摘 要：　結(jié)合清遠(yuǎn)抽水蓄能電站設(shè)計(jì)情況，對(duì)樞紐及其主要建筑物(如上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)及開(kāi)關(guān)站、下水庫(kù)及永久公路等)的布置進(jìn)行了論述，并重點(diǎn)分析了上水庫(kù)的壩頂高程、基礎(chǔ)處理、壩體滲流穩(wěn)定、壩坡穩(wěn)定和應(yīng)力應(yīng)變發(fā)展等，結(jié)果表明：樞紐主要建筑物布置合理，上水庫(kù)主、副壩滿足滲流和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求。

　　關(guān)鍵詞 : 抽水蓄能電站;樞紐布置;主要建筑物;上水庫(kù);壩體;

　　1 、工程概況

　　隨著廣東省經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，已有的電力負(fù)荷逐漸難以滿足用電需求。為進(jìn)一步推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提升廣東電力系統(tǒng)調(diào)峰能力，擴(kuò)容南方電網(wǎng)的“電力儲(chǔ)存糧倉(cāng)”,清遠(yuǎn)抽水蓄能電站的建設(shè)迫在眉睫。位于珠江三角洲西北部的清遠(yuǎn)抽水蓄能電站坐落于廣東省清遠(yuǎn)市清新縣太平鎮(zhèn)，與廣州直線距離75km[1]。該項(xiàng)目工程任務(wù)為：承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相以及緊急事故備用，改善電力系統(tǒng)內(nèi)包括西電電源的運(yùn)行條件，提升電能質(zhì)量，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，有效保障廣東電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。

　　電站樞紐工程布設(shè)有4臺(tái)單機(jī)容量320MW的可逆式水泵水輪機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)到1280MW,最高凈水頭502.7m。根據(jù)《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180-2003)中對(duì)電站裝機(jī)容量的規(guī)定，工程等別劃分為一等，工程規(guī)模屬于大⑴型。工程主要建筑物包含上、下水庫(kù)大壩、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群、地面開(kāi)關(guān)站及永久公路等。其中，水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為500a一遇、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5000a一遇;水庫(kù)泄水建筑物消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇;廠房及其附屬建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為200a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000a一遇。上水庫(kù)正常蓄水位612.5m, 可調(diào)節(jié)庫(kù)容1055萬(wàn)m3;下水庫(kù)正常蓄水位137.7m, 可調(diào)節(jié)庫(kù)容1058萬(wàn)m3。

　　清遠(yuǎn)抽水蓄能電站站址條件好，水頭高、庫(kù)容大、水源充足、地質(zhì)條件好、環(huán)境影響少，工程于2006年選點(diǎn)規(guī)劃，2010年開(kāi)工建設(shè)，2016年四臺(tái)機(jī)組全面投產(chǎn)發(fā)電。工程投產(chǎn)至今，約共發(fā)電83.76億度，為粵港澳大灣區(qū)提供了充足的清潔優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

　　2、 建設(shè)條件

　　2.1、 水文條件

　　清遠(yuǎn)抽水蓄能電站選址于清遠(yuǎn)市清新縣的秦皇河上游，上水庫(kù)位于清新縣龍頸鎮(zhèn)與太平鎮(zhèn)交界處的甘竹頂山間盆地，距清新縣城32km。上水庫(kù)集雨面積1.001km2,天然狀況下其匯水區(qū)域分兩支，分別屬于濱江和秦皇河兩個(gè)流域，其中0.601km2屬于北江一級(jí)支流秦皇河，另外在主壩附近的0.4km2集雨面積在天然狀況下流入濱江支流駱坑河。下水庫(kù)地處清遠(yuǎn)市清新縣太平鎮(zhèn)龍灣村委境內(nèi)的麻竹腳，與清新縣城直線距離25km。下水庫(kù)為峽谷型水庫(kù)，整體呈南北向分布，擁有9.146km2的集雨面積， 全部位于秦皇河流域，下接大秦水庫(kù)庫(kù)尾，整體地勢(shì)呈現(xiàn)為北高南低。下水庫(kù)庫(kù)盆地表高程普遍處于80m以上，北、西、東三面均為中低山，坡勢(shì)較陡，植被較豐富，分水嶺高程普遍于300-638m區(qū)間分布。

　　2.2 、地質(zhì)條件

　　區(qū)域內(nèi)地形呈北西高南東低的趨勢(shì)，山脊和分水嶺多呈北西走向，山嶺高程一般為200-700m。區(qū)內(nèi)大部分屬低山丘陵地貌，僅在東部為第四紀(jì)高漫灘、一級(jí)階地地貌。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)期接受剝蝕、侵蝕，形成明顯的四級(jí)夷平面，高程分布為：700-750m、550-600m、350-400m、100-150m。站址處于佛岡——豐良東西向構(gòu)造帶的南面(相距約20km)、吳川——四會(huì)北東向構(gòu)造帶東南面(相距約30km)、鳳帽山背斜的南翼，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造以褶皺為主，斷裂不太發(fā)育，為區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。地震基本烈度為VI度。根據(jù)地勘成果分析，工程巖體主要力學(xué)參數(shù)建議值見(jiàn)表1。

　　3 、樞紐布置及主要建筑物設(shè)計(jì)

　　在對(duì)樞紐布置以及建筑物結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化中，則可以通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整體樞紐布局設(shè)計(jì)的方式，對(duì)調(diào)壓過(guò)程以及書(shū)庫(kù)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行優(yōu)化，提高項(xiàng)目的輸水發(fā)電布置水平提升。

　　3.1 、上水庫(kù)布置

　　在對(duì)上水庫(kù)進(jìn)行布置與優(yōu)化的過(guò)程中，則需要從庫(kù)容到落差都進(jìn)行設(shè)計(jì)，水庫(kù)的水位最大落差為25.5m, 所以，在對(duì)庫(kù)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，總庫(kù)容為1179.8萬(wàn)m3,在對(duì)上水庫(kù)的建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)中，其中包含生態(tài)放水、副壩、主壩等，采用黏土心墻堆石方案進(jìn)行設(shè)計(jì)(典型斷面分別見(jiàn)圖1-2);泄洪方式采用泄洪洞結(jié)合導(dǎo)流洞方案;上水庫(kù)庫(kù)周大部分為全風(fēng)化土，最不利工況下最大滲流量約為5128m3/d, 通過(guò)對(duì)全風(fēng)化土采用混凝土防滲墻、對(duì)基巖采用帷幕灌漿的聯(lián)合處理方式，滲流量可減至2797.6m3/d, 滿足規(guī)范規(guī)定每晝夜?jié)B流量≤總庫(kù)容的0.5‰的要求。

　　3.1.1、 壩頂高程確定

　　根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2020)及《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL5180-2003)的相關(guān)規(guī)定，壩頂在水庫(kù)靜水位以上的超高按下式確定：

　　y=R+e+A (1)

　　式中：y為壩頂超高，m; R為最大波浪在壩坡上的爬高;R為最大風(fēng)壅水面高度，m; A為安全加高，m, 結(jié)合本工程實(shí)際情況，正常及設(shè)計(jì)運(yùn)行工況取1.5m, 校核工況取1.0m。

　　壩頂高程等于水庫(kù)靜水位和壩頂超高之和，應(yīng)按設(shè)計(jì)洪水位、正常蓄水位或校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高并取最大值，壩頂超高計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2,結(jié)果表明：防浪墻頂高程最大值為616.2m, 因壩頂與公路連接，為保證景觀要求，根據(jù)同類工程經(jīng)驗(yàn)，混凝土防浪墻兼花槽高度取0.6m, 防浪墻頂設(shè)不銹鋼欄桿，故確定上水庫(kù)壩頂高程為615.6m, 防浪墻頂高程為616.2m。

　　3.1.2 、基礎(chǔ)處理

　　壩基開(kāi)挖：壩基開(kāi)挖深度一般為坡積層以下2-3m, 開(kāi)挖邊坡坡積層為1∶1.8,全風(fēng)化土層為1∶1.5。對(duì)于全風(fēng)化較厚的部位，上下游堆石區(qū)基礎(chǔ)置于全風(fēng)化硬塑土上，對(duì)全風(fēng)化土較薄的部位，上下游堆石區(qū)基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化基巖，黏土心墻基礎(chǔ)開(kāi)挖到強(qiáng)風(fēng)化層1m; 對(duì)于全風(fēng)化較厚的部位，黏土心墻基礎(chǔ)置于全風(fēng)化層。

　　壩基防滲：對(duì)于心墻基礎(chǔ)為強(qiáng)風(fēng)化基巖的，要求開(kāi)挖強(qiáng)風(fēng)化基巖深1m, 在黏土心墻基礎(chǔ)設(shè)1m厚的混凝土蓋重，強(qiáng)風(fēng)化基巖其它部位噴水泥砂漿，沿壩軸線進(jìn)行防滲帷幕灌漿;對(duì)壩高超30m以上的黏土心墻基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿采用梅花型布置，深入基巖6m, 間距3×3m。對(duì)全風(fēng)化土較厚的部位，黏土心墻基礎(chǔ)開(kāi)挖到全風(fēng)化層2-3m, 基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻+帷幕灌漿方案，混凝土防滲墻厚0.6m, 混凝土防滲墻頂部伸入黏土心墻3m, 其底部深入強(qiáng)風(fēng)化基巖0.5m。帷幕灌漿布置一排，孔距1.5m。施工順序?yàn)橄然炷�土防滲墻后帷幕灌漿，最后進(jìn)行壩體填筑。

　　3.1.3、 壩體滲流穩(wěn)定分析

　　采用武漢大學(xué)SeepV3.0滲流計(jì)算軟件對(duì)主、副壩進(jìn)行滲流穩(wěn)定分析[2],計(jì)算斷面見(jiàn)圖3。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2020)中相關(guān)規(guī)定來(lái)確定水位組合情況：①上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位;②上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位;③上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位;④庫(kù)水位降落時(shí)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。計(jì)算結(jié)果表明：前三種工況下，單寬最大滲流量為3.90m3/d, 而黏土心墻滲透比降J=0.468-1.768,對(duì)于良好壓實(shí)的黏土，容許滲透比降為4。由于黏土心墻滲透比降小于容許值，表明黏土心墻堆石(渣)壩的滲流量和滲透穩(wěn)定均滿足要求。

　　3.2、 輸水系統(tǒng)布置

　　在對(duì)輸水系統(tǒng)進(jìn)行布置與優(yōu)化中，則需要將1管4機(jī)的供水機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，在設(shè)置尾水調(diào)壓機(jī)制的視角下，可通過(guò)豎井、斜井的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，滿足輸水控制需求。輸水系統(tǒng)在搭建與優(yōu)化中，則采用襯砌型式，并對(duì)壓力鋼管進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在利用鋼筋混凝土的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)襯砌的綜合控制效果提升。

　　3.3、 廠房系統(tǒng)及開(kāi)關(guān)站布置

　　廠房系統(tǒng)及開(kāi)關(guān)站布置中，則需要從地下廠房以及主變線路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)廠房電網(wǎng)、交通路徑以及排水管道等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)廠房系統(tǒng)的綜合控制效果提升。在對(duì)廠房的整體功能進(jìn)行優(yōu)化中，則需要對(duì)廠房結(jié)構(gòu)以及整體布局設(shè)計(jì)等進(jìn)行優(yōu)化，提高廠房設(shè)計(jì)水平。其中，地下廠房由主機(jī)間、副廠房、安裝場(chǎng)及風(fēng)機(jī)室組成。主機(jī)間長(zhǎng)108.5m, 寬25.5m (吊車梁以上廠房寬26.5m),高57.9m, 拱頂高程83.4m。廠房?jī)?nèi)裝設(shè)4臺(tái)320MW機(jī)組，水輪機(jī)吸出高度為-66m, 安裝高程為42.0m, 機(jī)組間距為24m。副廠房布置在主機(jī)間右側(cè)，長(zhǎng)23m, 寬25.5m, 高39.55m (由透平油處理室底板底部算起),共分7層。

　　4 、結(jié) 語(yǔ)

　　結(jié)合清遠(yuǎn)抽水蓄能電站設(shè)計(jì)實(shí)際，對(duì)樞紐布置及主要建筑物設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論述，重點(diǎn)對(duì)上水庫(kù)壩頂高程計(jì)算、地基處理、壩體滲流穩(wěn)定、壩坡穩(wěn)定及應(yīng)力應(yīng)變情況進(jìn)行了分析。清遠(yuǎn)抽水蓄能電站建筑物組成復(fù)雜，設(shè)計(jì)和施工難度大。針對(duì)樞紐工程特定的建設(shè)條件，確定了各主要建筑物合理的布置方案和處理措施。工程自投運(yùn)以來(lái)，始終保持安全高效穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮著“穩(wěn)壓器”“調(diào)節(jié)器”和“超級(jí)充電寶”的重要作用，為大灣區(qū)的電力供應(yīng)保駕護(hù)航。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站可行性研究報(bào)告[R]廣州:廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院, 2007.

　　[2]馮仕能,李幼勝洪屏抽水蓄能電站樞紐布置優(yōu)選論述[J.水力發(fā)電, 2016,42(08):1-5.

　　[3]寧永升,胡育林.胡旺興,等溧陽(yáng)抽水蓄能電站樞紐布置設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電, 2013,39(03)-29-31.

　　《清遠(yuǎn)抽水蓄能電站樞紐布置設(shè)計(jì)論述》來(lái)源：《黑龍江水利科技》，作者：鄧旭云