山區抽水蓄能電站上壩公路方案比選分析

宋世磊

（上海勘測設計研究院有限公司，上海市 200335）

0 引言

近年來，抽水蓄能電站作為經濟、清潔的大規模儲能方式，具有啟停靈活、反應迅速、調峰填谷、調頻調相、緊急事故備用等優勢，受到國家大力支持。上壩公路是電站建設前期的關鍵性先導工程，是大壩主體施工的主要通道，也是制約電站能否按時發電的重要因素。上壩公路的設計需要從地質條件、線形指標、工程造價、施工工期、環境保護、施工與養護難度等多因素綜合考慮。

現以國內某抽水蓄能電站工程為例，對其水庫上壩公路路線方案進行比選分析。經過多方案、多角度論證，選出最佳上壩公路設計方案。經濟、合理的設計方案，能最大限度地保證工程建設的經濟效益和社會效益[1]。

1 工程概況

該抽水蓄能電站上水庫位于兩山之間的溝谷之中，為一馬鞍型的地形分水嶺，沿溝谷南北兩側筑壩，東西兩側開挖擴容成庫。正常蓄水位1512.0 m，正常蓄水位以下庫容647萬m3，死水位1 476.00 m，死庫容16萬m3，調節庫容630萬m3。主要建筑物包括：主壩、副壩、全庫盆防滲系統、環庫道路。主壩、副壩均為瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 509.00 m，壩頂寬8 m，其中主壩最大壩高約111 m，壩頂長度324 m，副壩最大壩高約106 m，壩頂長度370 m。庫區防滲面積約28.99萬m2（含主壩、副壩面板）。

工程區處于上揚子準地臺，近場內斷裂構造主要為紅砂坡斷層和建始斷層，不屬于晚更新世以來活動的斷層。第四系以來，工作區仍以大面積、間隙性升降運動為主，局部地區顯示較強烈的斷塊差異運動，塑造出相應的地貌形態，并有為數不多的中強地震發生。工程場址區無區域性斷裂通過。工程區內地質構造以褶皺為主，主要有一級褶皺官渡向斜和橫石溪背斜，以及官渡向斜次級褶皺天井峽向斜、遲谷峽背斜和橫石溪背斜次級褶皺廟灣背斜、明堂向斜。基本地震動峰值加速度為40.9gal，相應地震基本烈度為Ⅵ度。另據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015），工程場地地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，地震基本烈度為Ⅵ度。上水庫壩址5 km范圍內沒有活動斷層，地震震級小于5級，區域構造穩定分級屬于穩定性好。

2 上壩公路方案

2.1 路線起、終點

抽水蓄能電站與人們常見的一般性水電站工程不同，它具有一定的選址特殊性：上、下水庫之間必須存在較大的高差，以保證上水庫水頭能夠產生的巨大勢能，從而能夠發揮抽水蓄能電站的優勢[2]。因此，上壩公路也具有類似的特殊性，它必須從低處克服巨大高差，通過持續爬坡，最終到達上水庫壩址。

為了便于設計，選擇上壩公路起點為進場公路設計終點，設計高程約為1 045 m，終點為大壩壩址東南側“Z”字型道路入口處，設計高程約為1 480 m，起、終點高差約435 m，按照平均縱坡5.5%控制，該工程路線總長度應控制在7.9 km左右。

2.2 道路設計采用的標準、等級及技術指標

上壩公路雖稱之為公路，但它卻不同于一般性公路。上壩公路的功能主要是連接大壩與外界的交通道路。施工期，主要用于施工車輛通行，是施工建設的關鍵工程。運維期，主要是運維車輛通行。其功能與作用明顯不同于一般公路。因此，不宜采用公路行業設計標準與規范，而應該采用水利水電行業設計標準與規范。這樣，上壩公路采用《水電水利工程場內施工道路技術規范》（DL/T 5243—2010）中場內主要道路三級道路標準，其設計速度取用20 km/h，圓曲線最小半徑15 m，不設超高的圓曲線最小半徑100 m，最大縱坡9%，停車視距20 m，會車視距40 m，凹、凸豎曲線最小半徑200 m，最小坡長60 m，隧道內最大縱坡按照6%控制，連續長大縱坡路段，應該設置3%緩和坡段。

路基橫斷面設計采用雙車道，路基寬度7.5 m，路面寬度6.5 m，兩側路肩寬度0.5 m，雙向路拱橫坡2%，路面結構采用水泥混凝土路面，面層采用20 cmC30水泥混凝土，基層采用20 cm5%水泥穩定碎石，底基層采用15 cm級配碎石。

路基標準橫斷面圖見圖1所示。

圖1 路基標準橫斷面圖

3 方案比選分析

3.1 推薦線方案

由于該工程建設是PPP項目，建設單位要求建設周期縮短，工程建設投資要求不高，所以經過多方案比選，推薦線路線方案為路基加隧道，無橋梁。路線起點東側山體較陡，地面坡度多為50度以上，如路基方案穿過，挖方量將巨大，且施工難度大，爬坡效果不好。對此，宜采用隧道繞行方案，爬坡效果顯著。路線起點至K1+080段設置左轉彎隧道，半徑150 m，路線在緩坡處出洞后，沿山坡布線，在緩坡平坦處設置3個回頭曲線繼續爬坡，在K3+530至K4+680路段設置左轉彎隧道穿過山體，半徑160 m，出洞后路基明線布線，在K4+990至K5+755路段設置直線隧道穿過山體，出洞后路基明線布線，到達路線終點，路線全長7 380 m，路基總長4 385 m，隧道總長2 995 m。推薦線路線方案圖見圖2所示。

圖2 推薦線路線方案圖

路基明線最大縱坡9%，隧道最大縱坡6%，路線縱斷面圖見圖3所示。

圖3 推薦線路線縱斷面圖

3.2 A比較線方案

A比較線路線方案為路基加隧道，無橋梁。路線起點西側山體較陡，地面坡度多為50度以上，如路基方案穿過，挖方量將巨大，且施工難度大，爬坡效果不好。為此，宜采用隧道繞行方案，爬坡效果顯著。路線起點至K1+250段設置兩個右轉彎隧道，兩個圓曲線半徑均為100 m，路線在緩坡處出洞后，沿山坡布線，在緩坡平坦處設置1個回頭曲線，與K推薦線相接，終點樁號AK2+900=推薦線K2+920，路線全長2 900 m，其中路基總長1 650 m，隧道總長1 250 m，對應推薦線全長2 920 m，其中路基總長1 840 m，隧道總長1 080 m。A比較線路線方案圖見圖4所示。

圖4 A比較線路線方案圖

路基明線最大縱坡9%，隧道最大縱坡6%，路線縱斷面圖見圖5所示。

圖5 A比較線路線縱斷面圖

3.3 B比較線方案

B比較線路線方案為路基，無橋梁。路線起點樁號為BK4+700=推薦線樁號K4+700，路線出隧道后，沿山坡向西、向南展線，終點樁號BK6+110=推薦線K6+425，路線全長1 410 m，全線皆為路基，無隧道，對應推薦線全長1 725 m，其中路基總長960 m，隧道總長765 m。B比較線路線方案圖見圖6所示。

圖6 B比較線路線方案圖

路基明線最大縱坡9%，路線縱斷面圖見圖7所示。

圖7 B比較線路線縱斷面圖

3.4 方案比選與分析

路線方案主要從地質條件、線形指標、工程造價、施工工期、環境保護、施工與養護難度等六個因素進行比選。

比選分析采用打分累計法，假定此類一般工程各因素分值均為60分，各因素采用由優到劣5個等級，等級自高而低分別為100分、80分、60分、40分、20分，計算各因素分數的總和，總得分最高者確定為最佳路線方案。

3.4.1 A比較線方案比選

A比較線樁號范圍：AK0+000～AK2+900，對應推薦線K0+000～K2+920，盡管A線總長度比K線短20 m，路基展線短于K線，且路線布線比較分散，環境破壞小于K線，路基段線形指標優于K線，但是A線隧道長了170 m，隧道線形指標遠低于K線，隧道內行車安全性低于K線，工程造價偏高，施工工期長，施工與養護難度大，綜合比較分析，推薦K線。

A比較線與推薦線比選分析情況見表1所列。

表1 A比較線與推薦線比選分析表

3.4.2 B比較線方案比選

B比較線樁號范圍：BK4+700～BK6+110，對應推薦線K4+700～K6+425，盡管B線總長度比K線短315 m，工程造價偏低，施工工期短，施工與養護難度低，但是線形指標低于K線，平均縱坡大于K線，由于B線布線的山體坡度較陡，坡度多為45～60度之間，路基開挖后多為深挖路塹邊坡，環境破壞遠遠大于K線，綜合比較分析，推薦K線。

B比較線與推薦線比選分析情況見表2所列。

表2 B比較線與推薦線比選分析表

6 結語

（1）山區抽水蓄能電站上壩公路是整個電站建設的關鍵性先導工程，必須提前策劃、設計與施工，否則將會影響電站的投產發電。

（2）上壩公路設計方案必須綜合考慮地質條件、線形指標、工程造價、施工工期、環境保護、施工與養護難度等因素，經過方案比選與分析，才能選出更合理、更優化的設計方案。

（3）工程建設必須要堅持人與自然和諧、保護環境的原則[3]，不能以破壞環境換取經濟效益，必須要有大局觀，堅持綠色、生態、環保、可持續的發展理念。