佛子岭抽水蓄能电站地下厂房方案设计

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佛子岭抽水蓄能电站地下厂房方案设计

夏承斋，谌伟，周小勇

（安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088）

摘　要：佛子岭抽水蓄能电站厂房方案设计分别考虑了全地下式厂房和竖井半地下式厂房两种方案，通过对工程地质、施工布置及工期、工程运行、环境影响和工程投资因素比较，选定全地下式厂房为建设方案，工程施工和运行安全性更好，对周边环境影响小，征地面积相对较小，工程投资相对较低，工期节省，有利于工程顺利实施，可及时建成发挥效益。关键词：抽水蓄能电站；全地下式厂房；竖井半地下式厂房；方案比选

中图分类号：TV731.6 文献标识码：B 文章编号：1006-3951(2019)01-0057-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2019.01.014

1 工程概况

佛子岭抽水蓄能电站工程位于安徽省霍山县境内东淠河的东源，设计总装机容量160MW，安装2台单机容量80MW的单级混流可逆式水泵水轮机组，电站发电额定水头54.2m，抽水蓄能电站设计年发电量为2.4×108kW·h，按发电、抽水水量平衡考虑，蓄能电站年抽水填谷耗电量为本工程已建的上、下库均为大（2）3.43×108kW·h。

型水库，按电站装机容量分等，蓄能电站为中型，抗震设计烈度为Ⅶ度。电站建成后接入安徽电网，在系统中主要承担安徽电网皖中地区备用、调峰、填谷及系统调频、调相等任务[1]。

电站枢纽由已建的上库磨子潭水库、下库佛子岭水库和新建的输水系统、地下厂房及辅助洞室、地面升压开关站及地面副厂房、办公及生活区等组成。

高程约195～255m，按半地下式布置的厂房处现状地面高程约155～220m。厂房部位揭露的基岩主要为花岗片麻岩和角闪斜长片麻岩，并以角闪斜长片麻岩为主，微风化岩石的饱和抗压强度在80MPa以上，局部夹绿泥石角闪片岩，新鲜岩层中岩块饱和抗压强度Rb>60MPa，片麻理面产状为N25°～40°W， NE<25°～45°，微～新鲜岩石片麻理面结合紧密。

该区域对厂房围岩稳定有影响的较大断层是F1，其产状为N45°～65°W， NE<70°～80°，上盘面影响宽度约0.4m，为碎石岩，下盘面影响带宽度约0.9m，为胶结良好的局部蚀变岩。出露的裂隙式小断层有f13、f14，一般在深部成为大裂隙或尖灭，对厂房的围岩稳定影响不大。地表裂隙以N45°～65°E组相对最为发育，并形成地表的陡壁面，对厂房侧墙和高边坡南坡面稳定有一定的影响。

厂区上部围岩以弱透水性为主，局部中等透水性，中下部围岩微～极微透水性，地下厂房处于相对不透水岩层中。围岩类别以Ⅰ类为主，整体稳定，在F1断层附近局部为Ⅱ～Ⅲ类，属基本稳定～局部不稳定[2-3]。

2 厂区地形地质  

拟建厂房布置在上库磨子潭水库大坝左岸与溢洪道右侧的山体，该山体西侧为地势低洼的溢洪道天然泄槽，东侧为一自然形成的较大山冲，北侧为黄尾河，南侧为磨子潭水库库区。厂区段河道左岸滩地宽度20～30m，河道左岸边为已建县级公路，路面高程约130m，公路山坡侧地表地形较陡，坡脚约40°，东、西两侧的山坡上已形成一系列的陡壁面。拟建厂房部位地表附近无明显较深的沟谷，按全地下式布置的地下厂房处地面

*

收稿日期：2018-03-23

3 地下厂房设计

佛子岭抽水蓄能电站输水隧洞埋深不大，厂房型式考虑了全地下式厂房和竖井半地下式厂房两种方案。

作者简介：夏承斋（1985），男，安徽合肥人，工程师，主要从事水利工程结构设计工作。

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3.1 全地下式厂房方案

全地下式厂房方案，厂区工程包括地下主厂房洞室、地下副厂房洞室，母线洞、母线廊道、电缆平洞及电缆竖井、出线平洞及出线竖井、进厂交通洞（兼施工洞）、排烟兼安全洞（兼施工洞）、排水廊道等地下洞室，以及地面升压开关站和地面副厂房等[4]。全地下式厂房方案见图1。

'󰀒󱅪Ⅰ䬤䬔󰥛䬙󱱦󱝫台󰀒󰀔󰀓󰀏󰀑󱅪G⇟ͧ󰀁󰢮󰀁󱝫⃹㏫≊倄󰢷䭞⍃󱍣󱎁󰀙󰀘󰀏󰀑󰀑󰀘󰀘󰀏󰀙󰀙图1 全地下式厂房方案纵断面图

地下主厂房引水洞采用1机1洞布置，在主厂房与尾水调压井之间的尾水支洞采用1机1洞布置，调压井至下库进出水口之间的尾水主洞采用两机1洞布置，压力水道正向进水、正向出水。主厂房洞室总尺寸80.9m×24.8m×53.12m（长×宽×高），右端为安装间，左端为主机段。地下副厂房与主厂房成“一字型”布置，平面尺寸9.2m×24.8m；与主厂房平行布置的洞室为母线廊道，尺寸36.65m×3.5m×9m；主厂房正交布置2条母线洞，尺寸24.8m×6m×9m；电缆平洞布置在地下副厂房下游，电缆竖井布置在电缆平洞的末端，竖井底部高程99.5m，顶部高程132.45m，高度32.95m，井筒尺寸为4.05m×2.46m；进厂交通洞洞口接至主厂房安装间，全长465.4m，断面尺寸7m×7m。升压开关站和地面副厂房布置在主厂房洞室下游约75m处、由开挖形成的长约170m、宽约50m、地面高程132m的地面平台上，其开挖岩石边坡最大高度约63m，采用分级喷锚支护[5]

。

根据电站地下厂房的工程地质条件，主厂房及其他辅助洞室采用全喷锚支护的支护方案。为减小厂房的开挖跨度、压缩工程量和投资以及避免拱座附近围岩开挖轮廓线的突变，改善围岩的受力条件，参照国内已建工程地下厂房岩壁式吊车梁的设计经验，该电站采用岩壁式吊车梁[6-8]。

3.2 竖井半地下式厂房方案

半地下式厂房方案，厂区工程包括半地下主厂房圆井、地面副厂房、地面升压站、排水廊道等工程。竖井半地下式厂房方案见图2。

'󰀒󱅪Ⅰη󱩱䬔󰥛䬙󱱦󱝫󱂵㷱󰱦󰀒󰀔󰀓󰀏󰀑台倄󰢷䭞⍃󱍣󱎁ͧ󰢮󱝫GD󱅪⇟󰀒󰀑󰀓󰀏󰀑倄󰢷䭞⍃󱍣󱎁󰀙󰀘󰀏󰀑󰀑󰀘󰀒󰀏󰀙󰀙󰀘󰀓󰀏󰀔󰀙󰀘󰀔󰀏󰀔󰀙󰀘󰀘󰀏󰀙󰀙图2 竖井半地下式厂房方案纵断面图

引水洞仍采用1机1洞式布置，为减小明挖工程量和平台开挖边坡高度，主厂房尽量靠近黄尾河侧布置，与地下式厂房比较，选定的主厂房机组纵轴线向下游平移75m，距离上库进水口457m，相应上游引水隧洞增加长75m的下平洞，为满足不设引水调压井的条件，钢筋混凝土衬砌后洞径取9m。主厂房主机段半地下式圆井直径50m，开挖直径54m，井顶高程132m，井底高程102m（发电机层高程），发电层以下各层平切面为左右侧保留圆井圆弧、上下游侧为直线的鼓型。在主厂房与尾水调压井之间的尾水支洞仍采用1机1洞式布置，调压井至下库进出水口之间的尾水主洞采用两机1洞式布置，尾水事故闸门井由全地下式厂房方案的开关站平台山坡侧下移至河道左岸[9-10]。升压开关站和地面副厂房布置在主厂房上、下两侧，由开挖形成的高程132m平台上。该平台地面西侧厂房段长约170m、宽约100m，东侧仓储区段长约80m，宽约50m。为减少后边坡开挖量，拟将原河岸岸边的县道厂区段向河道侧改线外移，改线段长125m。主厂房左端为安装间，地面高程132m，平面尺寸31.35m×26m，主厂房右端为主机段，从上至下依次为发电机层、中间层、水轮机层、蝶阀层、蜗壳层及尾水管层。地面副厂房布置在主厂房洞室下游侧，地面开关站布置在主厂房上游侧。

主厂房主机段圆井开挖直径54m，衬后直径50m，高度30m。拟定开挖后1次喷锚支护；由开挖形成厂区平台，东侧边坡长170m，最大边坡高度95m，全～强风化层厚2～3m，西侧边坡长

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55m，最大边坡高度36m，场地后侧即南边坡长105m，最大边坡高度120m，西南侧边坡上直接出露弱风化岩石。由于不存在倾向坡外的缓倾角结构面，边坡上部全～强风化岩层厚度不大，主要由微～新鲜的较完整的岩体组成，整体稳定性较好。但边坡高度大，除适当放缓开挖边坡外，仍应进行必要的喷锚支护措施[5]。

4 方案比选

全地下式厂房和竖井半地下式厂房主要工程量和投资比较见表1。

表1 全地下式和半地下式厂房工程量和投资比较表

项目名称全地下式半地下式

一、土建工程量土石方明挖/m3142 080637 268石方洞挖或井挖/m3

160 329111 583 钢筋混凝土/m317 91727 472喷混凝土/m37 5385 008普通锚杆/根12 31117 369预应力锚杆/根

/544钢筋/t1 0131 656钢材/t7662固结灌浆/m

5 7982 680二、土建可比直接投资/×104元

6 5969 126三、母线长度/m1 050500四、永久征地面积/亩30.452.1五、可比直接总投资×104元

7 686

9 707

4.1 施工布置及控制性工期

[11]

半地下式厂房方案，开挖开关站及地面副厂房平台将形成高边坡，其施工作业面的临时道路布置困难；地面交通仅可到达主厂房井筒表层施工（127m高程以上）作业面，高程127m以下地下工程施工作业面对外通道仅有2号、3号施工支洞，通道工作量强度大。而地下式厂房方案，自上至下分别有排烟兼安全洞、进厂交通洞、2号施工支洞、3号施工支洞4个通道，每个通道工作量相对均衡，可有效减少地下洞室施工交叉的干扰，施工效率高。

竖井半地下式厂房方案尾水事故闸门井布置在河道岸边，低于佛子岭水库正常蓄水位125.56m和施工期洪水位，因此，需要填筑施工围堰。而全地下式厂房方案尾水事故闸门井

靠近开挖边坡坡脚布置，地面高程高，无施工导流问题。

竖井半地下式厂房吊车安装需待厂房基坑开挖结束，下部及吊车梁柱混凝土施工完毕后，方可进行，吊车安装完毕后才能进入机组安装，相应工程的施工占用直线工期，根据进度安排，竖井半地下式厂房施工较全地下式厂房施工总工期增加10个月。半地下式厂房为开敞式，露天作业面施工受降雨影响，控制工期存在一定的不确定性，且降雨雨水进入基坑，施工排水量大。4.2 施工安全和运行安全

半地下式厂房靠山一侧开挖边坡高达120m，平台以下圆筒开挖直径达54m，井筒高度30m，基坑开挖深度近60m。虽然采取一定的喷锚支护和钢筋混凝土衬砌等加固措施，但考虑大直径、深圆井和高边坡形成后，围岩应力应变状态复杂，稳定安全性存在一定的不确定性。边坡高度越高，施工安全和运行安全越难把握。4.3 环境影响

半地下式厂房明挖和产生的弃渣量大，对厂区植被和环境破坏大，植被恢复难度更大，且永久征地和渣场临时征地面积大、占用自然资源多；地面施工周期长，对周边居民生活影响大；经初步估算，与全地下式厂房方案相比，半地下式厂房方案需新增征地面积21.7亩。4.4 工程地质条件

半地下式厂房可完全避开F1断层带对圆井和高边坡的影响，较全地下式厂房方案是有利的，但高边坡、深圆井对工程地质条件要求更高。考虑到F1断层规模并不大，且地下厂房探洞揭示断层影响带为胶结良好的蚀变岩，对厂房的围岩稳定影响不大。综合来看，工程地质条件均能满足全地下式或半地下式厂房结构稳定要求，无制约性因素。

4.5 生产运行环境

竖井半地下式厂房通风、采光条件好，与全地下式厂房比较，工作环境较好，运行维护费用较少。但磨子潭水库新泄洪洞泄洪时，挑流产生的局部雾雨对半地下式厂房运行环境的影响大。4.6 工程投资

竖井半地下式厂房的可比总投资较全地下

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式厂房多2021×104元，其中土建工程投资增加2530×104元，电气设备母线投资减少545×104元，永久征地补偿投资增加36×104元，全地下式厂房投资更省。

5 结论

在厂房地质条件良好的情况下，全地下式厂房与竖井半地下式厂房方案相比[12]，工程施工和运行安全性更好，对周边环境影响小，征地面积相对较小，工程投资相对较低，工期节省，有利于工程顺利实施，可及时建成发挥效益。因此，综合比较，佛子岭抽水蓄能电站厂房型式采用全地下式方案。

参考文献：

[1]安徽省水利水电勘测设计院.安徽佛子岭抽水蓄能电站初步设计[R].[2]GB 50487-2008，水利水电工程地质勘察规范[S].[3]GB/T 50218-2014，工程岩体分级标准[S].

[4]NB/T 35090-2016，水电站地下厂房设计规范[S].[5]SL386-2016，水利水电工程边坡设计规范[S].

[6]孙青. 岩壁式吊车梁在水电站地下厂房中的应用分析[J]. 中国高新区，2017(14): 26.

[7]王绍春. 岩壁式吊车梁在水电站地下厂房中的应用 [J]. 小水电，2001(4): 18-20.

[8]翁义孟. 岩壁吊车梁承载机理及设计改进建议 [J]. 水力发电，2010,36(8):26-28.

[9]刘春锋,朱伟君，吴光德，等. 巴基斯坦汗华水电站工程竖井半地下式厂房设计 [J]. 水力水电工程设计，2011,30(1):12-14.

[10] 胡俊红,熊江平. 江苏沙河抽水蓄能电站厂房竖井设计[J]. 中国农村水利水电，2004,11(1):119-120.

[11]SL303-2017，水利水电工程施工组织设计规范[S].

[12]付亮,段雯鲽，孙刚. 杨家湾水电站地面与地下厂房比选 [J]. 水能经济，2016（10）309-310.

（上接第56页）

表4 某新建海堤整体抗滑稳定安全系数K计算成果表计算工况围区侧迎潮面规范要求[7]

完建期工况正常运行期

1.4971.305

≥1.10

0.9560.806    ≥1.10

备注

因此，塑料排水板法是滩涂围垦工程中地基处理常规及有效的方法。

参考文献：

天然地基，采用快剪指标排水板地基，采用有效固结应力法，考虑c及φ值的增长排水板地基，采用有效固结应力法，考虑c及φ值的增长

[1]DB33/T 839-2011.海堤工程爆炸置换法处理软基技术规范[S].杭州：浙江省质量技术监督局，2011.

[2] 苏云.塑料排水板处理软基的效果分析[J].公路与汽运，1999(3)：32-34.

[3] 林春岳,林小勇,陈志华.塑料排水板在滨海软基围垦中的应用[J].浙江水利科技，2011(3)：34-36.

[4] 蔡锐,徐锴,陈永辉,等.塑料排水板在处理海域公路深厚软基中的运用[J].科学技术与工程，2014,14(9)：99-104.

[5] GB/T 51015-2014.海堤工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，2014:34-35,136-148.

[6] GB/T 50294-2014.土工合成材料应用技术规范[S].北京：中国计划出版社，2014:20-21.

[7] 龚晓南.地基处理手册 第三版[M].北京：中国建筑工业出版社，2008:98-100.

1.4021.323≥1.20

5 结语

软土地基处理是新建海堤工程设计的重要内容，以工程实例计算，表明塑料排水板在深厚软土地基上的作用。排水板价格较低，施工对周边环境影响较小，工艺成熟，工程实例经验丰富。

国内首个百兆瓦级电池储能示范工程建成投运

日前，华中院设计的开封兰考电池储能电站顺利并网，标志着河南电网100MW电池储能示范工程第二批储能电站全部建成投运。河南电网处于华中电网与华北电网、西北电网互联枢纽位置。2018年，河南省电力公司与平高集团合作，选择郑州、洛阳、信阳等9个地市的16座变电站，建设规模为100.8MW、125.8MW·h，共计84个电池集装箱。这16座储能电站全部由华中院设计，标志着河南省在电网侧分布式储能电站标准化、规模化建设上迈出重要一步，也彰显了华中院

的技术实力。为做好国内首个百兆瓦级电池储能示范工程的建设，华中院创新性地提出了“分布式布置、模块化设计、单元化接入、集中式调控”的技术方案，成功抢占了电网侧储能技术应用和商业模式创新的制高点，也为河南省特高压交直流故障提供了快速功率支援，丰富了电网调峰调频、大气污染防治手段，提高了能源 利用综合效益。

（摘自《中国电力建设报》2019年1月31日第303期）