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)
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。