水源山抽水蓄能电站地下厂房洞室群布置研究_何艳丽.pdf

抽水蓄能电站地下厂房具有高水头、深埋藏、围岩稳定要求高等特点，因此其位置及轴线选择、附属洞室布置等至关重要。对此，结合云浮水源山抽水蓄能电站地下厂房设计工作，对厂房的位置和轴线、开关站及高压电缆洞布置、排水方案、交通和通风洞布置等关键问题进行探讨，以期为类似电站设计提供参考。关键词：抽水蓄能电站；地下厂房；洞室布置中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1672-2841（2023）02-0020-041 工程概况1 工程概况抽水蓄能电站主要由上下水库、输水系统、地下厂房等组成。地下厂房埋深较深，洞室群地质和水文条件复杂，其位置和轴线选择、围岩稳定分析、排水系统布置、附属洞室布置等，对电站的建设和运行意义重大。云浮水源山抽水蓄能电站位于广东省云浮市新兴县太平镇水浪村。上水库位于水浪村水源山东面北东冲沟内，下水库位于水浪村东坑小组及下游沟谷，上、下库属同一水系，均属西江支流新兴江的上游支流共成河。电站地处广州市西南方向，直线距离广州市、云浮市分别约 118 km 和48 km，下水库距新兴县城的直线距离约 18 km。建设云浮水源山抽水蓄能电站不仅有利于配合远期广东西区核电及风电的消纳，增强广东西区电网的事故反应能力，保障系统安全稳定运行，而且能减少系统发电煤耗，拉动地区经济发展，增加就业机会，具有一定的环境和社会效益。水源山抽水蓄能电站安装 4 台单机容量为 300 MW 的单级立轴混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组，总装机容量 1 200 MW。地下厂房系统由主副厂房（含主机间、安装间及副厂房）、主变洞、尾闸洞、母线洞、交通洞、通风洞、高压电缆洞、进风斜井、排风竖井、排水廊道、自流排水洞、地面开关站等组成。地下厂房附属洞室数量较多、纵横交错，在前期设计工作中需进行大量系统的方案研究和比选，选择合适的布置。12 地下厂房位置和轴线的选择2 地下厂房位置和轴线的选择地下厂房位置和轴线的选择既影响整个水道厂房系统的布置格局，又是水道厂房系统总体投资的关键因素。应遵循以下原则：尽可能将厂房洞室群布置在新鲜完整的岩体中，避开较大的断层和破碎带，尽量选择在岩体裂隙水不发育地区；厂房纵轴线应与主要地质构造面的走向保持较大夹角，与最大主应力水平投影方向宜采用较小夹角；应考虑水道系统和附属洞室的布置，使总体枢纽布置协调合理、流道顺畅2。本工程地下厂房区域山体雄厚，地形完整，地层岩性单一，为燕山期三期花岗岩（52（3），浅灰色，中粒斑状花岗结构，块状构造。探洞揭露的岩体多为块状次块状结构，局部碎裂状。根据厂房地质探洞的勘察成果，探洞共揭露断层 38 条，规模较大的主要控制性断层为f112、f130、f131 和 f135。厂房宜布置在控制性断层 f112 及 f130 的上盘，初拟位置为探洞桩号0+6500+880。该位置布置地下厂房的优势：区域内围岩地质条件及水文地质条件均较好，仅发育几条规模较小的断层，地下洞室围岩类别以、类为主；引水隧洞上覆岩体厚度满足布置钢筋混凝土岔管的要求，引水隧洞长度较短，可不设21何艳丽：水源山抽水蓄能电站地下厂房洞室群布置研究上游调压井；地下厂房主要洞室距离断层 f112 较远，厂房三大洞室和高压岔管均避开控制性断层；输水发电系统线路布置顺畅，地下厂房采用中部式开发方案，附属洞室长度适中。本工程厂房地应力为中低应力区，地应力对厂房围岩稳定不起控制性作用。在选定厂房位置基础上，布置了 NW75、NE35 和 EW 向三个厂房轴线方案（见图 13），三个方案输水发电系统均布置顺畅。当厂房轴线选择 NE35 时，轴线与 NNE向构造夹角较小，不利于厂房高边墙的稳定；下平洞段无法避开控制性断层 f130、f131，不利于采用钢筋混凝土的衬砌型式。当轴线选择 EW 向时，厂房端墙与近 SN 向断层和裂隙近乎平行，不利于端墙的稳定；f135 从输水隧洞下斜井通过，不利于斜井的开挖和结构安全。因此，结合输水发电系统的布置，并尽可能使厂房轴线与主要断层、节理、裂隙的交角相对较大，厂房轴线推荐采用 NW75。图 1 输水发电系统厂房安装高程 230.0m 地质平切（厂房轴线 NW75）图 2 输水发电系统厂房安装高程 230.0m 地质平切（厂房轴线 NE35）3 开关站及高压电缆洞的布置选择3 开关站及高压电缆洞的布置选择开关站及高压电缆洞布置原则：地面开关站宜布置在地质条件较好的位置，应与厂区交通干道较好的连接，方便对外交通；宜布置在靠近电站控制中心和业主营地，方便运行管理；应方便对外线路的布置和施工3。根据地下厂房的位置和厂区地形地质条件，开关站及高压电缆洞布置了三个方案（见图 4）。方案一：开关站位于下厂村西北侧约 200 m 处，高压电缆洞采用斜洞方案；方案二：开关站位于上下库连接道路旁，高压电缆洞采用斜洞方案；方案三：开关站位于下水库闸门井附近、环库道路旁，高压电缆洞采用平洞方案。方案一高压电缆洞长度最短，但开关站需修建支线公路，开挖边坡较高且离下厂村较近，影响村民日常生活。方案二交通便利，开挖边坡最少，投资最小。方案三交通便利，平洞运行管理方便，但开挖边坡较高，投资最大。综合考虑地形地质条件、工程布置、机电布置、施工条件、运行管理、工程量及投资等因素，推荐采用方案二。图 4 开关站及高压电缆洞比选方案平面布置4 地下厂房排水方案选择4 地下厂房排水方案选择抽水蓄能电站的排水方式一般有水泵抽排和自流排水两类。水泵抽排可抽排至上层排水廊道，经通风洞或新增排水洞至下库；或抽排至中层排图 3 输水发电系统厂房安装高程 230.0m 地质平切（厂房轴线 EW 向）2023，21（2）22广东水利电力职业技术学院学报水廊道，经交通洞抽排出洞外，亦或选择预埋排水管经尾水隧洞直接排入下库。厂房排水方案布置主要考虑以下因素：满足设计排水流量要求；考虑施工期排水，尽量做到永临结合；考虑水保及环境影响，制定水源保护措施；在满足技术经济可行的前提下，尽量减少投资，方便管理4-5。本工程厂房系统下层集水廊道底板高程为215.50 m，经现场调查，在柚子坪村和水浪村附近的河道处地形较低，具备设置自流排水洞的条件。地下厂房排水布置了三个方案（见图 5）。方案一：自流排水洞方案，厂房及设备的渗漏水汇至下层排水廊道，再通过自流排水洞自排出厂外；方案二：抽排+探洞自排方案，厂房及设备的渗漏水汇至集水井，采用加压水泵将厂内渗漏水抽排至地质探洞，经过探洞自排至下库；方案三：尾水隧洞埋管抽排方案，在尾水隧洞内埋管，利用埋管直接抽排至下库。经综合比较，方案二隧洞的一次性土建工程虽投资较大，但考虑长期运行成本，其经济性反而更好；排水能力大，运行期的维护、检修工作量较少，不存在水泵设备失效问题，工程安全系数高，且极大地方便了运行期及施工期的运行管理。因此方案二最佳。图 5 地下厂房排水方案平面布置5 交通洞和通风洞布置选择5 交通洞和通风洞布置选择交通洞是连接地下厂房与地面的主要交通运输通道，施工期主要为地下厂房开挖的施工和运输通道，运行期主要为交通、通风及安全疏散通道。通风洞作为施工期厂房、层开挖的施工通道，运行期主要为通风及人员安全疏散通道。交通洞和通风洞布置原则：洞口应选择地质条件较好区域，满足防洪安全；方便对外交通及运行管理；尽量优化线路布置，节省投资。本工程结合枢纽区的地形条件、枢纽布置、中部式厂房位置，在满足洞室坡度适中、对外交通及运行管理方便的原则下，拟定交通洞洞口布置在进场道路旁，距离业主营地约 150 m 位置处。根据交通洞的布置，拟定三个通风洞布置方案（见图 6）。方案一：两洞结合布置，从交通洞内分岔一条通往副厂房和主变洞拱顶的通风洞，并布置进风斜井作为进风和逃生通道，通风洞全长 668 m，进风斜井全长 603 m；方案二：洞口位于下水库库尾、环库道路旁，全长 1 402 m；方案三：洞口位于下水库大坝左坝头附近、环库道路旁，全长约 1 656 m。方案一两洞共用一个进洞口，洞口位于进场道路旁，施工期交通方便，洞室总长度最小，投资较小；方案二通风洞进洞口条件较差，洞身过沟段围岩条件较差；方案三进洞口条件较差，总线路长度最长。方案二和三施工期会占用下厂村通行主干道，对洞室提前开工造成制约。因此推荐方案一。图 6 交通洞和通风洞方案平面布置6 结语6 结语（1）通过地下探洞、深孔勘探的方式，了解地下厂房区域的地质情况，考虑地应力、主要地质构造面、输水发电系统布置顺畅等影响，确定合适的地下厂房位置和轴线。（2）开关站占地面积较大，应布置在地质条件良好、地势相对平缓的位置，尽量避免高边坡开挖，高压电缆洞采用斜洞布置可减少投资。（3）自流排水洞排水能力大，运行期的维护、检修工作量较少，工程安全系数高，极大地方便了运行期及施工期的运行管理。（4）交通洞和通风洞作为施工期的主要运输通道和运行期的安全疏散通道，应综合考虑地质、施工、投资等因素，确定合理的布置方案。23何艳丽：水源山抽水蓄能电站地下厂房洞室群布置研究Study on Cavern Group Layout for Underground Powerhouse of Shuiyuanshan Pumped-Storage Power StationHE Yan-li(Guangdong Hydropower Planning&Design Institute Co.,Ltd.,Guangzhou 510635,China)Abstract:The underground powerhouse of pumped storage power station has the characteristics of high water head,deep burial and high requirement of surrounding rock stability.Therefore,the location and axis selection of underground powerhouse and the layout of auxiliary caverns are of great significance to the construction of the powerhouse.This paper discusses the selection of powerhouse s position and axis,the layout of switch station and outgoing line tunnel,the arrangement of drainage system,layout of traffic,and ventilation tunnels,in hope of providing some reference for the design of other same type underground powerhouse.Key words:Shuiyuanshan Pumped-Storage Power Station;underground powerhouse;cavern layout（上接第 9 页）Experimental Study on the Response of Subway Station under EarthquakeCHENG Yang-yang(The 4th Engineering Co.,Ltd.of China Railway18th Bureau Group,Tianjin 300000,China)Abstract:In this paper,by shaking table model test,considering the influence of far and near field ground motion,and with three types of ground motion input adopted,the variation of acceleration magnification coefficient,frequency spectrum and peak acceleration of subway station structure and foundation under different ground motions are studied.The results of shaking table test show that the peak acceleration of ground motion can lead to the plastic deformation and damage of the model structure.Under the action of different ground motions with PGA=0.5 g,the PGA amplification effect of model foundation soil on near-and far-field ground motions with different spectral characteristics is obviously different.Under the action of ground motion,the soil body softens and a filtering effect occurs.With the increase of frequency,the frequency spectrum of ground motion at each measuring point increases first and then decreases.Under the action of two 0.5g ground motions,the acceleration spectrum at the 2Hz frequency appears to be concentrated and amplified.Under the input of 0.1g seismic acceleration,there is no significant difference in the distribution of three kinds of ground motions along the height of the structure,and the PGA of the structure is not affected by the spectral characteristics of the ground motion.Under the input of 0.5g seismic acceleration,the dynamic response difference of the structure under the action of far and near field vibration is obvious.Key words:shaker tests;earthquake;spectrum;station structure 参考文献：1 罗绍基，刘学山.抽水蓄能电站地下工程关键技术研究J.水电与抽水蓄能，2016,2(05):1-6.2 何艳丽.桐城抽水蓄能电站地下厂房位置及轴线的选择J.广东水利水电，2020(03):54-57.3 宋立民，苏奕康，王哲，等.黑龙江荒沟抽水蓄能电站电缆出线布置方式设计研究 J.水电与抽水蓄能，2020,6(06):108-112+120.4 何平.深圳抽水蓄能电站地下厂房排水方案设计探讨J.广东水利水电，2014(07):31-36.5 胡林江，冯树荣，胡育林，等.溧阳抽水蓄能电站地下厂房洞室群防渗排水设计 J.水力发电，2017,43(11):39-42+90.