淺談河南五岳抽水蓄能電站施工組織設計

潘軍偉

（河南新華五岳抽水蓄能發電有限公司）

關鍵詞：抽水蓄能電站　施工組織設計　總布置

1 工程概述

五岳抽水蓄能電站位于河南信陽市光山縣殷棚鄉境內，電站距光山縣城42km，距信陽市70km，距武漢市130km。對外交通條件較便利。

本工程總裝機容量1000MW，為Ⅱ等大（2）型工程。樞紐建筑物主要由上庫混凝土面板堆石壩、下庫攔沙壩、電站進/出水口、輸水隧洞、地下廠房和地面開關站等建筑物組成。

上水庫位于五岳水庫西支主支源頭牢山寨，利用天然地形開挖成庫，庫盆防滲采用庫周鋼筋混凝土面板、庫底垂直帷幕防滲方案。上水庫主要建筑物有大壩及輸水系統進/出水口，無泄水建筑物。上水庫總庫容1016.0萬m³，大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高128.20m。下水庫庫容1.31億m³，大壩為黏土心墻砂殼壩，最大壩高28.8m。

輸水及發電廠房布置于牢山寨與五岳水庫西支溝庫尾之間的地段，采用一洞二機供水方式，輸水系統總長度1679.3m。廠房（包括主機間和安裝間）的開挖尺寸為134.5m×25m×53.3m（長×寬×高）。

下水庫利用已建成的五岳水庫，其樞紐由主壩、5座副壩、溢洪道、副溢洪道、輸水洞、渠首閘、輸水洞泄洪閘、引水洞等組成。

本工程計劃總工期為72個月（不含籌建期1年），其中凈施工準備期6個月，主體工程施工期54個月，完建期12個月。

2 工程施工特點

（1）本工程關鍵控制項目地下廠房及輸水系統洞室群具有以下特點：規模大、地下洞室多；施工作業風險源較多；土建施工項目多，施工難度大；機電安裝設備繁多，協調和管理難度大；工期長，工程量大，工程任務重等。

（2）上水庫混凝土面板堆石壩施工重點及難點是如何有效地利用開挖料，優化土石方的動態調配平衡，提高開挖利用料的直接上壩率，以減少二次轉運量及堆存場占地，節省工程投資。

（3）地下廠房埋藏深、跨度大、邊墻高、交叉洞室多，施工支洞及通道規劃、通風散煙、高邊墻及斷層破碎帶開挖穩定問題、廠房巖錨吊車梁施工，是地下廠房系統的施工難點和重點。

（4）上庫主體工程所需混凝土骨料料源選用上庫庫盆開挖的花崗巖料，該料儲量豐富，對混凝土溫控及防裂有利，且不具有堿活性。

（5）上、下庫施工場地緊缺，施工場地布置困難。

3 施工導流

3.1 上庫施工導流

上庫施工導流包括混凝土面板堆石壩施工導流和引水系統進/出水口施工導流。上庫主壩布置在兩條較平緩的沖溝上，根據地形、地質條件，結合河流水文氣象特性及樞紐布置特點，大壩施工不適合采用分期導流方式；若采用涵管導流，兩條沖溝均需布置涵管，工程量較大，且涵管埋在壩下，為大壩的一部分，對涵管的接頭、防滲、涵管與壩體的連接等要求較高，涵管導流運行期容易引起振動，若處理不好，極易引起沿管集中滲流，可能影響壩體穩定和發生漏水現象，同時也要修筑擋水圍堰；根據地形特點，若采用圍堰擋水由水泵抽水的導流方案，兩條沖溝均需布置圍堰擋水，圍堰長、工程量大，且從地形看，庫盆面積較小，庫周坡度較大，布置圍堰擋水保護較困難。經綜合分析比較，并結合本工程的地形、樞紐布置和施工特點，本階段上庫施工導流擬選擇引水至集水井、集中機械抽排的導流方式。

3.2 下庫施工導流

本電站利用現有的五岳水庫作為下水庫，下水庫施工導流主要指下水庫進/出水口施工導流及下水庫尾水渠疏浚施工導流。下水庫施工導流除了要保證進/出水口安全施工和尾水渠疏浚按期完成外，還應盡量減少對五岳水庫運行、農業灌溉和庫區居民的影響，并具經濟合理性。

（1）下水庫進/出水口施工導流。下水庫進/出水口為岸塔式結構，頂部高程95.00m，底板高程62.80m，底板位于正常蓄水位89.18m以下26.38m。根據下水庫進/出水口布置、地形地質條件和施工進度安排等，下水庫進/出水口初期采用全年土石圍堰擋水，后期當下水庫進/出水口閘門具備下放條件后，由閘門擋水，保證輸水系統和廠房全年連續施工。

（2）下水庫尾水渠疏浚施工導流。下水庫尾水渠全長2733.63m，底板寬85.00m，底板高程72.80m，位于水庫正常蓄水位以下16.38m。尾水渠開挖工程量較大，平均下挖深度約9m，大部分需爆破作業，干砌石護岸、漿砌石護底及混凝土擋沙坎等需干地施工，因此，本階段擬采用圍堰擋水方式。

根據尾水渠布置及地形地質條件，一期在渠中主圍堰1#、2#和3#支溝圍堰的保護下，施工圍堰前半段。2#、3#支溝的雨水引至渠中主圍堰外側水庫內。二期在渠中、渠尾主圍堰和1#支溝圍堰、4#支溝圍堰及2個小支溝圍堰的保護下，施工尾水渠后半段。1#支溝的雨水引至渠尾擋水主圍堰外側水庫內。2#、3#支溝的雨水經4#支溝及兩個小支溝引至渠尾擋水主圍堰外側水庫內。

4 料源選擇

根據本工程樞紐布置特點及料源條件，擬在下水庫設置人工砂石加工系統，生產本工程所有混凝土骨料及墊層（碎石）料，料源采用地下洞室開挖料，不足部分由上水庫庫盆開挖料補充。

4.1 混凝土骨料料源選擇

本工程主體工程混凝土總量約44.78萬m³（含噴混凝土）。考慮砂石開采、加工損耗系數1.25，運輸、施工等損耗系數1.05，骨料毛料設計需要量為49.73萬m³（自然方）。考慮規劃擴大系數1.3后，料源規劃開采量要求為64.65萬m³。料源巖石線膨脹系數小，對混凝土溫度控制及防裂有利，且不具有堿活性，作為混凝土骨料的料源，可減少棄渣，節省工程費用。本工程地下洞室開挖料質量及數量均滿足砂石粗骨料加工需求，可充分利用工程開挖料，減少棄渣及征占地，有效保證砂石骨料質量及數量。擬在下水庫區設置人工砂石加工系統，生產本工程所有混凝土粗骨料及墊層料（碎石）粗骨料，料源采用地下洞室開挖料。

4.2 壩體堆石料料源選擇及渣場規劃

（1）上庫區。上水庫填筑主堆石料、下游堆石料、過渡料、壩后排水棱體、塊石護坡石料及大壩工程漿砌石共739.06萬m³，折合石方596.93萬m³（自然方）。考慮5%的運輸和界面損失，設計需要量628.35萬m³（自然方）。考慮規劃擴大系數1.3后，料源規劃可采量要求為816.86萬m³。

上水庫副壩趾板、庫岸、上水庫進/出水口明挖，上水庫進/出水口、上平洞、上庫閘門井洞挖等，考慮界面損失及爆破飛散損失后可利用料總量約657.71萬m³，其中21.90萬m³用于砂石骨料加工料源，剩余635.81萬m³滿足上水庫填筑石料料源設計需要量628.35萬m³的要求，但不滿足規劃擴大系數1.3倍的要求。本階段推薦土樓石料場為堆石料、塊石料料源的備用料場。

土樓石料場位于上下庫連接公路旁，有用料的有效儲量為641.2萬m³，滿足骨料料源考慮擴大系數1.3（擴大25.87萬m³）和上水庫填筑石料料源擴大系數1.3（擴大188.51萬m³）總計214.38萬m³備用料料源需要。

（2）下庫區。下水庫工程干砌石、漿砌石共計4.20萬m³，折合石方3.39萬m³（自然方）。考慮5%的運輸和界面損失，設計需要量3.57萬m³（自然方）。設計需要量較小，本階段考慮采用洞室開挖可利用料。

下庫區主體工程洞挖考慮轉存及爆破等損失后可利用料共67.92萬m³，除去用于下庫砌石工程的3.57萬m³外，剩余64.35萬m³均用于加工砂石骨料。

5 施工總布置

根據工程樞紐布置、場內外交通條件和施工場地條件，遵照施工方便、便于管理、降低能耗的原則，以上庫、下庫及輸水發電系統為中心，采用分區與集中相結合的形式進行總布置設計，施工區分為上庫和下庫兩大施工區域進行綜合布置。

5.1 上庫區施工布置

5.1.1 上庫場地布置原則

由于上庫庫盆南西側約400m處地形較緩的部位，大部分屬于羅山縣地界。上水庫地形陡峻，施工場地布置較困難，需結合上、下庫連接道路就近選擇方案布置，主要考慮以下因素：

（1）考慮本工程混凝土骨料選擇上庫洞室開挖料，砂石加工系統及混凝土拌和系統的布置應結合上、下庫連接路的選擇，布置在業主管理區西側的沖溝內，以避免開挖料往返運輸。

（2）由于站址區位于光山縣、新縣及羅山縣交界處，因此，施工用地應考慮行政歸屬問題，盡量減少協調工作。

5.1.2 上庫分區布置

綜合考慮以上布置原則，并根據上庫樞紐建筑物的施工特點、上庫施工場地條件，以及上、下庫連接路方案的選擇，經方案比較，上、下庫連接路大部分在光山縣境內，小部分在羅山縣境內。上庫區場地布置如下：

（1）以鋼筋混凝土面板堆石壩施工為主，施工區布置以壩基及岸坡開挖、棄渣場地、利用料中轉場、施工機械停放及維修、開挖棄渣及上壩料運輸線路為重點，施工工廠規模相對較小。

（2）根據上水庫施工區場地布置條件，棄渣場布置在庫盆西北角的沖溝內；利用料中轉場地布置在1#施工支洞洞口、2#道路左側的沖口內。

（3）施工區內交通考慮棄渣及利用料上壩需要，從環庫道路接線穿過棄渣場至大壩壩基施工較為方便的高程；混凝土系統規模較小，可以在上水庫附近、2#道路旁平整一塊場地進行布置；其他施工工廠、施工管理及生活區、金屬結構拼裝場地等考慮布置在2#道路旁合適的場地內。

5.2 下庫區施工布置

以土石方開挖及混凝土澆筑、機電及金屬結構安裝為主，施工區布置以工程棄渣、利用料堆存、人工砂石加工系統及混凝土系統、安裝場、倉儲系統等為重點。

（1）由于下庫施工區面廣、線長，交通道路布置應盡量避免或減少反向運輸和二次倒運，并盡可能形成環線公路，確保交通順暢。

（2）下庫施工區處于微丘地帶，可利用場地較多，但農田、居民區較多，布置時盡量利用山包、山坡、沖溝等布置。

（3）根據施工總布置原則及下庫布置條件，下庫棄渣場地可集中布置在尾水渠左側的1#支溝附近的山溝內；利用料中轉場根據人工碎石加工系統、混凝土系統布置選擇在進廠交通洞洞口附近的沖溝內。

（4）施工管理及生活區、施工工廠、倉儲系統、安裝場地等可沿下庫場區內主干道路沿線集中布置；業主管理區場地選定在1#道路右側鄰近楊樹灣的沖溝內，且部分已經進行場地平整。

6 結語

五岳抽水蓄能電站上水庫庫盆四周無合適地形布置施工場地，施工臨時設施的布置困難。設計過程中充分考慮了這些不利因素，充分結合現場實際情況，采用合理利用沖溝和平緩的山脊布置，取消備用石料場地，以及減少上庫死庫容、增加庫底石渣回填量、在基坑內設置中轉料場等方法減少施工占地。通過工程布置方案優化，合理解決了施工場地緊缺、施工臨時設施布置困難等問題。同時考慮行政歸屬問題，施工場地布置及道路均盡可能布置在光山縣境內。