房洞室群由主副厂房洞室、主变和GIS洞室、尾水洞、出线洞、交通排风洞等组成。

地下厂房洞室群位于坝后右岸岸里 100～250m处，埋深85～150m，基岩为厚层－巨厚层状灰白色二长麻岩（D2a-2），层面及片理产状 310°～330°NE∠40°～50°，裂隙除层面片理发育外，主要发育有NE、NW向两组裂隙，①顺河向陡倾角，产状30～40゜NW或SE∠60～80°，延伸长一般3～15m，裂隙切割深5～8m，②300～320゜SW∠35～40°，延伸长一般3～8m。区域现代构造应力场为较稳定的受北北东向水平挤压力作用的地壳应力场，最大主压应力方向基本与区域北西向主构造线走向斜交。地下厂房洞室群位于微－新鲜基岩上，岩体完整，洞室围岩分类为Ⅱ类，K0=4000～5000N/cm3，fk=4～5。主厂房长73m、宽21m、高44m，为大跨度地下洞室，岩体节理裂隙发育，与层面组合，边墙和洞顶易形成不稳定块体，应加强边墙和洞顶处理设计。厂房基础低于河水位，施工时可能存在沿裂隙面的渗水问题。

表1 地下洞室群各洞室主要施工特性表

表2 各方案厂址工程地质条件比较表

主洞室布置：地下厂房主要布置有主副厂房洞室、主变洞室两大洞室，两大洞室平行布置，轴线方位角为 90°，主变洞室位于主副厂房洞室下游，两洞净距32m。两大洞室轴线与岩体主应力方向夹角30°，与岩体主节理走向夹角约60～70°，与岩体层面走向夹角约60～70°，洞室稳定条件较好。

主副厂房洞室：洞室尺寸124×21×43.66m（长×宽×高），安装间布置在主机间右侧，长 35m，副厂房布置在主机间左侧，长16m。在主厂房、安装间设置有岩壁吊车梁，顶面高程593.78m。

主变和GIS洞室：洞室尺寸88×14×24.82m（长×宽×高）。

尾水洞：尾水洞为圆洞，由四条尾水支洞汇成两条尾水主洞。支洞单长 76m，大尾水支洞洞径5.5m，小尾水支洞洞径 3.5m；主洞长度分别为104m、93m，洞径分别为8.5m和5.5m。尾水主洞出口设检修闸门，尾水反坡后接尾水渠。

进厂交通洞：布置在厂区下游侧，高程575m，由岸边干线道路通向主副厂房洞室的安装间，并连通主变洞室。交通洞长 213m，城门洞型，断面尺寸8.3×7.3m，可供施工运输、设备运输和通风使用。

排风洞（兼施工支洞）：布置在厂区上游侧，高程 596m，由岸边干线道路通向主副厂房洞室的副厂房，并分支通向主变洞室和上层排水洞。城门洞型，尺寸6.2×5.7m。

出线洞（兼施工支洞）：布置在进厂交通洞下游侧，高程588m，城门洞型，断面尺寸7.7×6.85m。

排水洞：在主副厂房洞室和主变洞室周围设两层环形排水洞，下层高程575m，连通进厂交通洞，上层高程 590m，连通排风洞。城门洞型，断面尺寸 3.15×3.15。

3 厂址布置选择

根据前述工程地质条件及评价，三种厂址方案各有差异，各方案工程地质条件比较见下表2。

从工程地质条件相比，各方案厂址基本相当，经综合比较后推右岸地面厂房方案。

综合技术经济比较，坝后厂房方案枢纽布置紧凑，引水系统投资较少，但因河谷狭窄，坝后厂房和泄水建筑物布置难度大，厂房右岸安装间按挖方布置，滑雪道的布置在左岸坝肩形成高陡开挖边坡，稳定性差，处理难度大，投资不易控制。该方案厂、坝、滑雪道施工干扰较大，存在不确定因素，风险相对较大，工期不易控制。因厂坝集中布置，泄洪雾化影响也较大。

表3 各方案厂址岩石(体)物理力学参数建议值表

表4 厂址方案比较综合比较表

岸边厂房方案和地下厂房方案总体相对较优，对坝址地形地质条件的适应性较好。厂坝均可独立施工，干扰小，工期有保障。岸边厂房方案（调压井）厂区边坡处理问题不大，厂区距坝区相对较远，雾化影响小；地下厂房方案地质条件有利，洞室群稳定条件较好，避开了狭谷区厂房高边坡问题，厂区基本不受雾化影响，但地下厂房对施工组织要求较高，工期不易控制，需合理统筹安排。

经综合比较，本阶段对砼拱坝的枢纽布置推荐采用右岸引水式厂房方案2，即3#沟下游引水式厂房方案（带调压井）。

4 结语

经过厂区布置方案的比选，推荐的右岸引水式厂房方案2能适应当地的地形、地质条件，投资省。目前，工程已经开工，各项工作进展顺利，从工程进展来看，枢纽布置是合理和正确的，为今后兴建相类似的电站工程提供了有益的经验。

1 中华人民共和国行业标准. 水利水电工程等级划分及洪水标准(SL 252-2000)[S]. 2000.

2 王世夏. 水工设计的理论和方法[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2000.

3 顾鹏飞, 喻远光. 《水电站厂房设计》. 北京: 水利电力出版社, 1987.