山區(qū)抽水蓄能電站上壩公路方案比選分析

宋世磊

（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市 200335）

0 引言

近年來，抽水蓄能電站作為經(jīng)濟(jì)、清潔的大規(guī)模儲(chǔ)能方式，具有啟停靈活、反應(yīng)迅速、調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、緊急事故備用等優(yōu)勢(shì)，受到國(guó)家大力支持。上壩公路是電站建設(shè)前期的關(guān)鍵性先導(dǎo)工程，是大壩主體施工的主要通道，也是制約電站能否按時(shí)發(fā)電的重要因素。上壩公路的設(shè)計(jì)需要從地質(zhì)條件、線形指標(biāo)、工程造價(jià)、施工工期、環(huán)境保護(hù)、施工與養(yǎng)護(hù)難度等多因素綜合考慮。

現(xiàn)以國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站工程為例，對(duì)其水庫(kù)上壩公路路線方案進(jìn)行比選分析。經(jīng)過多方案、多角度論證，選出最佳上壩公路設(shè)計(jì)方案。經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)方案，能最大限度地保證工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。

1 工程概況

該抽水蓄能電站上水庫(kù)位于兩山之間的溝谷之中，為一馬鞍型的地形分水嶺，沿溝谷南北兩側(cè)筑壩，東西兩側(cè)開挖擴(kuò)容成庫(kù)。正常蓄水位1512.0 m，正常蓄水位以下庫(kù)容647萬m3，死水位1 476.00 m，死庫(kù)容16萬m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容630萬m3。主要建筑物包括：主壩、副壩、全庫(kù)盆防滲系統(tǒng)、環(huán)庫(kù)道路。主壩、副壩均為瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 509.00 m，壩頂寬8 m，其中主壩最大壩高約111 m，壩頂長(zhǎng)度324 m，副壩最大壩高約106 m，壩頂長(zhǎng)度370 m。庫(kù)區(qū)防滲面積約28.99萬m2（含主壩、副壩面板）。

工程區(qū)處于上揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)，近場(chǎng)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要為紅砂坡斷層和建始斷層，不屬于晚更新世以來活動(dòng)的斷層。第四系以來，工作區(qū)仍以大面積、間隙性升降運(yùn)動(dòng)為主，局部地區(qū)顯示較強(qiáng)烈的斷塊差異運(yùn)動(dòng)，塑造出相應(yīng)的地貌形態(tài)，并有為數(shù)不多的中強(qiáng)地震發(fā)生。工程場(chǎng)址區(qū)無區(qū)域性斷裂通過。工程區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造以褶皺為主，主要有一級(jí)褶皺官渡向斜和橫石溪背斜，以及官渡向斜次級(jí)褶皺天井峽向斜、遲谷峽背斜和橫石溪背斜次級(jí)褶皺廟灣背斜、明堂向斜?；镜卣饎?dòng)峰值加速度為40.9gal，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。另?yè)?jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），工程場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震基本烈度為Ⅵ度。上水庫(kù)壩址5 km范圍內(nèi)沒有活動(dòng)斷層，地震震級(jí)小于5級(jí)，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定分級(jí)屬于穩(wěn)定性好。

2 上壩公路方案

2.1 路線起、終點(diǎn)

抽水蓄能電站與人們常見的一般性水電站工程不同，它具有一定的選址特殊性：上、下水庫(kù)之間必須存在較大的高差，以保證上水庫(kù)水頭能夠產(chǎn)生的巨大勢(shì)能，從而能夠發(fā)揮抽水蓄能電站的優(yōu)勢(shì)[2]。因此，上壩公路也具有類似的特殊性，它必須從低處克服巨大高差，通過持續(xù)爬坡，最終到達(dá)上水庫(kù)壩址。

為了便于設(shè)計(jì)，選擇上壩公路起點(diǎn)為進(jìn)場(chǎng)公路設(shè)計(jì)終點(diǎn)，設(shè)計(jì)高程約為1 045 m，終點(diǎn)為大壩壩址東南側(cè)“Z”字型道路入口處，設(shè)計(jì)高程約為1 480 m，起、終點(diǎn)高差約435 m，按照平均縱坡5.5%控制，該工程路線總長(zhǎng)度應(yīng)控制在7.9 km左右。

2.2 道路設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)、等級(jí)及技術(shù)指標(biāo)

上壩公路雖稱之為公路，但它卻不同于一般性公路。上壩公路的功能主要是連接大壩與外界的交通道路。施工期，主要用于施工車輛通行，是施工建設(shè)的關(guān)鍵工程。運(yùn)維期，主要是運(yùn)維車輛通行。其功能與作用明顯不同于一般公路。因此，不宜采用公路行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，而應(yīng)該采用水利水電行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。這樣，上壩公路采用《水電水利工程場(chǎng)內(nèi)施工道路技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5243—2010）中場(chǎng)內(nèi)主要道路三級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)速度取用20 km/h，圓曲線最小半徑15 m，不設(shè)超高的圓曲線最小半徑100 m，最大縱坡9%，停車視距20 m，會(huì)車視距40 m，凹、凸豎曲線最小半徑200 m，最小坡長(zhǎng)60 m，隧道內(nèi)最大縱坡按照6%控制，連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段，應(yīng)該設(shè)置3%緩和坡段。

路基橫斷面設(shè)計(jì)采用雙車道，路基寬度7.5 m，路面寬度6.5 m，兩側(cè)路肩寬度0.5 m，雙向路拱橫坡2%，路面結(jié)構(gòu)采用水泥混凝土路面，面層采用20 cmC30水泥混凝土，基層采用20 cm5%水泥穩(wěn)定碎石，底基層采用15 cm級(jí)配碎石。

路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖見圖1所示。

圖1 路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

3 方案比選分析

3.1 推薦線方案

由于該工程建設(shè)是PPP項(xiàng)目，建設(shè)單位要求建設(shè)周期縮短，工程建設(shè)投資要求不高，所以經(jīng)過多方案比選，推薦線路線方案為路基加隧道，無橋梁。路線起點(diǎn)東側(cè)山體較陡，地面坡度多為50度以上，如路基方案穿過，挖方量將巨大，且施工難度大，爬坡效果不好。對(duì)此，宜采用隧道繞行方案，爬坡效果顯著。路線起點(diǎn)至K1+080段設(shè)置左轉(zhuǎn)彎隧道，半徑150 m，路線在緩坡處出洞后，沿山坡布線，在緩坡平坦處設(shè)置3個(gè)回頭曲線繼續(xù)爬坡，在K3+530至K4+680路段設(shè)置左轉(zhuǎn)彎隧道穿過山體，半徑160 m，出洞后路基明線布線，在K4+990至K5+755路段設(shè)置直線隧道穿過山體，出洞后路基明線布線，到達(dá)路線終點(diǎn)，路線全長(zhǎng)7 380 m，路基總長(zhǎng)4 385 m，隧道總長(zhǎng)2 995 m。推薦線路線方案圖見圖2所示。

圖2 推薦線路線方案圖

路基明線最大縱坡9%，隧道最大縱坡6%，路線縱斷面圖見圖3所示。

圖3 推薦線路線縱斷面圖

3.2 A比較線方案

A比較線路線方案為路基加隧道，無橋梁。路線起點(diǎn)西側(cè)山體較陡，地面坡度多為50度以上，如路基方案穿過，挖方量將巨大，且施工難度大，爬坡效果不好。為此，宜采用隧道繞行方案，爬坡效果顯著。路線起點(diǎn)至K1+250段設(shè)置兩個(gè)右轉(zhuǎn)彎隧道，兩個(gè)圓曲線半徑均為100 m，路線在緩坡處出洞后，沿山坡布線，在緩坡平坦處設(shè)置1個(gè)回頭曲線，與K推薦線相接，終點(diǎn)樁號(hào)AK2+900=推薦線K2+920，路線全長(zhǎng)2 900 m，其中路基總長(zhǎng)1 650 m，隧道總長(zhǎng)1 250 m，對(duì)應(yīng)推薦線全長(zhǎng)2 920 m，其中路基總長(zhǎng)1 840 m，隧道總長(zhǎng)1 080 m。A比較線路線方案圖見圖4所示。

圖4 A比較線路線方案圖

路基明線最大縱坡9%，隧道最大縱坡6%，路線縱斷面圖見圖5所示。

圖5 A比較線路線縱斷面圖

3.3 B比較線方案

B比較線路線方案為路基，無橋梁。路線起點(diǎn)樁號(hào)為BK4+700=推薦線樁號(hào)K4+700，路線出隧道后，沿山坡向西、向南展線，終點(diǎn)樁號(hào)BK6+110=推薦線K6+425，路線全長(zhǎng)1 410 m，全線皆為路基，無隧道，對(duì)應(yīng)推薦線全長(zhǎng)1 725 m，其中路基總長(zhǎng)960 m，隧道總長(zhǎng)765 m。B比較線路線方案圖見圖6所示。

圖6 B比較線路線方案圖

路基明線最大縱坡9%，路線縱斷面圖見圖7所示。

圖7 B比較線路線縱斷面圖

3.4 方案比選與分析

路線方案主要從地質(zhì)條件、線形指標(biāo)、工程造價(jià)、施工工期、環(huán)境保護(hù)、施工與養(yǎng)護(hù)難度等六個(gè)因素進(jìn)行比選。

比選分析采用打分累計(jì)法，假定此類一般工程各因素分值均為60分，各因素采用由優(yōu)到劣5個(gè)等級(jí)，等級(jí)自高而低分別為100分、80分、60分、40分、20分，計(jì)算各因素分?jǐn)?shù)的總和，總得分最高者確定為最佳路線方案。

3.4.1 A比較線方案比選

A比較線樁號(hào)范圍：AK0+000～AK2+900，對(duì)應(yīng)推薦線K0+000～K2+920，盡管A線總長(zhǎng)度比K線短20 m，路基展線短于K線，且路線布線比較分散，環(huán)境破壞小于K線，路基段線形指標(biāo)優(yōu)于K線，但是A線隧道長(zhǎng)了170 m，隧道線形指標(biāo)遠(yuǎn)低于K線，隧道內(nèi)行車安全性低于K線，工程造價(jià)偏高，施工工期長(zhǎng)，施工與養(yǎng)護(hù)難度大，綜合比較分析，推薦K線。

A比較線與推薦線比選分析情況見表1所列。

表1 A比較線與推薦線比選分析表

3.4.2 B比較線方案比選

B比較線樁號(hào)范圍：BK4+700～BK6+110，對(duì)應(yīng)推薦線K4+700～K6+425，盡管B線總長(zhǎng)度比K線短315 m，工程造價(jià)偏低，施工工期短，施工與養(yǎng)護(hù)難度低，但是線形指標(biāo)低于K線，平均縱坡大于K線，由于B線布線的山體坡度較陡，坡度多為45～60度之間，路基開挖后多為深挖路塹邊坡，環(huán)境破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于K線，綜合比較分析，推薦K線。

B比較線與推薦線比選分析情況見表2所列。

表2 B比較線與推薦線比選分析表

6 結(jié)語

（1）山區(qū)抽水蓄能電站上壩公路是整個(gè)電站建設(shè)的關(guān)鍵性先導(dǎo)工程，必須提前策劃、設(shè)計(jì)與施工，否則將會(huì)影響電站的投產(chǎn)發(fā)電。

（2）上壩公路設(shè)計(jì)方案必須綜合考慮地質(zhì)條件、線形指標(biāo)、工程造價(jià)、施工工期、環(huán)境保護(hù)、施工與養(yǎng)護(hù)難度等因素，經(jīng)過方案比選與分析，才能選出更合理、更優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

（3）工程建設(shè)必須要堅(jiān)持人與自然和諧、保護(hù)環(huán)境的原則[3]，不能以破壞環(huán)境換取經(jīng)濟(jì)效益，必須要有大局觀，堅(jiān)持綠色、生態(tài)、環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展理念。