浅谈河南五岳抽水蓄能电站施工组织设计
摘要：五岳抽水蓄能电站位于河南光山县殷棚乡境内，上水库位于牢山寨北坡近顶部山坳处的牢山林场，下水库利用已建成的五岳水库。牢山寨沟谷切割强烈，山高坡陡，河谷狭窄，施工场地紧缺，施工临时设施的布置比较困难。本文从施工导流、料源选择、渣场规划、施工总布置及施工总进度等方面介绍工程施工组织设计的主要思路和成果。
关键词：抽水蓄能电站 施工组织设计 总布置
1 工程概述
五岳抽水蓄能电站位于河南信阳市光山县殷棚乡境内，电站距光山县城42km，距信阳市70km，距武汉市130km。对外交通条件较便利。
本工程总装机容量1000MW，为Ⅱ等大（2）型工程。枢纽建筑物主要由上库混凝土面板堆石坝、下库拦沙坝、电站进/出水口、输水隧洞、地下厂房和地面开关站等建筑物组成。
上水库位于五岳水库西支主支源头牢山寨，利用天然地形开挖成库，库盆防渗采用库周钢筋混凝土面板、库底垂直帷幕防渗方案。上水库主要建筑物有大坝及输水系统进/出水口，无泄水建筑物。上水库总库容1016.0万m3，大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高128.20m。下水库库容1.31亿m3，大坝为黏土心墙砂壳坝，最大坝高28.8m。
输水及发电厂房布置于牢山寨与五岳水库西支沟库尾之间的地段，采用一洞二机供水方式，输水系统总长度1679.3m。厂房（包括主机间和安装间）的开挖尺寸为134.5m×25m×53.3m（长×宽×高）。
下水库利用已建成的五岳水库，其枢纽由主坝、5座副坝、溢洪道、副溢洪道、输水洞、渠首闸、输水洞泄洪闸、引水洞等组成。
本工程计划总工期为72个月（不含筹建期1年），其中净施工准备期6个月，主体工程施工期54个月，完建期12个月。
2 工程施工特点
（1）本工程关键控制项目地下厂房及输水系统洞室群具有以下特点：规模大、地下洞室多；施工作业风险源较多；土建施工项目多，施工难度大；机电安装设备繁多，协调和管理难度大；工期长，工程量大，工程任务重等。
（2）上水库混凝土面板堆石坝施工重点及难点是如何有效地利用开挖料，优化土石方的动态调配平衡，提高开挖利用料的直接上坝率，以减少二次转运量及堆存场占地，节省工程投资。
（3）地下厂房埋藏深、跨度大、边墙高、交叉洞室多，施工支洞及通道规划、通风散烟、高边墙及断层破碎带开挖稳定问题、厂房岩锚吊车梁施工，是地下厂房系统的施工难点和重点。
（4）上库主体工程所需混凝土骨料料源选用上库库盆开挖的花岗岩料，该料储量丰富，对混凝土温控及防裂有利，且不具有碱活性。
（5）上、下库施工场地紧缺，施工场地布置困难。
3 施工导流
3.1 上库施工导流
上库施工导流包括混凝土面板堆石坝施工导流和引水系统进/出水口施工导流。上库主坝布置在两条较平缓的冲沟上，根据地形、地质条件，结合河流水文气象特性及枢纽布置特点，大坝施工不适合采用分期导流方式；若采用涵管导流，两条冲沟均需布置涵管，工程量较大，且涵管埋在坝下，为大坝的一部分，对涵管的接头、防渗、涵管与坝体的连接等要求较高，涵管导流运行期容易引起振动，若处理不好，极易引起沿管集中渗流，可能影响坝体稳定和发生漏水现象，同时也要修筑挡水围堰；根据地形特点，若采用围堰挡水由水泵抽水的导流方案，两条冲沟均需布置围堰挡水，围堰长、工程量大，且从地形看，库盆面积较小，库周坡度较大，布置围堰挡水保护较困难。经综合分析比较，并结合本工程的地形、枢纽布置和施工特点，本阶段上库施工导流拟选择引水至集水井、集中机械抽排的导流方式。
3.2 下库施工导流
本电站利用现有的五岳水库作为下水库，下水库施工导流主要指下水库进/出水口施工导流及下水库尾水渠疏浚施工导流。下水库施工导流除了要保证进/出水口安全施工和尾水渠疏浚按期完成外，还应尽量减少对五岳水库运行、农业灌溉和库区居民的影响，并具经济合理性。
（1）下水库进/出水口施工导流。下水库进/出水口为岸塔式结构，顶部高程95.00m，底板高程62.80m，底板位于正常蓄水位89.18m以下26.38m。根据下水库进/出水口布置、地形地质条件和施工进度安排等，下水库进/出水口初期采用全年土石围堰挡水，后期当下水库进/出水口闸门具备下放条件后，由闸门挡水，保证输水系统和厂房全年连续施工。
（2）下水库尾水渠疏浚施工导流。下水库尾水渠全长2733.63m，底板宽85.00m，底板高程72.80m，位于水库正常蓄水位以下16.38m。尾水渠开挖工程量较大，平均下挖深度约9m，大部分需爆破作业，干砌石护岸、浆砌石护底及混凝土挡沙坎等需干地施工，因此，本阶段拟采用围堰挡水方式。
根据尾水渠布置及地形地质条件，一期在渠中主围堰1#、2#和3#支沟围堰的保护下，施工围堰前半段。2#、3#支沟的雨水引至渠中主围堰外侧水库内。二期在渠中、渠尾主围堰和1#支沟围堰、4#支沟围堰及2个小支沟围堰的保护下，施工尾水渠后半段。1#支沟的雨水引至渠尾挡水主围堰外侧水库内。2#、3#支沟的雨水经4#支沟及两个小支沟引至渠尾挡水主围堰外侧水库内。
4 料源选择
根据本工程枢纽布置特点及料源条件，拟在下水库设置人工砂石加工系统，生产本工程所有混凝土骨料及垫层（碎石）料，料源采用地下洞室开挖料，不足部分由上水库库盆开挖料补充。
4.1 混凝土骨料料源选择
本工程主体工程混凝土总量约44.78万m3（含喷混凝土）。考虑砂石开采、加工损耗系数1.25，运输、施工等损耗系数1.05，骨料毛料设计需要量为49.73万m3（自然方）。考虑规划扩大系数1.3后，料源规划开采量要求为64.65万m3。料源岩石线膨胀系数小，对混凝土温度控制及防裂有利，且不具有碱活性，作为混凝土骨料的料源，可减少弃渣，节省工程费用。本工程地下洞室开挖料质量及数量均满足砂石粗骨料加工需求，可充分利用工程开挖料，减少弃渣及征占地，有效保证砂石骨料质量及数量。拟在下水库区设置人工砂石加工系统，生产本工程所有混凝土粗骨料及垫层料（碎石）粗骨料，料源采用地下洞室开挖料。
4.2 坝体堆石料料源选择及渣场规划
（1）上库区。上水库填筑主堆石料、下游堆石料、过渡料、坝后排水棱体、块石护坡石料及大坝工程浆砌石共739.06万m3，折合石方596.93万m3（自然方）。考虑5%的运输和界面损失，设计需要量628.35万m3（自然方）。考虑规划扩大系数1.3后，料源规划可采量要求为816.86万m3。
上水库副坝趾板、库岸、上水库进/出水口明挖，上水库进/出水口、上平洞、上库闸门井洞挖等，考虑界面损失及爆破飞散损失后可利用料总量约657.71万m3，其中21.90万m3用于砂石骨料加工料源，剩余635.81万m3满足上水库填筑石料料源设计需要量628.35万m3的要求，但不满足规划扩大系数1.3倍的要求。本阶段推荐土楼石料场为堆石料、块石料料源的备用料场。
土楼石料场位于上下库连接公路旁，有用料的有效储量为641.2万m3，满足骨料料源考虑扩大系数1.3（扩大25.87万m3）和上水库填筑石料料源扩大系数1.3（扩大188.51万m3）总计214.38万m3备用料料源需要。
（2）下库区。下水库工程干砌石、浆砌石共计4.20万m3，折合石方3.39万m3（自然方）。考虑5%的运输和界面损失，设计需要量3.57万m3（自然方）。设计需要量较小，本阶段考虑采用洞室开挖可利用料。
下库区主体工程洞挖考虑转存及爆破等损失后可利用料共67.92万m3，除去用于下库砌石工程的3.57万m3外，剩余64.35万m3均用于加工砂石骨料。
5 施工总布置
根据工程枢纽布置、场内外交通条件和施工场地条件，遵照施工方便、便于管理、降低能耗的原则，以上库、下库及输水发电系统为中心，采用分区与集中相结合的形式进行总布置设计，施工区分为上库和下库两大施工区域进行综合布置。
5.1 上库区施工布置
5.1.1 上库场地布置原则
由于上库库盆南西侧约400m处地形较缓的部位，大部分属于罗山县地界。上水库地形陡峻，施工场地布置较困难，需结合上、下库连接道路就近选择方案布置，主要考虑以下因素：
（1）考虑本工程混凝土骨料选择上库洞室开挖料，砂石加工系统及混凝土拌和系统的布置应结合上、下库连接路的选择，布置在业主管理区西侧的冲沟内，以避免开挖料往返运输。
（2）由于站址区位于光山县、新县及罗山县交界处，因此，施工用地应考虑行政归属问题，尽量减少协调工作。
5.1.2 上库分区布置
综合考虑以上布置原则，并根据上库枢纽建筑物的施工特点、上库施工场地条件，以及上、下库连接路方案的选择，经方案比较，上、下库连接路大部分在光山县境内，小部分在罗山县境内。上库区场地布置如下：
（1）以钢筋混凝土面板堆石坝施工为主，施工区布置以坝基及岸坡开挖、弃渣场地、利用料中转场、施工机械停放及维修、开挖弃渣及上坝料运输线路为重点，施工工厂规模相对较小。
（2）根据上水库施工区场地布置条件，弃渣场布置在库盆西北角的冲沟内；利用料中转场地布置在1#施工支洞洞口、2#道路左侧的冲口内。
（3）施工区内交通考虑弃渣及利用料上坝需要，从环库道路接线穿过弃渣场至大坝坝基施工较为方便的高程；混凝土系统规模较小，可以在上水库附近、2#道路旁平整一块场地进行布置；其他施工工厂、施工管理及生活区、金属结构拼装场地等考虑布置在2#道路旁合适的场地内。
5.2 下库区施工布置
以土石方开挖及混凝土浇筑、机电及金属结构安装为主，施工区布置以工程弃渣、利用料堆存、人工砂石加工系统及混凝土系统、安装场、仓储系统等为重点。
（1）由于下库施工区面广、线长，交通道路布置应尽量避免或减少反向运输和二次倒运，并尽可能形成环线公路，确保交通顺畅。
（2）下库施工区处于微丘地带，可利用场地较多，但农田、居民区较多，布置时尽量利用山包、山坡、冲沟等布置。
（3）根据施工总布置原则及下库布置条件，下库弃渣场地可集中布置在尾水渠左侧的1#支沟附近的山沟内；利用料中转场根据人工碎石加工系统、混凝土系统布置选择在进厂交通洞洞口附近的冲沟内。
（4）施工管理及生活区、施工工厂、仓储系统、安装场地等可沿下库场区内主干道路沿线集中布置；业主管理区场地选定在1#道路右侧邻近杨树湾的冲沟内，且部分已经进行场地平整。
6 结语
五岳抽水蓄能电站上水库库盆四周无合适地形布置施工场地，施工临时设施的布置困难。设计过程中充分考虑了这些不利因素，充分结合现场实际情况，采用合理利用冲沟和平缓的山脊布置，取消备用石料场地，以及减少上库死库容、增加库底石渣回填量、在基坑内设置中转料场等方法减少施工占地。通过工程布置方案优化，合理解决了施工场地紧缺、施工临时设施布置困难等问题。同时考虑行政归属问题，施工场地布置及道路均尽可能布置在光山县境内。