四川省仁和抽水蓄能電站上下庫(kù)連接路選線設(shè)計(jì)

摘要：四川省仁和抽水蓄能電站邊坡陡峭、上下庫(kù)連接路布置困難、施工難度高，為確保電站順利實(shí)施、保證上下庫(kù)連接路施工期內(nèi)的使用效率以及運(yùn)輸質(zhì)量，并減少工程總工期和工程造價(jià)，從線路設(shè)計(jì)指標(biāo)及安全性、地形地質(zhì)條件、征地移民、環(huán)保水保、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面對(duì)電站上下庫(kù)連接路方案進(jìn)行比選。結(jié)果表明：隧洞方案行車條件更好，安全性更高，修建難度較低，征地面積、水土流失量、開(kāi)挖工程量、棄渣工程量及工程整體投資均較小，最終擇優(yōu)選定隧洞方案并進(jìn)行道路施工方案設(shè)計(jì)。研究結(jié)果可為同類工程上下庫(kù)連接路設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：上下庫(kù)連接路； 方案比選； 施工方案； 仁和抽水蓄能電站

中圖法分類號(hào)：TV512

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.12.009

文章編號(hào)：1006-0081（2024）12-0043-05

0 引 言

抽水蓄能電站是可再生能源的重要組成部分［1-2］，可利用水資源進(jìn)行能量存儲(chǔ)和釋放，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)峰、填谷，以緩解峰谷差所帶來(lái)的用電矛盾［3-4］，有助于平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷需求和提高電網(wǎng)穩(wěn)定性［5-6］。面對(duì)全球能源轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)，抽水蓄能電站作為可靠的電力調(diào)度和儲(chǔ)能解決方案［7］，具備長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)需求［8-9］。抽水蓄能電站一般都建在具備一定高差的山嶺重丘處，上下庫(kù)高差大，水平距離短，距高比小，上下庫(kù)連接路長(zhǎng)度大。上下庫(kù)連接路是抽水蓄能電站場(chǎng)內(nèi)規(guī)模最大、與施工總布置和樞紐布置聯(lián)系最為緊密的道路，其后期用于工程運(yùn)行管理。上下庫(kù)之間一般所處地形陡峭，線路走廊狹窄，因此，連接公路一般都具有連續(xù)長(zhǎng)坡、橋隧比高、高填方、高挖方、建設(shè)難度大、造價(jià)高等特點(diǎn)，故上下庫(kù)連接路的選線設(shè)計(jì)尤為重要。

隨著抽水蓄能電站建設(shè)的發(fā)展，工程師和學(xué)者們結(jié)合各抽水蓄能工程的特點(diǎn)進(jìn)行了上下庫(kù)連接路的系統(tǒng)研究。在常規(guī)抽水蓄能工程方面，崔皓博等［10］、陳小勇等［11］、張超等［12］、單志超［13］、劉澤戈［14］分別對(duì)仙居、道孚等抽水蓄能電站上下庫(kù)連接路線路布置進(jìn)行了相關(guān)研究。仁和抽水蓄能電站下水庫(kù)利用現(xiàn)有烏東德水庫(kù)，其水庫(kù)邊坡高陡，上、下水庫(kù)之間高差大，下水庫(kù)可利用施工場(chǎng)地匱乏，給上下庫(kù)連接路布置帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。本文以仁和抽水蓄能電站為例，對(duì)下水庫(kù)利用現(xiàn)有水庫(kù)且邊坡陡峭的工程的上下庫(kù)連接公路方案進(jìn)行比選及施工方案設(shè)計(jì)。

1 工程概況

仁和抽水蓄能電站位于四川省攀枝花市仁和區(qū)平地鎮(zhèn)波西村，距離攀枝花市直線距離約57 km。工程開(kāi)發(fā)任務(wù)為承擔(dān)四川電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和備用，配合攀枝花市新能源并網(wǎng)消納，為攀枝花灌區(qū)工程提供水源。四川省仁和抽水蓄能電站采用500 kV電壓等級(jí)接入四川電網(wǎng)，改善新能源并網(wǎng)條件。電站裝機(jī)容量1 200 MW，屬日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)為8 h。裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量300 MW立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)年發(fā)電量12億kW·h，設(shè)計(jì)年抽水用電量16億kW·h（不含灌區(qū)工程抽水），綜合效率約為75%。

電站屬Ⅰ等大（1）型工程，樞紐工程由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房和開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。上水庫(kù)位于金沙江右岸的平地鎮(zhèn)波西大村，下水庫(kù)利用已建的烏東德水庫(kù)。上水庫(kù)正常蓄水位1 536 m，死水位1 508 m，下水庫(kù)正常蓄水位975 m，死水位945 m。

工程施工總工期6 a，發(fā)電工期63個(gè)月，籌建期18個(gè)月不計(jì)入工程總工期。

2 仁和抽蓄上下庫(kù)連接路布置特點(diǎn)

（1） 上、下水庫(kù)水位差約560 m，水平距離約2 080 m，距高比約3.7，水位差大，距高比小。

（2） 工程下水庫(kù)利用已建烏東德水庫(kù)，水庫(kù)邊坡地形陡峭，高差大，上下庫(kù)連接路布置困難。

（3） 按照施工總布置規(guī)劃方案，工程需新開(kāi)一個(gè)料場(chǎng)，根據(jù)地質(zhì)勘探成果，料場(chǎng)位于下水庫(kù)邊坡上，地形陡峭，開(kāi)采條件差，需結(jié)合上下庫(kù)連接路進(jìn)行開(kāi)采。

（4） 上下庫(kù)連接路不僅連接上下水庫(kù)，也是施工場(chǎng)地、渣場(chǎng)、料場(chǎng)、廠房進(jìn)廠交通洞、通風(fēng)兼安全洞、下水庫(kù)進(jìn)/出水口之間的連接道路，故上下庫(kù)連接路在符合施工總布置要求的前提下，需根據(jù)各個(gè)控制點(diǎn)確定道路走向。

3 比選方案擬定

工程上下水庫(kù)連接路由2號(hào)公路和3號(hào)公路組成，2號(hào)公路起點(diǎn)接上水庫(kù)大壩左岸壩肩，終點(diǎn)在棄渣場(chǎng)1370平臺(tái)上接3號(hào)公路。3號(hào)公路起點(diǎn)接2號(hào)公路，終點(diǎn)接下庫(kù)進(jìn)/出水口985平臺(tái)。結(jié)合施工場(chǎng)地和渣場(chǎng)布置，2號(hào)公路走向及道路形式基本明確，3號(hào)公路擬定了以下2個(gè)線路布置方案。

（1） 3號(hào)公路明線方案：3號(hào)公路采用單車道明線方案，進(jìn)廠交通洞采用長(zhǎng)隧洞方案。此方案進(jìn)廠交通洞長(zhǎng)度大，施工工期長(zhǎng)，為保證通風(fēng)兼安全洞及廠房開(kāi)挖工期，需修建3號(hào)公路。3號(hào)公路起點(diǎn)高程1 370 m，終點(diǎn)高程985 m，線路長(zhǎng)7.46 km，平均縱坡5.2%，道路等級(jí)為水電三級(jí)。道路沿金沙江右岸邊坡展線，在銀絲溝和師莊溝中間高程985～1 330 m山坡上盤(pán)旋5層至下庫(kù)進(jìn)/出水口檢修平臺(tái)。由于金沙江岸坡陡峭，3號(hào)公路以單車道為主，路面寬度為3.75 m，路基寬度為4.25 m，局部采用雙車道，明路總長(zhǎng)7.05 km，3號(hào)公路起點(diǎn)設(shè)置隧洞1座，長(zhǎng)度407 m，公路總長(zhǎng)7.46 km。3號(hào)公路單車道路段不滿足廠房重大件運(yùn)輸和施工運(yùn)輸要求，故廠房進(jìn)廠交通洞進(jìn)口接3號(hào)公路起點(diǎn)隧洞，布置于波西大溝高程1 352 m處，進(jìn)廠交通洞末端連接廠房底板，高程886.5 m，高差465.5 m，導(dǎo)致進(jìn)廠交通洞長(zhǎng)度較長(zhǎng)，達(dá)7.56 km。此方案2號(hào)、3號(hào)公路及進(jìn)廠交通洞布置見(jiàn)圖1。

（2） 3號(hào)公路隧洞方案：3號(hào)公路采用雙車道隧洞方案，進(jìn)廠交通洞采用短隧洞方案。3號(hào)公路起點(diǎn)高程1 370 m，終點(diǎn)高程985 m，線路長(zhǎng)6.66 km，平均縱坡5.8%，道路等級(jí)為水電三級(jí)。道路以隧洞為主，為滿足鋼岔管運(yùn)輸要求，隧洞采用8 m×8 m 城門(mén)洞型，兩段隧洞長(zhǎng)度共計(jì)5.88 km。兩段明路段長(zhǎng)度共計(jì)0.78 km，路面寬度為7.0 m，路基寬度為8.0 m。進(jìn)廠交通洞可結(jié)合3號(hào)公路布置，進(jìn)口接3號(hào)公路末端明路高程約1 000 m處，進(jìn)廠交通洞末端連接廠房底板，高程886.5 m，高差113.5 m，進(jìn)廠交通洞長(zhǎng)度1.64 km。此方案2號(hào)、3號(hào)公路及進(jìn)廠交通洞布置見(jiàn)圖2。

4 3號(hào)公路明線與隧洞方案對(duì)比

4.1 線路設(shè)計(jì)指標(biāo)及安全性對(duì)比

3號(hào)公路明路方案道路總長(zhǎng)7.46 km，其中明線長(zhǎng)7.05 km，1座隧洞長(zhǎng)0.41 km，受地形條件限制，明線段以單車道為主，平均縱坡5.2%。隧洞方案道路總長(zhǎng)6.66 km，其中明線長(zhǎng)0.78 km，2座隧洞總長(zhǎng)5.88 km，平均縱坡5.8%。兩方案最大縱坡均為8%，平曲線最小半徑明線段為25 m，隧道段為150 m。隧洞方案長(zhǎng)度小于明線方案，且線型條件更優(yōu)，更利于行車。此外，自然災(zāi)害（如雨雪、山洪災(zāi)害等）對(duì)明線公路影響更大，極端天氣存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，隧洞方案行車安全性更高。

4.2 地形地質(zhì)條件對(duì)比

3號(hào)公路明路方案和隧洞方案均自銀絲溝中部右岸山脊斜坡近溝底一帶起，整體呈北東走向往返盤(pán)繞，終至師莊溝溝口南側(cè)臨江斜坡一帶，沿線地表高程985～1 530 m，整體屬中山地貌。金沙江江邊高程（烏東德水電站蓄水前）930～1 300 m為陡坡?tīng)畹匦危露?0°～50°，局部形成陡崖及跌坎；高程1 300～1 600 m溝梁相間，山脊頂部平臺(tái)為斜坡?tīng)畹匦?，整體坡度15°～20°，山脊兩側(cè)斜坡地形較陡，整體坡度35°左右。

隧洞方案線路大部分為隧洞段，洞身大部分埋置于雄厚山體中，其中，3-1號(hào)隧洞前半段以Ⅳ類圍巖為主，局部為Ⅴ類圍巖，3-1號(hào)隧洞后半段和3-2號(hào)隧洞以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主。隧洞進(jìn)出口位于支溝或主溝比降較陡處，兩段明路段位于山尾巴溝與師莊溝間臨江側(cè)陡坡地帶，見(jiàn)圖3。明線方案依坡就勢(shì)，穿越銀絲溝、山尾巴溝與師莊溝等較大規(guī)模沖溝，在臨江側(cè)陡坡地帶往返盤(pán)繞。

隧洞方案主要地質(zhì)問(wèn)題包括：① 明路段內(nèi)切坡局部邊坡穩(wěn)定問(wèn)題；② 局部跨越較大規(guī)模崩塌堆積體及坡表殘坡積層，存在路基穩(wěn)定及巖土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題；③ 填方路段外側(cè)擋墻穩(wěn)定問(wèn)題；④ 明路段穿沖溝部位沖刷問(wèn)題。明路方案主要工程地質(zhì)問(wèn)題與隧洞方案中明路段問(wèn)題類型相同，沿線地勢(shì)陡峻且起伏較大，修建困難，塊體、危石及孤石發(fā)育，穿越崩塌堆積體及表面殘坡積層而引起的路基、擋墻、邊坡穩(wěn)定等問(wèn)題更突出。相比而言，隧洞方案建設(shè)難度相對(duì)較低，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)可控。

4.3 征地移民對(duì)比

明路方案線路在坡面盤(pán)旋，上下5層，整個(gè)坡面作為永久征地征用，占地面積為約57.13 hm2（857畝），隧洞方案占地面積為約2.07 hm2（31畝）。隧洞方案占地遠(yuǎn)小于明線方案。

4.4 環(huán)保水保對(duì)比

隧洞方案及明線方案均不涉及“三區(qū)三線”劃定后的生態(tài)保護(hù)紅線、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、濕地公園、地質(zhì)公園等環(huán)境敏感區(qū)，兩方案周邊的環(huán)境空氣和噪聲敏感點(diǎn)數(shù)量差別不大，在采取相應(yīng)保護(hù)措施后幾乎無(wú)影響。從環(huán)境保護(hù)的角度分析，兩方案沒(méi)有明顯區(qū)別。

從水土保持角度分析，兩條線路所在的位置相近，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、加強(qiáng)管理、執(zhí)行建設(shè)類項(xiàng)目一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和提高防治指標(biāo)值，可有效控制可能造成的水土流失。從土石方量方面分析，隧洞方案山體開(kāi)挖及支護(hù)工程量小，地表擾動(dòng)面積及造成的水土流失量小，且洞挖石方開(kāi)挖石渣可作為大壩填筑料，棄渣量小。因此，兩種方案雖均不存在重大水土保持制約因素，但隧洞方案更優(yōu)。

此外，隧洞方案占地較明線方案少約55.07 hm2（826畝）。因此，從整體來(lái)看，隧洞方案較優(yōu)。

4.5 投資對(duì)比

計(jì)入工程費(fèi)用、征地移民投資、環(huán)保投資、水保投資后，3號(hào)公路明線方案投資共計(jì)15 063.70萬(wàn)元，相應(yīng)進(jìn)廠交通洞工程費(fèi)用36 843.38萬(wàn)元，兩者總投資51 907.08萬(wàn)元；3號(hào)公路隧洞方案投資共計(jì)26 799.60萬(wàn)元，相應(yīng)進(jìn)廠交通洞工程費(fèi)用7 992.48萬(wàn)元，兩者總投資34 792.08萬(wàn)元；3號(hào)公路隧洞方案投資較明線方案投資減少17 115萬(wàn)元，隧洞方案較優(yōu)。

4.6 線路方案比選

從線路設(shè)計(jì)指標(biāo)及安全性、地形地質(zhì)條件、征地移民、環(huán)保水保、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面對(duì)電站上下庫(kù)連接路方案進(jìn)行比選。結(jié)果表明隧洞方案行車條件更好，安全性更高，修建難度較低，征地面積、水土流失量、開(kāi)挖工程量、棄渣工程量及工程整體投資均較小。隧洞方案優(yōu)勢(shì)較明顯，因此以隧洞方案作為3號(hào)公路代表性方案。

5 3號(hào)公路施工方案及工期分析

3號(hào)公路末端連接通風(fēng)兼安全洞，是廠房頂部開(kāi)挖出渣通道，施工工期直接影響工程總工期。3號(hào)公路包括兩條長(zhǎng)隧道，長(zhǎng)度分別為2.96 km和2.92 km，若僅兩頭掘進(jìn)，施工工期長(zhǎng)，影響工程總體工期。

工程料場(chǎng)開(kāi)采高程為1 020～1 280 m，結(jié)合3號(hào)公路，布置上、中、下3層開(kāi)采道路，其中上層開(kāi)采道路為9號(hào)道路，中層開(kāi)采道路為8號(hào)道路，道路布置見(jiàn)圖4。開(kāi)采道路起點(diǎn)均位于3號(hào)公路隧洞，終點(diǎn)位于料場(chǎng)不同高程處，由隧洞+明線構(gòu)成。3號(hào)公路施工前，需修筑3號(hào)公路施工便道、9號(hào)施工支洞，通過(guò)施工便道施工8號(hào)、9號(hào)道路，以增加3號(hào)公路隧洞開(kāi)挖工作面，方便棄渣。施工便道總長(zhǎng)約2.6 km，9號(hào)施工支洞長(zhǎng)度177 m。9號(hào)施工支洞起點(diǎn)接棄渣場(chǎng)底部高程1 305 m，終點(diǎn)接3號(hào)公路K1+350樁號(hào)，先施工9號(hào)施工支洞和下部施工便道，下部開(kāi)挖料可棄至銀絲溝棄渣場(chǎng)或運(yùn)至填壩料中轉(zhuǎn)堆場(chǎng)。

9號(hào)道路隧洞接3號(hào)公路K1+497樁號(hào)，8號(hào)道路隧洞接3號(hào)公路K3+888樁號(hào)；將3-1號(hào)隧洞和3-2號(hào)隧洞各分為兩段進(jìn)行施工，為3號(hào)公路施工增加4個(gè)工作面，加上3-1號(hào)隧洞進(jìn)口、3-2號(hào)隧洞出口，整個(gè)3號(hào)公路施工共計(jì)6個(gè)工作面。3號(hào)公路施工準(zhǔn)備期1個(gè)月，開(kāi)挖總工期為16個(gè)月，可在工程籌建期18個(gè)月內(nèi)貫通，不影響通風(fēng)兼安全洞及廠房開(kāi)挖等關(guān)鍵線路工期。

6 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)四川省仁和抽水蓄能電站邊坡陡峭、上下庫(kù)連接路布置困難、施工難度高的問(wèn)題，為確保電站順利實(shí)施、保證上下庫(kù)連接路施工期內(nèi)的使用效率和運(yùn)輸質(zhì)量并減少工程總工期和工程造價(jià)，從線路設(shè)計(jì)指標(biāo)及安全性、地形地質(zhì)條件、征地移民、環(huán)保水保、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面對(duì)電站上下庫(kù)連接路明線方案與隧洞方案進(jìn)行比選，最終選定較優(yōu)的隧洞布置方案。路線確定后為推薦路線制定了合適的施工方案，采用多施工面同時(shí)施工的形式以縮短施工工期，為工程建設(shè)的推進(jìn)創(chuàng)造了良好條件。

在抽水蓄能電站上下庫(kù)連接路前期工作中，做好路線方案的比選優(yōu)化工作，對(duì)于降低工程造價(jià)、減少施工難度、縮短施工工期等至關(guān)重要。該工程上下庫(kù)連接公路線路及施工方案設(shè)計(jì)克服了工程區(qū)地形條件陡峭、道路布置困難的難點(diǎn)，相關(guān)設(shè)計(jì)成果可為同類工程設(shè)計(jì)提供參考。

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Design of route selection for connection road between upper and lower reservoirs of Renhe Pumped Storage Power Station in Sichuan Province

Abstract：

The slope of Sichuan Renhe Pumped Storage Power Station is steep，the road connecting the upper and lower warehouses is difficult to be arranged，and the construction is difficult.In order to ensure the smooth implementation of the power station，ensure the efficiency and transportation quality of the connecting roads between the upper and lower reservoirs during the construction period，so as to short the total project period and reduce the total project period and engineering cost，the connecting road schemes between the upper and lower reservoirs of the power station were compared from the aspects of route design，safety，terrain and geological conditions，land acquisition and resettlement，environmental protection，water and soil conservation，economic indicators，etc.The results showed that the tunnel scheme had better driving conditions，higher safety，lower construction difficulty，and had smaller land acquisition area，little soil erosion，excavation work，waste disposal work，and overall project investment.Ultimately，the tunnel scheme was selected and the road construction scheme design was carried out accordingly.The research results can provide a reference for the design of connecting roads between upper and lower reservoirs in similar projects.

Key words：

connection route between upper and lower reservoirs； scheme selection； construction plan； Renhe Pumped Storage Power Station