甘肅大古山抽水蓄能電站導(dǎo)流設(shè)計概述

蘇永江 袁紹東 王天廣

（中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院 陜西 西安 710065）

1 工程概況

大古山抽水蓄能電站位于甘肅省張掖地區(qū)肅南縣境內(nèi)的黑河流域，距離已經(jīng)建成的小孤山壩址上游約3km處，距張掖市直線距離約50km，公路里程約87km；距蘭州市公路里程約518km。

本工程電站裝機容量1200MW，電站為I等大（1）型工程，主要由上水庫、地下輸水發(fā)電系統(tǒng)和下水庫等三大建筑物組成。上水庫由一座擋水壩與周圍山體開挖形成的庫周圍成，擋水壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程2702.00m，最大壩高121.1m。下水庫由擋水壩、攔沙壩及兩岸山體圍成，擋水壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程2128.00m，最大壩高75.8m。攔沙壩為土工膜防滲心墻堆石壩，壩頂高程2128.00m，最大壩高41.0m。

輸水系統(tǒng)為2條隧洞，由上水庫進(jìn)/出水口、平洞段、斜井段、引水支洞、尾水支洞、尾水主洞、尾水閘門井、尾水調(diào)壓井、下水庫進(jìn)/出水口等建筑物組成。廠房采用地下廠房開發(fā)方式，由主副廠房、主變室、母線洞、電纜平洞及地面開關(guān)站等建筑物組成。主副廠房開挖尺寸為151m×25m×49.55m，主變室開挖斷面為110m×20m×22m。

2 水文氣象條件

2.1 水文條件

甘肅大古山抽水蓄能電站上水庫集水面積為3.05km2，基本無徑流入庫。其上水庫壩址設(shè)計洪水成果見表1，下水庫分期設(shè)計洪水成果見表2，上、下庫建成后庫面24h設(shè)計洪量成果見表3。

2.2 氣象條件

大古山抽水蓄能電站工程區(qū)為大陸性氣候，夏季酷熱，雨量稀少，蒸發(fā)強盛，冬季嚴(yán)寒，冰期長達(dá)四個月之久。多年平均年降水量為175.4mm；多年平均年水面蒸發(fā)量為1378.7mm；平均氣溫為8.5℃，絕對最高氣溫為37.2℃（1961年6月），絕對最低氣溫為-33.0℃（1955年1月），日溫差較大，最大凍土深度150cm。

表1 大古山抽水蓄能電站上水庫壩址設(shè)計洪水成果表流量單位：m3/s；洪量單位：萬m3

表2 大古山抽水蓄能電站下水庫分期設(shè)計洪水成果表單位：m3/s

表3 大古山抽水蓄能電站上、下庫建成后庫面24h設(shè)計洪量成果表單位：萬m3

3 施工導(dǎo)流

3.1 上水庫導(dǎo)流

上水庫由大壩、進(jìn)/出水口等建筑物組成。上水庫集水面積約3.05km2，基本無徑流入庫，徑流主要由降雨形成。上水庫大壩為1級建筑物，導(dǎo)流建筑物為4級，大壩施工導(dǎo)流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用全年10年一遇洪水，設(shè)計流量為13.8m3/s，相應(yīng)的24小時洪量為2.44萬m3；度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年50年一遇洪水，洪峰流量為24.7m3/s。

本工程上水庫大壩導(dǎo)流方式分別比較了機械抽排、涵管導(dǎo)流及導(dǎo)流洞導(dǎo)流等方式。從經(jīng)濟條件、施工條件及水文氣象條件等方面考慮，采用機械抽排方式，抽水設(shè)備用量和抽水費用均較大，不經(jīng)濟。采用涵管導(dǎo)流方式，由于上庫開挖量較大，庫區(qū)開挖直接上壩施工與涵管導(dǎo)流互相干擾，并且涵管與壩體結(jié)合部位施工質(zhì)量難以保證。采用導(dǎo)流洞導(dǎo)流方式，可以很好地解決以上兩種導(dǎo)流方式的不足之處，且施工工期有保障，因此本工程采用全年圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流方式進(jìn)行導(dǎo)流。

3.2 下水庫導(dǎo)流

下水庫主要建筑物由瀝青混凝土心墻堆石壩、泄洪排沙洞、攔沙壩、下水庫進(jìn)/出水口等組成，除攔沙壩外均屬1級建筑物。下水庫壩址處控制流域面積為750km2，徑流主要由降雨形成。下水庫導(dǎo)流建筑物為4級，大壩圍堰設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用全年10年一遇洪水，設(shè)計流量為122m3/s；度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年50年一遇洪水，洪峰流量為225m3/s。

根據(jù)下水庫各建筑物的布置和施工總體規(guī)劃，大壩施工導(dǎo)流采用全年圍堰擋水、隧洞導(dǎo)流方式進(jìn)行導(dǎo)流。

3.3 上、下庫進(jìn)出水口導(dǎo)流

（1）上庫進(jìn)出水口導(dǎo)流

上庫進(jìn)出水口位于上庫庫盆內(nèi)，進(jìn)出水口為1級建筑物，根據(jù)DL/T5397-2007《水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，導(dǎo)流建筑物為4級，相應(yīng)的土石圍堰洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10年～20年一遇。本工程進(jìn)出水口施工導(dǎo)流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用庫盆10年一遇24小時洪量，相應(yīng)洪量1.75萬m3。導(dǎo)流洞進(jìn)口底板高程2631.50m，對應(yīng)洪水位2634.40m，洪水位低于進(jìn)出水口底板高程2645m，因此上庫進(jìn)出水口施工導(dǎo)流不受影響。根據(jù)抽水蓄能電站設(shè)計導(dǎo)則，位于開挖圍填形成的且匯水面積較小的封閉庫盆內(nèi)的進(jìn)出水口，其施工期度汛標(biāo)準(zhǔn)采用50年～100年一遇的24小時洪量，本工程上庫匯水面積小，選用50年一遇的24小時洪量，相應(yīng)洪量2.42萬m3，對應(yīng)洪水位2635.50m，低于進(jìn)出水口底板高程2645m，進(jìn)出水口施工不受影響；后期度汛標(biāo)準(zhǔn)采用200年一遇24小時洪量，相應(yīng)洪量2.98萬m3，對應(yīng)洪水位2664.40m，低于進(jìn)出水口底板高程，進(jìn)出水口不受洪水影響。上庫庫盆中洪量通過抽水泵抽到庫盆外排水渠中排走。

（2）下庫進(jìn)出水口導(dǎo)流

下庫電站進(jìn)/出水口位于下庫庫盆內(nèi)，進(jìn)出水口為1級建筑物，根據(jù)DL/T5397-2007《水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，導(dǎo)流建筑物為4級，相應(yīng)的土石圍堰洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10年～20年一遇，本階段進(jìn)出水口施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用庫盆10年一遇24小時洪量，相應(yīng)洪量1.65萬m3，對應(yīng)洪水位2070.10m，低于底板高程2071m，下庫導(dǎo)流不受影響。根據(jù)抽水蓄能電站設(shè)計導(dǎo)則，位于開挖圍填形成的且匯水面積較小的封閉庫盆內(nèi)的進(jìn)出水口，其施工期度汛標(biāo)準(zhǔn)采用50年～100年一遇的24小時洪量，本工程下庫匯水面積小，選用50年一遇的24小時洪量，相應(yīng)洪量2.29萬m3，對應(yīng)洪水位2070.40m，低于底板高程2071m，進(jìn)出水口全年施工，后期度汛利用閘門擋水度汛。下庫庫盆中洪量通過抽水泵抽到庫盆外排水渠中排走。

4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

4.1 上庫導(dǎo)流建筑物設(shè)計

（1）導(dǎo)流洞設(shè)計

導(dǎo)流隧洞布置在大壩右岸，由進(jìn)口段、洞身段及出口段組成。由于上庫庫底不設(shè)排水廊道，故本工程導(dǎo)流洞進(jìn)行單獨布置。導(dǎo)流洞全長612.80m，導(dǎo)流洞進(jìn)口高程2631.50m，出口高程2620.0m，底坡1.88%。隧洞斷面為城門洞型，洞徑2.5m×3m，頂拱中心角154.6°。隧洞進(jìn)、出口段采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度30cm；洞身段Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用噴錨支護(hù)，底板用素混凝土抹平；Ⅳ類圍巖全斷面襯砌，襯砌厚度30cm。進(jìn)口明渠段長13.8m，出口明渠段長8.0m，明渠之后出口水流自由跌入溪溝。

（2）上下游圍堰設(shè)計

上游圍堰擋水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用全年10年一遇洪水，設(shè)計流量為13.8m3/s，上游圍堰堰頂高程2635.00m，最大堰高19m，堰頂寬度8m，堰頂長102.70m，堰體上游坡1∶1.75，下游坡1∶1.5。由于導(dǎo)流洞出口山溝縱坡較大，下游水位較低，水流呈自由跌落狀態(tài)，因此無需設(shè)置下游圍堰。

4.2 下庫導(dǎo)流建筑物設(shè)計

（1）導(dǎo)流洞設(shè)計

為了節(jié)省投資，本工程導(dǎo)流洞不進(jìn)行單獨布置，而與泄洪排沙洞完全結(jié)合，一次建成，施工期用于導(dǎo)流，運行期用于泄洪排沙。泄洪排沙洞布置在攔沙壩前右岸，由進(jìn)口引渠段、進(jìn)口閘室段、明流隧洞及出口挑流鼻坎組成。建筑物全長1210.00m，其中引渠段長20.00m，進(jìn)口閘室段長31.00，無壓隧洞長1159.00m，出口挑流鼻坎段長20.00m。

進(jìn)口閘室段采用岸塔式，底板高程2100.00m，檢修門孔口尺寸6.5m×7.5m，工作門孔口尺寸 6.5m×5.5m，塔頂高程2128.00m。洞身段標(biāo)準(zhǔn)斷面為城門洞形，底寬 6.5m，邊墻高 8.0m，頂拱高2.0m，總高10.0m。隧洞襯砌為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌厚度進(jìn)、出口40m范圍內(nèi)為1m，洞身段為0.8m，并布置系統(tǒng)錨桿、固結(jié)灌漿和回填灌漿及排水孔。無壓洞后接挑流鼻坎，采用挑流進(jìn)行消能，挑流鼻坎長20.0m，鼻坎頂高程2076.20m。

（2）上下游圍堰設(shè)計

上下游圍堰擋水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用全年10年一遇洪水，設(shè)計流量為122m3/s，上游圍堰堰頂高程確定為2109.00m，下游圍堰堰頂高程為2066.50m。上游圍堰和攔沙壩完全結(jié)合，堰體采用土石圍堰，高壓旋噴防滲墻防滲的結(jié)構(gòu)型式，墻體厚度0.8m。防滲墻軸線布置于下游圍堰軸線處，圍堰軸線長約182.20m，堰頂寬8.0m，最大堰高9.0m，堰體由石渣及開挖混合料填筑而成，上游邊坡1∶2，下游邊坡1∶1.5。下游圍堰堰頂軸線長約148.50m，堰頂寬8.0m，最大堰高約7.0m，上下游坡比為1∶1.5/1∶1.75。下游圍堰防滲采用懸掛式高壓旋噴灌漿的防滲形式，墻體厚度0.8m。高壓旋噴灌漿防滲墻軸線布置于下游圍堰軸線處，防滲墻底高程為2044.60m。

本工程導(dǎo)流洞與泄洪洞及上游圍堰與攔沙壩完全結(jié)合進(jìn)行布置，此種布置形式不僅能滿足本工程導(dǎo)流設(shè)計要求，而且從經(jīng)濟角度考慮，很大程度上降低了工程成本，此設(shè)計思路為今后同類工程設(shè)計提供了很好的借鑒，具有很好的參考價值。

5 結(jié)語

甘肅大古山抽水蓄能電站在導(dǎo)流設(shè)計時，充分考慮了當(dāng)?shù)氐乃臍庀髼l件，并結(jié)合抽水蓄能電站的特點，對上下庫導(dǎo)流建筑物設(shè)計進(jìn)行了深入研究。上水庫由于不設(shè)庫底排水廊道，故導(dǎo)流洞單獨布置，由于上水庫導(dǎo)流洞出口山谷坡度較陡，因此不需要進(jìn)行下游圍堰布置。下水庫充分考慮了攔沙壩的特點，上游圍堰設(shè)計采用與永久攔沙壩完全結(jié)合的形式，此設(shè)計思路很好地做到了永臨結(jié)合，避免了永久攔沙壩填筑料的重復(fù)開采；下水庫導(dǎo)流洞設(shè)計采用了與永久泄洪排沙洞完全結(jié)合的設(shè)計思路，此設(shè)計思路既滿足了工程導(dǎo)流需要，又避免了不必要的二次打洞，從經(jīng)濟角度考慮，很大程度上降低了工程成本。本電站的導(dǎo)流設(shè)計思路為今后同類工程的設(shè)計提供了很好的借鑒，具有很好的參考價值。陜西水利

[1]潘家錚，何璟.中國抽水蓄能電站建設(shè)[M].北京:中國電力出版社，2000.

[2]邱彬如，劉連希.抽水蓄能電站工程技術(shù)[M].北京:中國電力出版社，2008.

[3]DL/T5397-2007，水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國電力出版社,2008.