十三陵抽水蓄能電站（位于北京市昌平區(qū)的蓄能電站）

基本概況

十三陵抽水蓄能電站

十三陵抽水蓄能電站

十三陵水庫(kù)控制流域面積為223km 2 ，多年平均徑流量3100萬(wàn)m? ，經(jīng)多年運(yùn)行證明，豐、平水年可保持高水位運(yùn)行。由于庫(kù)尾存在大宮門(mén)古河道滲漏通道，為確保蓄能電站遇連續(xù)枯水年能正常運(yùn)行，采用堵漏防滲及補(bǔ)水相結(jié)合的方案，即在庫(kù)區(qū)中部修建防滲墻堵漏，遇枯水年需由白河堡水庫(kù)向十三陵水庫(kù)補(bǔ)水，年補(bǔ)水量約220萬(wàn)m ，引水工程已于1986年建成，設(shè)計(jì)流量4.3m/s 。

上水庫(kù)地層主要為熔巖角礫巖、安山巖，區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育。本地區(qū)規(guī)模較大的F1 、F3 斷層在右壩頭附近交匯，破碎帶寬達(dá)40m 。裂隙發(fā)育組數(shù)多，密度大，平均間距一般小于0.3m ；其中以北西向最發(fā)育。左壩頭F107下盤(pán)，發(fā)育有走向北東30°及北西285°兩組高傾角卸荷裂隙，張開(kāi)寬度為10～20cm ，無(wú)充填。上庫(kù)盆內(nèi)分布有3條北西西向裂隙密集帶，傾角54～63°，寬15～20m 。巖體受斷裂影響，風(fēng)化嚴(yán)重，一般表層有1～2m 殘積和全風(fēng)化巖土，全風(fēng)化帶局部可達(dá)10m 以上。鉆孔壓水試驗(yàn)成果表明巖體以強(qiáng)透水為主。根據(jù)上述情況，上庫(kù)必須做好全面防滲處理。

水道系統(tǒng)每條長(zhǎng)約2000m ，沿線(xiàn)穿過(guò)的巖層主要為礫巖，約占總長(zhǎng)度的80%；其次為安山巖和后期侵入的正長(zhǎng)斑巖。引水洞長(zhǎng)約400m ，局部為正長(zhǎng)斑巖巖脈，大部均為安山巖，除進(jìn)口至閘門(mén)井段覆蓋較薄，成洞條件較差外，其余地段一般覆蓋厚80～100m ，巖石完整，成洞條件較好。高壓管道長(zhǎng)約800m ，穿過(guò)的巖層除上段約200m長(zhǎng)范圍內(nèi)為正長(zhǎng)斑巖外，其余均為礫巖，上覆巖體厚度60～300m ，一般地段地質(zhì)條件尚好，但斷裂帶巖體破碎，是高壓管道主要工程地質(zhì)問(wèn)題。尾水洞長(zhǎng)約1000m ，沿線(xiàn)巖層為礫巖，斷裂不發(fā)育，但個(gè)別斷層與洞線(xiàn)交角較小，巖體較破碎，要引起注意。廠區(qū)地層主要為礫巖，膠結(jié)較好。厚500m ，層理不發(fā)育，具備修建地下廠房的條件。

電站樞紐主要建筑物有上庫(kù)、引水道、地下廠房、尾水道及下庫(kù)等。上庫(kù)采用瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂長(zhǎng)460m ，最大壩高70m ；庫(kù)盆采用全面瀝青混凝土襯護(hù)防滲，周長(zhǎng)1628m ，總庫(kù)容401萬(wàn)m 。水道系統(tǒng)有：兩條引水隧洞，長(zhǎng)分別為377m和399m ，襯砌內(nèi)徑5.2m ；在引水隧洞尾部各設(shè)1個(gè)雙室阻抗式調(diào)壓井，豎井襯砌內(nèi)徑7.2m ；兩條斜井式高壓管道，長(zhǎng)分別為815m 和794m ，每條高壓管道分兩支進(jìn)入地下廠房，襯砌內(nèi)徑5.2～3.8m ，設(shè)計(jì)考慮圍巖、混凝土、鋼板聯(lián)合作用，設(shè)計(jì)鋼板最大厚度達(dá)40mm ；尾水系統(tǒng)布置采用兩臺(tái)機(jī)匯入一個(gè)尾水調(diào)壓井，后接一條尾水洞，兩條尾水洞長(zhǎng)分別為780m 和840m ，襯砌內(nèi)徑5.2m ；尾水調(diào)壓井為單室阻抗式，豎井襯砌內(nèi)徑為8m 。地下廠房?jī)?nèi)安裝4臺(tái)單機(jī)容量20萬(wàn)kW 機(jī)組。地下廠房長(zhǎng)度為149m?。

十三陵蓄能電廠上水庫(kù)，系利用十三陵水庫(kù)左岸蟒山山頂?shù)奶烊粶系溃捎瞄_(kāi)挖和筑壩方式興建。上水庫(kù)庫(kù)區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重，透水性強(qiáng)，地下水位低，無(wú)天然徑流。全部庫(kù)岸、庫(kù)底及主、副壩填筑體上游面均采用混凝土面板防滲護(hù)面，防滲面積達(dá)175萬(wàn)ｍ，是中國(guó)首次在抽水蓄能電站上水庫(kù)大規(guī)模采用鋼筋混凝土全面防滲的工程。

設(shè)計(jì)特點(diǎn)

十三陵抽水蓄能電站

壩基傾斜面特性：上水庫(kù)主壩壩基為傾向下游的1：4?斜坡，為此進(jìn)行基巖面現(xiàn)場(chǎng)大型直剪試驗(yàn)。試驗(yàn)表明基巖巖體抗剪強(qiáng)度較低時(shí)，堆石沿基巖面的破壞發(fā)生在基巖巖體內(nèi)。基巖巖體的抗剪強(qiáng)度大于堆石的抗剪強(qiáng)度時(shí)，剪切破壞面將發(fā)生在堆石與基巖的界面處，其抗剪強(qiáng)度將取決于堆石料的內(nèi)摩擦角和堆石與基巖界面的粗糙程度。因而，堆石料沿基巖面的抗剪強(qiáng)度，依基礎(chǔ)巖體強(qiáng)度與堆石料強(qiáng)度相比較的高低，其抗剪強(qiáng)度的確定方法亦不相同。

壩體剖面的優(yōu)化：根據(jù)上水庫(kù)壩址的地形條件、各種不同風(fēng)化程度的壩料和混凝土面板堆石壩工程的特性及壩體不同部位的重要性，對(duì)壩剖面進(jìn)行合理分區(qū)，充分利用庫(kù)盆開(kāi)挖料。由于蓄水后面板堆石壩上游1/3 壩體范圍內(nèi)的壩體變形受影響程度最大，故在靠近面板上游的主堆石區(qū)填筑弱風(fēng)化開(kāi)挖料。考慮到主壩壩基傾向下游，為提高壩體整體穩(wěn)定性，在主壩下游坡腳設(shè)置弱風(fēng)化堆石區(qū)，采用與Ⅲ區(qū)相同的材料。在分析下游壩基地質(zhì)條件和壩體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，Ⅱ區(qū)料由原來(lái)的填筑高程508ｍ降至480ｍ，擴(kuò)大1區(qū)料的填筑范圍，減少初期弱風(fēng)化料填筑量。針對(duì)抽水蓄能電站的運(yùn)行特點(diǎn)，為給混凝土面板提供均勻可靠的支撐和排除滲水的能力，避免庫(kù)水位驟降時(shí)產(chǎn)生反向壓力，在緊靠混凝土面板下部設(shè)置水平寬度為3ｍ的墊層排水區(qū)。

氯丁膠乳瀝青無(wú)紡布的應(yīng)用：上水庫(kù)西側(cè)山體存在傾向庫(kù)外的斷層，影響邊坡的穩(wěn)定，且斷層在西坡庫(kù)盆內(nèi)側(cè)出露。若該區(qū)域面板滲漏，滲水將影響西坡的水文地質(zhì)條件，進(jìn)而對(duì)上水庫(kù)工程的安全運(yùn)行不利。根據(jù)上述情況，在上水庫(kù)西坡庫(kù)盆內(nèi)坡采用新構(gòu)造，巖坡基礎(chǔ)和副壩上游面墊層表面設(shè)置復(fù)合防滲層，選用新材料氯丁膠乳瀝青與聚酯纖維無(wú)紡布組成的防滲膜，其上面為無(wú)砂混凝土排水層和混凝土面板防滲層，滿(mǎn)足了減少滲漏損失和山體穩(wěn)定的要求。同時(shí)，又可減弱面板基礎(chǔ)的約束，有利于防止面板的裂縫，提高面板混凝土的耐久性。

工作原理

十三陵抽水蓄能電站

主要任務(wù)是：擔(dān)負(fù)北京地區(qū)調(diào)峰和緊急事故備用電源，改善首都供電質(zhì)量；接入華北電力系統(tǒng)，與京津唐電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；減少火電頻繁調(diào)整出力和開(kāi)啟，改善運(yùn)行條件，降低煤耗，同時(shí)兼有填谷、調(diào)頻和調(diào)相等功能。

壩體監(jiān)測(cè)

十三陵抽水蓄能電站

壩體填筑完成時(shí)，實(shí)測(cè)最大豎向位移為683mm。上水庫(kù)蓄水前，由于堆石體的自重固結(jié)作用等因素，壩體最大豎向位移達(dá)847mm，與壩體填筑完成時(shí)比較其高程位置上移在最大壩高的1/2偏上部，最大豎向位移量相當(dāng)于軸線(xiàn)壩高的1.13% 。上水庫(kù)在水位低于560m高程時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的豎向位移量變化不大，水荷載對(duì)壩體沉降變形的影響較小。隨庫(kù)水位升高至正常高水位，壩體各測(cè)點(diǎn)的豎向位移量變化相對(duì)較大，實(shí)測(cè)最大豎向位移為874mm。至2001年12月底，實(shí)測(cè)最大豎向位移為9430m，相當(dāng)于軸線(xiàn)壩高的1.26% 。施工期完成的沉降為壩體豎向位移的90%，壩體豎向位移與壩前蓄水高程密切相關(guān)。從壩體豎向位移總體情況來(lái)看，其豎向位移過(guò)程符合堆石體的變形規(guī)律，一是在雨季由于地表水的下滲，增加顆粒間的潤(rùn)滑作用，使堆石體的固結(jié)應(yīng)力增大，致使壩體豎向位移量較大，二是壩體下游側(cè)1區(qū)料的豎向位移量比上游側(cè)Ⅲ區(qū)料大，1區(qū)料強(qiáng)風(fēng)化巖體破碎，且遇水軟化，水環(huán)境和自重固結(jié)作用使塊體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

壩體壓縮變形模量

對(duì)于常規(guī)碎石料，壓縮試驗(yàn)e-p曲線(xiàn)在高應(yīng)力下基本上為水平線(xiàn)，上水庫(kù)主壩壩體1區(qū)料在應(yīng)力達(dá)到10～24MP時(shí)，孔隙比隨應(yīng)力有較大變化，說(shuō)明在高應(yīng)力條件下，將導(dǎo)致壩體產(chǎn)生較大的豎向位移量。由堆石體實(shí)測(cè)豎向位移量估算壩體壓縮變形模量平均約為34MPa，與筑壩材料的物理力學(xué)指標(biāo)較低是一致的。

壩體水平位移

壩體填筑完，實(shí)測(cè)最大水平位移為87mm；上水庫(kù)蓄水前，實(shí)測(cè)最大位移為150mm。蓄水初期各測(cè)點(diǎn)位移量變化不大，在庫(kù)水位接近正常蓄水位以后，受水荷載作用，水平位移變形速率增大，至2001年12月底，壩體最大水平位移測(cè)點(diǎn)位移量為1800m。一般情況下，在蓄水以前，壩體上游區(qū)域的水平位移應(yīng)指向上游，而十三陵上庫(kù)主壩壩體各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)水平位移均指向下游，分析認(rèn)為主要原因有，一是壩基為一傾向下游的斜坡面二是由于壩軸線(xiàn)下游側(cè)1區(qū)料為強(qiáng)風(fēng)化巖壩，其固結(jié)沉陷較大。

壩基面位移

沿壩基斜坡面上、下游方向共布置4支TS位移計(jì)監(jiān)測(cè)堆石體與壩基間的相對(duì)位移，除壩體下游坡腳位置的測(cè)點(diǎn)在施工初期位移變形較大外，其余測(cè)點(diǎn)均較小。上水庫(kù)充水時(shí)，靠近上游測(cè)點(diǎn)的位移變形略有增大，在接近正常蓄水位以后有明顯變化，此后基本穩(wěn)定。反映水荷載對(duì)上游主堆石區(qū)域沿壩基面的位移變形有一定影響，而對(duì)下游壩腳部位的影響較小。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，上水庫(kù)堆石體沿壩基面的整體是穩(wěn)定的。

滲流監(jiān)測(cè)

十三陵抽水蓄能電站

優(yōu)化改進(jìn)

十三陵抽水蓄能電站

1、庫(kù)區(qū)的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件十三陵盆地處于山區(qū)和平原的過(guò)渡地段。十三陵水庫(kù)位于大寶山漢包山和蟒山之間，寬約1.5km，長(zhǎng)約4km 。根據(jù)收集的和補(bǔ)充勘探的83個(gè)鉆孔資料，可看出庫(kù)區(qū)的第四系地層大致分為沖積層、洪積層和坡積層三種成因類(lèi)型。沖積層主要分布在庫(kù)盆底部。其上層為砂卵石層，是本區(qū)主要透水層 厚度20m ～35m 。中層為粘土—亞粘土層，淺黃色，可塑—硬塑狀平均厚度20m左右，最厚可達(dá)30m ～40m 。下層為砂卵石層，分布于粘土層之下至基巖面之間，深度40m以下，厚度40m ～50m 。洪積層主要分布于庫(kù)區(qū)左岸德陵溝附近，也具有與上述沖積層相似的砂卵石—粘土—砂卵石三層結(jié)構(gòu)，只是其中層粘性土層常夾有卵石透鏡體，致使此層粘性土厚度由20m左右減薄到個(gè)別部位4m ～5m 。坡積層分布在水庫(kù)四周較高地段上，以亞粘土、輕亞粘土含碎石為主，與沖積層交錯(cuò)聯(lián)結(jié)，透水性較小。

2、對(duì)庫(kù)區(qū)和粘性土的評(píng)價(jià)根據(jù)十三陵水庫(kù)壩址地質(zhì)剖面圖和提供的地質(zhì)資料，在庫(kù)盆中普遍存在一層粘性土層，其頂面埋深約20m ～40m，其厚度由數(shù)20m ～25m左右，最厚達(dá)30m ～40m 。庫(kù)區(qū)粘性土層直接與岸邊粘土層相接，形成了一個(gè)整體，表明粘土層是連續(xù)的。