某抽水蓄能電站下水庫進出水口圍堰結(jié)構(gòu)比選研究

萬露，張宏，楊苗苗，洪文彬

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

1 工程概況

遼寧某抽水蓄能電站樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)和地下廠房系統(tǒng)等組成。該電站裝機容量為1 600 MW，單機容量為400 MW，供電范圍為遼寧省電網(wǎng)。電站建成后，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、儲能、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等任務(wù)。

下水庫為已建的某水利樞紐工程，兼具防洪、發(fā)電、灌溉等綜合利用任務(wù)，控制流域面積為383 km2，壩址多年平均徑流量為1.63 億m3，正常蓄水位為425.00 m，死水位為414.00 m，總庫容為3 402.86萬m3。上、下水庫之間的直線距離約1 500.00 m，距高比為2.60。

下水庫進/出水口位于下水庫左岸岸坡，距壩址約3.2 km，采用側(cè)向岸坡豎井式進/出水口的布置形式。兩個進/出水口體型相同，并排布置，中心線方位角均為NW271.1°，間距為30.00 m。每個進/出水口由攔沙坎、引水明渠、防渦梁段、攔污柵段及調(diào)整段、擴散（收縮）段、閘前標(biāo)準(zhǔn)段、尾水檢修閘門井及閘后漸變段組成，總長94.00 m。

2 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)流方式

1）導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

下水庫進/出水口為1 級建筑物，根據(jù)NB/T 10072—2018《抽水蓄能電站設(shè)計規(guī)范》[1]和NB/T 10491—2021《水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》[2]，導(dǎo)流建筑物為4 級，導(dǎo)流設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為10～20年重現(xiàn)期。下水庫進/出水口處10，20 年重現(xiàn)期洪水的相應(yīng)設(shè)計水位分別為425.61，426.79 m，考慮兩者相差不大，以水庫偏安全角度考慮，下水庫進/出水口導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用20 年重現(xiàn)期洪水。

尾水系統(tǒng)與廠房等地下洞室群貫通后，度汛標(biāo)準(zhǔn)采用100年重現(xiàn)期洪水，設(shè)計水位為427.18 m。

2）導(dǎo)流方式

下水庫進/出水口位于下水庫左岸岸坡，導(dǎo)流方式采用圍堰擋水，束窄原河床過流。引水系統(tǒng)與廠房等地下洞室群貫通后，采用閘門擋水度汛，原河床過流。

3 圍堰工程地質(zhì)條件

3.1 基本地質(zhì)條件

下水庫進/出水口圍堰位于下水庫進/出水口右岸漫灘、河床和左岸山坡上，堰頂高程約為426.00 m，全長約為580.00 m。圍堰處基巖為燕山期輝長巖和震旦系下統(tǒng)釣魚臺組石英砂巖，全風(fēng)化帶厚度一般為2.00～5.00 m，強風(fēng)化帶厚度一般為2.00～6.00 m。圍堰處漫灘地下水位埋深一般為3.00～4.00 m。

右岸漫灘地形較平緩，地面高程一般為409.00～412.00 m。覆蓋層為沖洪積混合土漂石，厚度一般為5.00～8.00 m；局部表部為粉土或細(xì)砂（厚度一般為0.50 m 左右，含有植物根系）和人工堆積物（塊石、混合土漂石，厚度一般為2.00～3.00 m）所覆蓋。

河床地面高程一般為406.00 m 左右，覆蓋層為沖洪積混合土漂（卵）石，結(jié)構(gòu)稍密，厚度一般為3.00～5.00 m。

左岸山坡地形坡度一般為30°～50°。圍堰上游處左岸山坡基巖多裸露，下游處左岸山坡覆蓋層為崩坡積的混合土塊石，厚度一般為2.00～4.00 m。

3.2 體物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)圍堰堰基混合土漂石的物理力學(xué)試驗成果，類比相似工程經(jīng)驗，結(jié)合有關(guān)規(guī)程規(guī)范，提出堰基混合土漂石主要地質(zhì)參數(shù)建議值，見表1；基巖主要地質(zhì)參數(shù)建議值見表2。

表1 圍堰堰基混合土漂石主要地質(zhì)參數(shù)建議值

表2 圍堰堰基基巖主要地質(zhì)參數(shù)建議值

3.3 工程地質(zhì)條件評價

1）堰基可建在混合土漂石和混合土塊石層上，無軟土層分布，不存在震陷問題。混合土漂石容許承載力建議值為400 kPa，混合土塊石容許承載力建議值為350 kPa，堰基承載力滿足要求。

2）據(jù)鉆孔常水頭注水試驗，混合土漂（卵）石滲透系數(shù)為1.26×10-1～1.77×10-1cm/s，屬強透水土層，堰基存在滲漏問題，須進行防滲處理?；旌贤疗眩┦臐B透系數(shù)建議采用1.55×10-1cm/s，混合土塊石的滲透系數(shù)建議采用1.15×10-1cm/s。

據(jù)顆分資料，混合土漂石不均勻系數(shù)Cu＞5，細(xì)粒含量Pc＜25%，滲透破壞類型為管涌型。

3）工程區(qū)地震動峰值加速度為0.0g5 ，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。據(jù)GB 50021—2001《巖土工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[3]規(guī)定“抗震設(shè)防烈度為6 度時，可不考慮液化的影響”，故堰基可不考慮地震液化問題。

4）堰基抗滑穩(wěn)定受混合土漂石控制，抗滑穩(wěn)定問題不大。

4 方案擬定

下水庫進/出水口圍堰位于下水庫庫內(nèi)，圍堰結(jié)構(gòu)形式采用土石圍堰結(jié)構(gòu)，圍堰施工期庫內(nèi)水位對圍堰斷面與堰體防滲形式影響較大，結(jié)合下水庫運行調(diào)度，擬定兩種圍堰結(jié)構(gòu)形式方案。

1）方案一：圍堰分上、下兩部分進行填筑，下部堰體填筑施工時，將下水庫水位降至死水位414.00 m，下部堰體需要在水下進行拋填。下部堰體采用雙戧堤進占方式，戧堤采用石渣料填筑，戧堤頂寬為10.00 m，迎、背水側(cè)邊坡坡比均為1∶1.5，戧堤之間采用全風(fēng)化料填筑，戧堤頂高程為415.00 m。上部堰體頂高程為428.39 m，堰頂寬8.00 m，迎、背水面邊坡坡比均為1∶1.5，圍堰迎水側(cè)采用50 cm 塊石防護。上部堰體在水面以上進行施工，具備干地施工條件，隨著上部堰體填筑升高可逐步進行水庫回蓄。堰體及堰基采用高噴灌漿進行防滲，高噴灌漿入巖深度為1.00 m，圍堰填筑完成后，高噴灌漿在堰頂進行施工。

2）方案二：圍堰形式為土石圍堰，圍堰施工時段水庫水位維持在正常蓄水位。堰體填筑首先進行全風(fēng)化料水下拋填，全風(fēng)化料堰體頂寬為6.00 m，堰頂高程為428.39 m，迎、背水面邊坡坡比均為1∶1.75；全風(fēng)化料堰體兩側(cè)采用水下拋石護坡，兩側(cè)拋石頂寬各為3.00 m，迎、背水面邊坡坡比均為1∶2.0。堰體及堰基采用高噴灌漿進行防滲，高噴灌漿入巖深度為1.00 m，圍堰填筑完成后，高噴灌漿在堰頂進行施工。

5 方案比選

方案一的堰基及堰體均采用高噴灌漿防滲，圍堰施工時段（9—11 月）需將下水庫水位降至414.00 m 進行，減少了圍堰水下拋填工程量，堰體大部在水上進行填筑施工，利于保證填筑碾壓質(zhì)量。方案二的堰基及堰體均采用高噴灌漿防滲，堰體全部采用水下拋填，無需下降下水庫水位，對下水庫運行沒有產(chǎn)生不利影響，施工程序簡單。方案一圍堰水上填筑坡比控制為1∶1.5，方案二堰體全部采用水下拋填，全風(fēng)化料填筑坡比控制為1∶1.75、拋石護坡坡比控制為1∶2，導(dǎo)致圍堰填筑工程量遠(yuǎn)大于方案一，工程部分投資較方案一更大。但由于方案一圍堰施工時段需將下水庫水位降至414.00 m，對下水庫運行造成一定影響，經(jīng)分析計算，為保證圍堰施工，下水庫降低水位運行后，可于第二年5月底回蓄至正常蓄水位，不影響灌溉期供水，但發(fā)電量由1 358.80萬kW·h減少至1 146.00萬kW·h，按遼寧省標(biāo)桿電價0.37 元/（kW·h）計算，發(fā)電效益減少78.74 萬元。

方案一及方案二工程量對比見表3，投資對比見表4。

表3 下水庫進/出水口方案比選工程量對比表

表4 下水庫進/出水口方案比選投資對比表萬元

綜上，考慮方案一整體投資較方案二更低，節(jié)省投資1 233.83萬元，圍堰施工期階段選擇方案一。

6 結(jié)語

當(dāng)抽水蓄能電站下水庫利用已建水庫時，其下水庫進/出水口圍堰施工均存在水下拋填工程量巨大且施工質(zhì)量難以保證的問題，尤其在下水庫消落深度較大時問題尤為突出。本文結(jié)合下水庫運行調(diào)度進行圍堰結(jié)構(gòu)形式比選，確定圍堰施工期水庫降至死水位方案為推薦方案是相對合理和經(jīng)濟的。進行方案比選時，應(yīng)主要考慮圍堰自身工程量多少、圍堰施工難易程度和下水庫運行調(diào)度收益影響等方面因素。