摘 要：　結合清遠抽水蓄能電站設計情況，對樞紐及其主要建筑物(如上水庫、輸水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)及開關站、下水庫及永久公路等)的布置進行了論述，并重點分析了上水庫的壩頂高程、基礎處理、壩體滲流穩(wěn)定、壩坡穩(wěn)定和應力應變發(fā)展等，結果表明：樞紐主要建筑物布置合理，上水庫主、副壩滿足滲流和結構穩(wěn)定要求。

　　關鍵詞 : 抽水蓄能電站;樞紐布置;主要建筑物;上水庫;壩體;

　　1 、工程概況

　　隨著廣東省經濟的高速發(fā)展，已有的電力負荷逐漸難以滿足用電需求。為進一步推動區(qū)域經濟發(fā)展，提升廣東電力系統(tǒng)調峰能力，擴容南方電網(wǎng)的“電力儲存糧倉”,清遠抽水蓄能電站的建設迫在眉睫。位于珠江三角洲西北部的清遠抽水蓄能電站坐落于廣東省清遠市清新縣太平鎮(zhèn)，與廣州直線距離75km[1]。該項目工程任務為：承擔電力系統(tǒng)調峰填谷、調頻調相以及緊急事故備用，改善電力系統(tǒng)內包括西電電源的運行條件，提升電能質量，優(yōu)化電源結構，有效保障廣東電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行。

　　電站樞紐工程布設有4臺單機容量320MW的可逆式水泵水輪機組，總裝機容量達到1280MW,最高凈水頭502.7m。根據(jù)《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》(DL5180-2003)中對電站裝機容量的規(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、下水庫大壩、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群、地面開關站及永久公路等。其中，水庫大壩設計洪水標準為500a一遇、校核洪水標準為5000a一遇;水庫泄水建筑物消能防沖設計洪水標準為100a一遇;廠房及其附屬建筑物設計洪水標準為200a一遇，校核洪水標準為1000a一遇。上水庫正常蓄水位612.5m, 可調節(jié)庫容1055萬m3;下水庫正常蓄水位137.7m, 可調節(jié)庫容1058萬m3。

　　清遠抽水蓄能電站站址條件好，水頭高、庫容大、水源充足、地質條件好、環(huán)境影響少，工程于2006年選點規(guī)劃，2010年開工建設，2016年四臺機組全面投產發(fā)電。工程投產至今，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)質的電力服務。

　　2、 建設條件

　　2.1、 水文條件

　　清遠抽水蓄能電站選址于清遠市清新縣的秦皇河上游，上水庫位于清新縣龍頸鎮(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流域，其中0.601km2屬于北江一級支流秦皇河，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。下水庫地處清遠市清新縣太平鎮(zhèn)龍灣村委境內的麻竹腳，與清新縣城直線距離25km。下水庫為峽谷型水庫，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，下接大秦水庫庫尾，整體地勢呈現(xiàn)為北高南低。下水庫庫盆地表高程普遍處于80m以上，北、西、東三面均為中低山，坡勢較陡，植被較豐富，分水嶺高程普遍于300-638m區(qū)間分布。

　　2.2 、地質條件

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

　　3 、樞紐布置及主要建筑物設計

　　在對樞紐布置以及建筑物結構等方面進行優(yōu)化中，則可以通過建筑結構設計以及整體樞紐布局設計的方式，對調壓過程以及書庫設計等方面進行優(yōu)化，提高項目的輸水發(fā)電布置水平提升。

　　3.1 、上水庫布置

　　在對上水庫進行布置與優(yōu)化的過程中，則需要從庫容到落差都進行設計，水庫的水位最大落差為25.5m, 所以，在對庫容進行設計的過程中，總庫容為1179.8萬m3,在對上水庫的建筑物進行設計中，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行設計(典型斷面分別見圖1-2);泄洪方式采用泄洪洞結合導流洞方案;上水庫庫周大部分為全風化土，最不利工況下最大滲流量約為5128m3/d, 通過對全風化土采用混凝土防滲墻、對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)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2020)及《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》(DL5180-2003)的相關規(guī)定，壩頂在水庫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為最大風壅水面高度，m; A為安全加高，m, 結合本工程實際情況，正常及設計運行工況取1.5m, 校核工況取1.0m。

　　壩頂高程等于水庫靜水位和壩頂超高之和，應按設計洪水位、正常蓄水位或校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高并取最大值，壩頂超高計算結果見表2,結果表明：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)同類工程經驗，混凝土防浪墻兼花槽高度取0.6m, 防浪墻頂設不銹鋼欄桿，故確定上水庫壩頂高程為615.6m, 防浪墻頂高程為616.2m。

　　3.1.2 、基礎處理

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

　　壩基防滲：對于心墻基礎為強風化基巖的，要求開挖強風化基巖深1m, 在黏土心墻基礎設1m厚的混凝土蓋重，強風化基巖其它部位噴水泥砂漿，沿壩軸線進行防滲帷幕灌漿;對壩高超30m以上的黏土心墻基礎進行固結灌漿，固結灌漿采用梅花型布置，深入基巖6m, 間距3×3m。對全風化土較厚的部位，黏土心墻基礎開挖到全風化層2-3m, 基礎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, 其底部深入強風化基巖0.5m。帷幕灌漿布置一排，孔距1.5m。施工順序為先混凝土防滲墻后帷幕灌漿，最后進行壩體填筑。

　　3.1.3、 壩體滲流穩(wěn)定分析

　　采用武漢大學SeepV3.0滲流計算軟件對主、副壩進行滲流穩(wěn)定分析[2],計算斷面見圖3。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2020)中相關規(guī)定來確定水位組合情況：①上游正常蓄水位與下游相應的最低水位;②上游設計洪水位與下游相應的水位;③上游校核洪水位與下游相應的水位;④庫水位降落時上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。計算結果表明：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,對于良好壓實的黏土，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

　　在對輸水系統(tǒng)進行布置與優(yōu)化中，則需要將1管4機的供水機制進行優(yōu)化，在設置尾水調壓機制的視角下，可通過豎井、斜井的設計與優(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，并對壓力鋼管進行設計與優(yōu)化，在利用鋼筋混凝土的基礎上，可實現(xiàn)襯砌的綜合控制效果提升。

　　3.3、 廠房系統(tǒng)及開關站布置

　　廠房系統(tǒng)及開關站布置中，則需要從地下廠房以及主變線路設計的基礎上，對廠房電網(wǎng)、交通路徑以及排水管道等方面進行優(yōu)化設計，從而實現(xiàn)廠房系統(tǒng)的綜合控制效果提升。在對廠房的整體功能進行優(yōu)化中，則需要對廠房結構以及整體布局設計等進行優(yōu)化，提高廠房設計水平。其中，地下廠房由主機間、副廠房、安裝場及風機室組成。主機間長108.5m, 寬25.5m (吊車梁以上廠房寬26.5m),高57.9m, 拱頂高程83.4m。廠房內裝設4臺320MW機組，水輪機吸出高度為-66m, 安裝高程為42.0m, 機組間距為24m。副廠房布置在主機間右側，長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 語

　　結合清遠抽水蓄能電站設計實際，對樞紐布置及主要建筑物設計方案進行了論述，重點對上水庫壩頂高程計算、地基處理、壩體滲流穩(wěn)定、壩坡穩(wěn)定及應力應變情況進行了分析。清遠抽水蓄能電站建筑物組成復雜，設計和施工難度大。針對樞紐工程特定的建設條件，確定了各主要建筑物合理的布置方案和處理措施。工程自投運以來，始終保持安全高效穩(wěn)定運行，發(fā)揮著“穩(wěn)壓器”“調節(jié)器”和“超級充電寶”的重要作用，為大灣區(qū)的電力供應保駕護航。

　　參考文獻

　　[1]廣東省水利電力勘測設計研究院廣東清遠抽水蓄能電站可行性研究報告[R]廣州:廣東省水利電力勘測設計研究院, 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,等溧陽抽水蓄能電站樞紐布置設計[J].水力發(fā)電, 2013,39(03)-29-31.

　　《清遠抽水蓄能電站樞紐布置設計論述》來源：《黑龍江水利科技》，作者：鄧旭云