王榮華

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，南寧 530007）

1 工程概況

玉林抽水蓄能電站位于玉林市福綿區(qū)成均鎮(zhèn)境內(nèi)，電站裝機(jī)容量1200 MW，裝機(jī)4 臺(tái)，單機(jī)容量300 MW，電站承擔(dān)廣西電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、儲(chǔ)能、調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用等任務(wù)。

樞紐建筑物由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房和開關(guān)站等部分組成。電站為一等大（1）型工程，根據(jù)《水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（NB/T11012-2022）規(guī)定，擋水建筑物、泄水建筑物、電站進(jìn)/出水口和輸水發(fā)電系統(tǒng)建筑物按200 年一遇洪水設(shè)計(jì)（P=0.5%），按1000 年一遇洪水校核（P=0.1%），消能防沖按100年一遇洪水設(shè)計(jì)（P=1%）。

玉林抽水蓄能電站樞紐布置平面示意圖見圖1，輸水發(fā)電系統(tǒng)剖面示意圖見圖2。

圖1 樞紐平面布置示意圖

圖2 輸水發(fā)電系統(tǒng)剖面示意圖

工程籌建期18 個(gè)月，施工計(jì)劃總工期為69 個(gè)月，其中準(zhǔn)備工期為6 個(gè)月，主體工程工期為54 個(gè)月，完建工程工期為9個(gè)月。

2 樞紐區(qū)自然條件簡(jiǎn)述

2.1 水文、泥沙

上水庫(kù)位于南流江一級(jí)支流沙生江上游的平江南側(cè)支溝上，下水庫(kù)位于南流江支流定川河的支流成均河上游的江坡支溝上。工程區(qū)域?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，季節(jié)性氣候變化顯著，夏季濕潤(rùn)多雨，冬季干冷少雨。

本工程所在的南流江流域徑流主要來(lái)源于降水，汛期為每年的4～9 月，水量占全年來(lái)水量的76.05%，枯季為10 月～翌年3 月，徑流采用橫江（二）水文站作為參證站，上水庫(kù)多年平均徑流量103.2萬(wàn)m3，下水庫(kù)多年平均徑流量576.0萬(wàn)m3。上下水庫(kù)壩址設(shè)計(jì)頻率洪水洪峰流量成果見表1。

表1 設(shè)計(jì)洪水成果表

壩址處采用多年平均輸沙模數(shù)為270 t/km2，多年平均懸移質(zhì)含沙量為0.234 kg/m3，多年最大含沙量為0.406 kg/m3，本工程泥沙計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 泥沙計(jì)算結(jié)果表

2.2 地形及地質(zhì)條件

工程區(qū)位于六萬(wàn)大山山脈東北部，六萬(wàn)山山頂北麓。工程區(qū)內(nèi)山脊及溝谷走向受構(gòu)造作用影響較明顯，主要為NW～SE 走向，呈近平行展布，與六萬(wàn)大山山脈走向近垂直。工程區(qū)內(nèi)的沖溝切割深淺不一，在較大的沖溝中上游河流斷面多呈“U”型河谷和“V”型河谷交替出現(xiàn)。

工程區(qū)及其附近主要出露的地層巖性主要為中粗粒黑云母斑狀花崗巖。

本工程所在區(qū)域地震基本烈度為Ⅶ度，上、下水庫(kù)工程場(chǎng)地50 年超越概率10%的基巖水平地震動(dòng)峰值加速度為102 gal。

3 上水庫(kù)

上水庫(kù)擋水壩壩址位于福綿區(qū)平江南側(cè)支溝的“V”型峽谷處，庫(kù)尾修建一副壩，不設(shè)永久泄洪建筑物，考慮汛期洪水入庫(kù)，通過(guò)壩頂超高滿足水庫(kù)防洪要求。

3.1 水庫(kù)防滲型式

上水庫(kù)庫(kù)盆斜坡段多為坡殘積物、全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖所覆蓋，沖溝段多為沖洪積物或強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化花崗巖出露，下伏地層為弱～微風(fēng)化花崗巖，中硬巖～堅(jiān)硬巖，為非可溶性巖石。庫(kù)盆內(nèi)常年有水，地下水位較淺，低洼處常年沼澤化，庫(kù)周沖溝水和地下水向庫(kù)內(nèi)排泄，除副壩附近區(qū)域滲水點(diǎn)或泉水點(diǎn)的高程低于正常蓄水位外，上水庫(kù)庫(kù)盆內(nèi)其他水文點(diǎn)的高程均高于正常蓄水位。庫(kù)區(qū)不存在垂直滲漏的可能性，不需考慮庫(kù)盆底防滲問(wèn)題。

除主壩和副壩位置外，上水庫(kù)庫(kù)周分水嶺山體雄厚，地表分水嶺高程一般在738.3～1021 m，在正常蓄水位高程時(shí)山體厚度均大于800 m，庫(kù)內(nèi)沖溝內(nèi)均有高于正常蓄水位的常年泉點(diǎn)出露，枯期分水嶺地下水位高于正常蓄水位。

上水庫(kù)主、副壩壩基及兩岸壩肩防滲主要采用防滲墻結(jié)合防滲帷幕灌漿，防滲標(biāo)準(zhǔn)按巖體透水率q＜1 Lu控制，防滲帷幕伸入相對(duì)不透水層以下5 m。

3.2 壩型選擇

壩址橫跨水庫(kù)區(qū)主沖溝，壩址溝谷呈“V”型，壩址區(qū)覆蓋層主要為沖洪積卵礫石夾漂石（Qapl）和坡殘積礫質(zhì)黏性土（Qedl），基巖為中印支期花崗巖（）。河床壩基覆蓋層下限埋深小于5.5 m，強(qiáng)風(fēng)化下帶巖體埋深平均為5.91 m；左岸覆蓋層及全風(fēng)化巖體下限埋深為2.0～35.2 m，強(qiáng)風(fēng)化巖體下限埋深為3.5～41.5 m；右岸覆蓋層及全風(fēng)化巖體下限埋深為0～29.4 m，強(qiáng)風(fēng)化巖體下限埋深為4.0～48.1 m。

根據(jù)左右岸全、強(qiáng)風(fēng)化下限埋深大的特點(diǎn)，壩型不宜采用混凝土材料類型壩，基礎(chǔ)開挖深，土石方開挖量大，不能充分利用開挖料。同時(shí)，壩址附近無(wú)足夠滿足防滲要求的黏土料，為最大程度利用水庫(kù)開挖料，減少堆渣量，減少渣場(chǎng)堆渣對(duì)附近環(huán)境的影響，結(jié)合壩基地形地質(zhì)和料源條件，上水庫(kù)大壩適宜布置瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩。瀝青混凝土心墻堆石壩壩坡較緩，壩體填筑工程量較大，需單獨(dú)設(shè)置瀝青混凝土骨料加工及生產(chǎn)系統(tǒng)，但瀝青混凝土心墻堆石壩心墻和壩基混凝土防滲墻連接較為方便，可將心墻建于全風(fēng)化巖體上，心墻以下全風(fēng)化巖體采用混凝土防滲墻進(jìn)行防滲，壩基開挖工程量、邊坡范圍和擴(kuò)庫(kù)開挖工程量均較小，工程投資相對(duì)較低。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選，瀝青混凝土心墻堆石壩在投資經(jīng)濟(jì)性方面具有較大優(yōu)勢(shì)，主、副壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩較混凝土面板堆石壩相應(yīng)投資分別減少2 181.5 和1 521.6萬(wàn)元，故上水庫(kù)采用瀝青混凝土心墻堆石壩壩型。

上水庫(kù)瀝青混凝土心墻堆石壩主壩壩頂高程684 m，壩頂寬度10 m，最大壩高99 m，壩軸線長(zhǎng)度351 m。大壩上游壩坡為1∶2，下游壩坡為1∶2.8，下游壩坡每20 m 設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬4 m。副壩壩型與主壩相同，最大壩高65 m，壩頂軸線長(zhǎng)度307 m。

4 下水庫(kù)

下水庫(kù)位于江坡支溝內(nèi)，攔河筑壩形成，主要包括大壩和泄洪建筑物。

4.1 水庫(kù)防滲型式

下水庫(kù)地形地質(zhì)條件與上水庫(kù)相似，庫(kù)盆斜坡段多為坡殘積物、全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖所覆蓋，下伏地層為弱～微風(fēng)化花崗巖，庫(kù)盆內(nèi)常年有水，壩址兩岸山頂高程高于正常蓄水位，右岸山體寬厚，左岸相對(duì)較薄，兩岸均有高出正常蓄水位的地下水位銜接。庫(kù)區(qū)不存在垂直滲漏的可能性，不需考慮庫(kù)盆底防滲問(wèn)題，僅需對(duì)壩基、壩肩進(jìn)行防滲處理，采用防滲墻與防滲帷幕的方式，防滲標(biāo)準(zhǔn)按巖體透水率q＜3 Lu控制，防滲帷幕要求深入相對(duì)不透水層以下5 m。

4.2 壩型選擇

壩址區(qū)地形呈對(duì)稱“U”形，河谷較陡窄，兩岸呈對(duì)稱狀，壩址區(qū)覆蓋層主要為沖洪積卵礫石夾漂石（Qpal）和坡殘積礫質(zhì)黏性土（Qedl），基巖為中印支期花崗巖（）。河床壩基覆蓋層與強(qiáng)風(fēng)化下帶層厚度不大，平均約7 m；兩岸覆蓋層、全強(qiáng)風(fēng)化層厚度較大，平均厚約40 m。

結(jié)合壩址區(qū)地形地質(zhì)和料源條件的特點(diǎn)分析，基本與上水庫(kù)相同，具備修建瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩的地形地質(zhì)條件。經(jīng)綜合比較，瀝青混凝土心墻堆石壩壩基開挖工程量、邊坡范圍、擴(kuò)庫(kù)開挖工程量和工程投資均較小，采用瀝青混凝土心墻堆石壩較混凝土面板堆石壩相應(yīng)投資減少2 718.4萬(wàn)元，故下水庫(kù)采用瀝青混凝土心墻堆石壩壩型。

下水庫(kù)瀝青混凝土心墻堆石壩壩頂高程258.50 m，壩頂寬度10 m，最大壩高89.7 m，壩軸線長(zhǎng)度355 m。大壩上游壩坡為1∶2，下游壩坡為1∶2.5，下游壩坡每20 m設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬4 m。

4.3 泄洪建筑物布置

下水庫(kù)集水面積6.98 km2，1000 年一遇校核標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量221 m3/s，考慮水庫(kù)防洪安全、放空和水位調(diào)節(jié)需要，設(shè)置泄洪表孔和底孔進(jìn)行聯(lián)合泄洪，采用豎井式泄洪洞+放水管的布置方式。

豎井式泄洪洞布置在右岸，泄洪建筑物較順直、軸線短，水流歸槽條件好，豎井式泄洪洞全長(zhǎng)722 m，井口環(huán)形溢流堰堰頂半徑4.5 m，堰頂高程與正常蓄水位一致為253 m，豎井段采用內(nèi)徑6.0 m等直徑圓形豎井，退水隧洞為4.5 m×6.3 m 城門洞型，隧洞內(nèi)水流為無(wú)壓明流；底孔泄洪采用放水管，管徑為2 m，結(jié)合導(dǎo)流洞布置。

5 輸水系統(tǒng)

5.1 供水方式

電站裝機(jī)4 臺(tái)，單機(jī)容量300 MW，發(fā)電引用流量83.09 m3/s，引水隧洞、岔管圍巖類別以Ⅱ～Ⅲ類為主。供水方式選擇主要考慮一洞四機(jī)和兩洞四機(jī)兩種方案，從水工布置、施工難度、電站運(yùn)行靈活性及風(fēng)險(xiǎn)控制角度等方面綜合考慮，一洞四機(jī)供水方案都具有一定的優(yōu)勢(shì)，兩洞四機(jī)比一洞四機(jī)布置方案工程投資多10 125 萬(wàn)元。故供水方式采用一洞四機(jī)布置。

5.2 立面布置

上水庫(kù)/出水口方圓漸變段末端至引水高壓岔洞始端高差約417 m，具備設(shè)置豎井條件?？紤]地形地質(zhì)條件、高壓管道布置和施工難度，引水系統(tǒng)立面擬定一級(jí)豎井和兩級(jí)斜井方案進(jìn)行比較，一級(jí)豎井方案洞線較兩級(jí)斜井方案長(zhǎng)約173.12 m，但無(wú)需設(shè)置中平段施工支洞，施工支洞長(zhǎng)度減少892 m，一級(jí)豎井方案比兩級(jí)斜井方案投資減少1819萬(wàn)元，投資較省。綜合考慮，在地形地質(zhì)條件基本相當(dāng)，水力條件均滿足、運(yùn)行檢修均方便的情況下，故選擇采用安全系數(shù)更高，施工條件更好的一級(jí)豎井方案。

5.3 調(diào)壓井設(shè)置

根據(jù)《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》（NB/T35021-2014），引水水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw=2.37 s＞2 s，需設(shè)置引水調(diào)壓室；尾水水流慣性時(shí)間常數(shù)Tws=10.390 s＞6 s，需要設(shè)置尾水調(diào)壓室。

5.4 高壓岔管襯砌型式

壓力隧洞沿線圍巖為中粗粒黑云母斑狀花崗巖，微風(fēng)化及以下巖體飽和抗壓強(qiáng)度在41.8～125.00 MPa 之間，屬于中硬巖～堅(jiān)硬巖；根據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（NB/T10391-2020），主要從挪威準(zhǔn)則、最小地應(yīng)力準(zhǔn)則和滲透穩(wěn)定準(zhǔn)則這三個(gè)方面分析論證高壓隧洞及岔洞采用鋼筋混凝土襯砌的可行性。

（1）挪威準(zhǔn)則。根據(jù)《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（NB/T10391-2020）挪威準(zhǔn)則，計(jì)算引水系統(tǒng)沿線最小覆蓋厚度（見表3）。

表3 引水隧洞最小覆蓋厚度計(jì)算成果表

由表3 可知，輸水系統(tǒng)沿線巖體最小覆蓋厚度安全系數(shù)均在1.41～1.91 之間，均滿足挪威準(zhǔn)則要求。另外根據(jù)輸水系統(tǒng)沿線地形，布置區(qū)無(wú)溝谷切割，側(cè)向埋深安全度大于頂部，側(cè)向覆蓋厚度滿足要求。

（2）最小地應(yīng)力準(zhǔn)則。根據(jù)水壓致裂法地應(yīng)力試驗(yàn)成果，引水系統(tǒng)沿線隧洞最小主應(yīng)力為4.0 ～12.3 MPa，洞內(nèi)最大靜水壓力5.19 MPa，最小地應(yīng)力與最大靜水壓力比值為1.88～3.60，滿足規(guī)范1.2～1.3倍安全系數(shù)的要求，滿足最小地應(yīng)力準(zhǔn)則。

（3）滲透穩(wěn)定準(zhǔn)則。為保證圍巖滲透穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力作用下隧洞沿線圍巖的平均透水率應(yīng)不大于2 Lu，經(jīng)灌漿后的圍巖透水率應(yīng)不大于1 Lu。根據(jù)地質(zhì)高壓壓水試驗(yàn)成果，引水系統(tǒng)巖體透水率均在0～0.23 Lu，屬微透水～極微透水巖體，按照初始劈裂壓力Pmin判定原則，最小劈裂壓力均大于6.3 MPa，大于1.2 倍高壓管道最大內(nèi)水壓力，巖體完整性和穩(wěn)定性較好，不存在滲透穩(wěn)定問(wèn)題，滿足滲透穩(wěn)定準(zhǔn)則。

滿足以上三個(gè)準(zhǔn)則，故高壓岔洞采用鋼筋混凝土襯砌。

5.5 輸水系統(tǒng)布置

輸水系統(tǒng)包括上水庫(kù)進(jìn)/出水口、引水主洞、引水調(diào)壓室、引水高壓鋼筋混凝土岔管、引水支洞等，尾水系統(tǒng)包括尾水支洞、尾水鋼筋混凝土岔洞、尾水主洞、尾水調(diào)壓室和下水庫(kù)進(jìn)/出水口等。輸水系統(tǒng)總長(zhǎng)度為3 583.11 m，其中引水系統(tǒng)長(zhǎng)度為1 776.57 m，尾水系統(tǒng)長(zhǎng)度為1 806.54 m。

上水庫(kù)側(cè)式進(jìn)/出水口底板高程為624 m，引水調(diào)壓室布置于引水主洞上豎井上彎段前86.28 m處，調(diào)壓室大井直徑20 m，高度為81 m，連接管直徑10 m，高度為21.39 m，阻抗孔直徑6.50 m。引水上平段至豎井后接下平段洞徑為10 m，下水平段洞徑由10 m縮小至9 m。高壓引水岔洞采用鋼筋混凝土梳子形1分4“卜”型岔洞，分岔角為60°，洞徑由9 m漸變至4.2 m，引水支洞內(nèi)徑4.20 m，尾水支管內(nèi)徑5.5 m。尾水岔洞為梳子形1 分4“卜”型，分岔角為60°，洞徑由5.5 m漸變至10 m。尾水調(diào)壓室位于鋼筋混凝土岔管下游20 m 處，調(diào)壓室大井直徑20 m，高度為83 m，連接管直徑10 m，高度為48.75 m，阻抗孔直徑6.50 m。下水庫(kù)進(jìn)/出水口底板高程為204 m。

6 地下廠房

6.1 位置選擇

地下廠房位置擬定中部式和首部式兩個(gè)開發(fā)方式選擇，地下廠房洞室整體穩(wěn)定性較好，地質(zhì)條件相當(dāng)，首部式輔助洞室長(zhǎng)度較長(zhǎng)，但中部式增加引水調(diào)壓井和引調(diào)道路，經(jīng)投資比較，中部式投資較低，較首部式投資減少3301 萬(wàn)元，故采用中部式布置方式。

6.2 軸線選擇

根據(jù)地應(yīng)力測(cè)試成果，地下廠房區(qū)以構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為主的中等地應(yīng)力場(chǎng)，最大主應(yīng)力方向?yàn)镹20°W～N25°W；主要優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面走向以N60°～80°W 為主；地下廠房縱軸線方向推薦選擇為N36.52°W，與優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面成較大夾角，與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主壓應(yīng)力方向小角度相交。

6.3 地下廠房布置

地下廠房洞室群主要由主廠房、主變洞、尾閘洞等建筑物組成。廠房?jī)?nèi)安裝4 臺(tái)300 MW 機(jī)組，水輪機(jī)吸出高度為-70 m，安裝高程為154 m，機(jī)組間距為24.5 m。

主廠房、主變洞和尾閘洞采用平行布置的格局，洞室凈距分別為40 m和35 m。安裝間和副廠房分別位于主廠房?jī)啥耍叽鐬?73.00 m×26.00 m×59.10 m（長(zhǎng)×寬×高）。主變洞平行布置在主廠房下游40 m，開挖尺寸為161.80 m×20.0 m×21.00 m（長(zhǎng)×寬×高）。尾閘室位于主變洞下游35 m，開挖尺寸104.65 m×7.9 m×19.32 m（長(zhǎng)×寬×高）。進(jìn)廠交通洞全長(zhǎng)1658 m，綜合坡比5.6%；通風(fēng)兼安全洞全長(zhǎng)1430 m，綜合坡比7.3%；高壓電纜洞與通風(fēng)兼安全洞結(jié)合布置，高壓電纜洞總長(zhǎng)1 347.5 m，出線采用短斜井+平洞的方式。

廠房排水采用自流排水方式，排水洞出口位于廠房東側(cè)約5.3 km處山谷下游。

7 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合玉林抽水蓄能電站設(shè)計(jì)實(shí)際，對(duì)樞紐布置及主要建筑物設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論述，重點(diǎn)對(duì)水庫(kù)防滲型式、壩型、供水方式、立面布置、調(diào)壓井設(shè)置、高壓岔管襯砌型式及廠房位置和軸線選擇等進(jìn)行了分析。玉林抽蓄電站工程布置與建筑物設(shè)計(jì)具有南方區(qū)域興建抽蓄電站的特色，例如上水庫(kù)不設(shè)泄洪建筑物，下水庫(kù)埋設(shè)放水管預(yù)泄洪水，高壓管道采用鋼筋混凝土襯砌、設(shè)置自流排水洞等。也有自身的特色，設(shè)計(jì)結(jié)合本工程覆蓋層厚、全強(qiáng)風(fēng)化埋深大的特點(diǎn)，采用適宜當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)條件的當(dāng)?shù)夭牧蠅危ㄟ^(guò)土石方平衡規(guī)劃，上、下水庫(kù)均不設(shè)置庫(kù)外渣場(chǎng)，減少對(duì)環(huán)境的影響，可為其他同類工程提供參考。