基于土石方平衡計算的抽水蓄能電站轉(zhuǎn)存場規(guī)模確定

李葉

（遼寧省河庫管理服務(wù)中心（遼寧省水文局），遼寧 沈陽 110000）

1 工程概況

抽水蓄能電站建筑物繁多，開挖量巨大，主要建筑物一般包括上水庫擋水建筑物、上水庫進/出水口、壓力管道、地下廠房、主變洞、尾水事故閘門室、尾水隧洞、尾水調(diào)壓室、下水庫進/出水口、下水庫擋水建筑物、下水庫泄洪建筑物和補水系統(tǒng)等。

遼寧XC 抽水蓄能電站的上水庫大壩為瀝青混凝土面板堆石壩，庫盆采用瀝青混凝土面板全庫防滲；下水庫大壩為混凝土面板堆石壩，左岸壩端布置岸邊溢洪道，左岸山體內(nèi)布置泄洪放空洞。輸水系統(tǒng)總長2 247.39 m，其中，引水系統(tǒng)長1 111.59 m，尾水系統(tǒng)長1 135.80 m。地下廠房采用中部布置方式，主廠房洞室開挖尺寸為169.00 m×27.00 m×56.00 m（長×寬×高，下同），主變洞開挖尺寸為142.40 m×21.20 m×23.50 m。

本文以下水庫施工區(qū)土石方平衡分析為例，給出基于土石方平衡規(guī)劃的下水庫石料轉(zhuǎn)存料場、下水庫毛料轉(zhuǎn)存料場、下水庫棄渣渣場規(guī)模。

2 料源概況

工程下水庫大壩壩基、溢洪道及泄洪放空兼導(dǎo)流洞弱風(fēng)化明挖料開挖數(shù)量較少，且開挖深度較淺，難以將有用料剝離出來，除用作下水庫大壩圍堰填筑外，均作棄料處理。下水庫區(qū)大壩填筑料主要利用廠房及輸水系統(tǒng)（上斜井～尾水主洞部分）地下洞室開挖料及下水庫進/出水口開挖料；下水庫施工區(qū)混凝土骨料主要利用廠房及輸水系統(tǒng)（上斜井～尾水主洞部分）地下洞室開挖料。根據(jù)地勘成果，以上部位開挖料作為大壩填筑料及人工混凝土骨料，原巖的各項指標均滿足質(zhì)量技術(shù)要求。

根據(jù)NB/T 10238—2019《水電工程料源選擇與料場開采設(shè)計規(guī)范》中的計算公式：

式中：V石料設(shè)計——石料設(shè)計需要量，m3；V骨料——混凝土設(shè)計需要量，m3，以自然方計；V填筑料——填筑料設(shè)計需要量，m3，以自然方計；K1——開采損耗補償系數(shù)；K2——運輸損耗補償系數(shù)；K3——轉(zhuǎn)存損耗補償系數(shù)；K4——加工損耗補償系數(shù)；K5——作業(yè)面損耗補償系數(shù)，K1～K5取值見表1；V——混凝土設(shè)計工程量，即混凝土澆筑后的方量，m3，以成品方計；D——由試驗推薦的每立方米混凝土的骨料用量，該工程取2 200 kg/m3；γ天然——骨料料源天然密度，該工程取2 600 kg/m3；Vi——各種填筑料設(shè)計工程量，m3，即填筑后的方量，主要包括壩體堆石料、反濾料、過渡料等；Ni——折方系數(shù)，與Vi對應(yīng)。

表1 損耗補償系數(shù)表[1]

根據(jù)公式（1）—（3），計算得到該工程下水庫施工區(qū)大壩填筑工程量、設(shè)計需要量，見表2，下水庫施工區(qū)混凝土骨料毛料設(shè)計需要量為48.31萬m3。

表2 下水庫施工區(qū)填筑工程量表 萬m3

3 土石方平衡規(guī)劃原則

土石方平衡規(guī)劃綜合考慮工程開挖料利用要求、各渣場位置、容量、出渣運距及中轉(zhuǎn)料回采利用等因素，結(jié)合環(huán)保、水保要求進行，并遵循以下原則[2]。

1）根據(jù)工程開挖區(qū)的地形地質(zhì)條件、開挖料的質(zhì)量特性和工程建筑材料的技術(shù)要求，填筑料和混凝土骨料料源盡量利用工程開挖料。

2）分析施工進度計劃，開挖料宜直接用于填筑，減少周轉(zhuǎn)渣料數(shù)量。

3）根據(jù)工程開挖料利用要求，合理規(guī)劃暫存場和棄渣場，使周轉(zhuǎn)填筑料和棄渣料運輸順暢、運距短。

4）根據(jù)各種開挖料的性狀，合理確定棄渣松散系數(shù)和填筑料壓實系數(shù)，以及工程總棄渣量和利用量。

5）根據(jù)開挖利用料來源和施工特點，合理計入施工作業(yè)損耗。

4 土石方平衡計算

下水庫施工區(qū)主要開挖部位有下水庫大壩、下水庫泄洪建筑物、下水庫進/出水口、輸水系統(tǒng)（上斜井～尾水主洞）、地下廠房系統(tǒng)，以及2～5 號施工支洞等。

下水庫施工區(qū)總開挖量為322.12 萬m3，其中，土方開挖44.28 萬m3，石方明挖164.03 萬m3，石方暗挖113.81萬m3。用于下水庫大壩填筑84.13萬m3（包含各種損耗，下同），用于下水庫混凝土人工骨料48.31 萬m3，用于導(dǎo)流填筑7.52 萬m3（主要為開挖石渣），用于下水庫臨建場平工程17.10 萬m3（主要為開挖石渣），合計利用157.06 萬m3。棄渣總量為165.06 萬m3，換算成松方為230.19 萬m3。以上開挖量與利用量均為自然方。

5 堆（存轉(zhuǎn)）棄渣場規(guī)劃

5.1 下水庫石料轉(zhuǎn)存料場規(guī)劃

根據(jù)施工規(guī)劃，下水庫大壩所需填筑料主要利用下水庫進/出水口開挖料及地下系統(tǒng)洞挖料，洞挖料需通過控制爆破且滿足級配要求后上壩。根據(jù)施工進度安排，除主副廠房、主變洞、下水庫進/出水口部分開挖料可直接上壩外，其余開挖料均需暫存后填筑。經(jīng)過土石方平衡規(guī)劃，下水庫大壩填筑料共需暫存毛料28.55 萬m3（自然方，包含各種損耗，下同）。經(jīng)動態(tài)平衡分析，下水庫石料轉(zhuǎn)存料場高峰總存料量約為28.55 萬m3，換算松方為41.40 萬m3。

此次在下水庫大壩上游左、右岸坡地設(shè)置石料轉(zhuǎn)存料場1 區(qū)及2 區(qū)，用以暫存下水庫大壩次堆、過渡料及干砌石護坡部分填筑料。石料轉(zhuǎn)存料場1區(qū)、2區(qū)規(guī)劃容量分別為25.00和30.00萬m3，合計規(guī)劃容量為55.00 萬m3，滿足暫存需要。

5.2 下水庫毛料轉(zhuǎn)存料場規(guī)劃

下水庫施工區(qū)所需墊層料及混凝土人工骨料主要利用下水庫及地下系統(tǒng)施工區(qū)洞挖料，不足部分由上水庫施工區(qū)洞挖料補充，所需毛料需全部暫存后通過下水庫砂石加工系統(tǒng)進行加工，共計需暫存毛料56.45 萬m3，其中，混凝土骨料毛料設(shè)計需要量為48.31 萬m3；墊層料毛料設(shè)計需要量為8.14 萬m3。

下水庫毛料轉(zhuǎn)存料場1 區(qū)及2 區(qū)分別位于下水庫砂石加工系統(tǒng)北、南側(cè)，經(jīng)動態(tài)平衡分析，轉(zhuǎn)存料場高峰總存料量約為37.01 萬m3，轉(zhuǎn)換松方為53.66 萬m3。此次設(shè)計下水庫毛料轉(zhuǎn)存料場1 區(qū)、2 區(qū)規(guī)劃容量（松方）分別為25.00，34.00 萬m3，合計規(guī)劃容量為59.00 萬m3，滿足暫存需要。

5.3 下水庫棄渣場規(guī)劃

下水庫施工區(qū)棄渣總量為165.06 萬m3，換算成松方為230.19 萬m3。主要容納下水庫大壩、下水庫泄洪建筑物、下水庫進/出水口、輸水系統(tǒng)上斜井、尾水主洞部分及地下廠房系統(tǒng)和場內(nèi)公路等部位的棄渣。

下水庫棄渣場位于下水庫大壩西南側(cè)，距離下水庫大壩直線距離約0.8 km，規(guī)劃容量為259.00萬m3（松方）。下水庫施工區(qū)總設(shè)計棄渣量為230.19 萬m3（松方），下水庫棄渣場總堆渣容量滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)語

本文以遼寧XC 抽水蓄能電站為例，基于土石方平衡成果，統(tǒng)籌多種渣料的利用與堆棄，分析確定松實方轉(zhuǎn)換及損耗補償系數(shù)，從而較準確地計算整個工程渣料的開挖量、利用量、轉(zhuǎn)存量和棄渣量，對于一般抽水蓄能電站工程均具有很好的普適性。該成果可以為后續(xù)渣場選址及占地規(guī)劃提供更有力的依據(jù)。