李國會，李金友，盧 博，劉惟軼

（1.湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410131；2.中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

1 工程概況

河南五岳抽水蓄能電站位于河南省信陽市光山縣殷棚鄉(xiāng)境內(nèi)，裝機容量1000MW，樞紐工程主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房及地面開關(guān)站、下水庫等組成。

上水庫選擇在牢山寨北坡頂部的天然“V”形溝谷內(nèi)，通過筑壩及擴(kuò)庫開挖形成庫盆，正常運行時水位變幅36 m，調(diào)節(jié)庫容946萬m3，無泄水建筑物。壩址以上控制流域面積僅0.311 km2，庫盆利用一季節(jié)性流水的沖溝開挖而成，沖溝上游段走向NEE，下游段從大壩坡腳附近開始折向NNW方向，庫盆范圍內(nèi)沖溝溝底高程為205～300 m，溝底平均坡降約13%，沿庫盆四周共發(fā)育有8條規(guī)模較小的次級沖溝。庫周山頂高程多在350～390 m，最高處為牢山寨，海拔高程415.90 m。庫內(nèi)及庫外邊坡地形坡度變化較大，庫內(nèi)邊坡坡度介于21°～44°之間，局部為花崗巖陡崖，庫外邊坡地形坡度一般在25°～46°之間。上水庫地形地貌如圖1所示。

圖1 上水庫全貌（下游視）

2 庫盆軸線布置原則

2.1 充分利用地形地質(zhì)條件

上水庫庫盆所利用的天然沖溝走向大體呈“L”形，兩岸山體亦不對稱，庫周地形分水嶺以庫盆南側(cè)和東側(cè)一帶封閉條件較好，以主峰牢山寨為依托，山脈沿NEE～SWW方向延伸，山脊高程350～415 m；東側(cè)為一近南北走向的條形山脊，頂部高程在360～390 m之間，庫盆西側(cè)為一低矮埡口，最低高程僅321.3 m。

總體分析，上水庫壩址處集雨面積較小，庫盆地形條件較緊湊，壩軸線可供調(diào)整的范圍有限。壩軸線布置時應(yīng)充分利用分水嶺，并對局部低矮埡口進(jìn)行筑壩封閉，需要關(guān)注南側(cè)單薄分水嶺的滲透穩(wěn)定問題。

同時，壩址左岸下游的分水嶺總體較右岸要低，作為混凝土面板堆石壩的下游坡腳，在壩軸線設(shè)計時，應(yīng)保證左岸下游壩坡坡腳不越過該分水嶺。

2.2 保證調(diào)節(jié)庫容

本工程下水庫利用已建成的五岳水庫為大（Ⅱ）型水庫，現(xiàn)狀條件下調(diào)節(jié)庫容8098萬m3，上、下水庫進(jìn)/出水口水平距離約1845m，電站加權(quán)平均水頭238.3m，額定水頭241.0m，距高比為7.7。經(jīng)綜合分析比選，確定裝機容量為1000MW，所需上水庫調(diào)節(jié)庫容不小于946萬m3。

在已確定壩型為混凝土面板堆石壩的前提下，上水庫庫盆軸線的設(shè)計應(yīng)在充分利用有限地形的條件下，保證調(diào)節(jié)庫容滿足發(fā)電要求。

2.3 土石方挖填平衡控制

上水庫地層巖性為燕山晚期肉紅、灰白色中粒二長花崗巖類，石料致密堅硬，均一性好，抗風(fēng)化能力強，不存在潛在的混凝土堿活性反應(yīng)，弱風(fēng)化及其以下巖石開挖料可滿足作為堆石壩填筑料的質(zhì)量要求。

受上水庫選址區(qū)域地形條件及調(diào)節(jié)庫容等因素限制，上水庫需采用“人工開挖擴(kuò)庫+筑壩成庫”的開發(fā)方案，即通過“半挖半填”方案以形成滿足發(fā)電任務(wù)需求的上水庫庫盆。

根據(jù)料源規(guī)劃設(shè)計方案，上水庫庫岸開挖石料可滿足大壩墊層料開采量要求，上水庫相關(guān)區(qū)域開挖石料亦可滿足大壩過渡料、堆石料及護(hù)坡料的設(shè)計需要量，將上水庫庫盆底部向下擴(kuò)挖作為備選料源儲備方案。

上水庫庫盆下挖作為儲備料源，存在著“低挖高用”的缺點，施工中應(yīng)盡可能避免采用此方案。除做好料場開采規(guī)劃與壩料中轉(zhuǎn)、減少棄料等工程施工舉措外，在庫盆軸線設(shè)計方案上，應(yīng)尤其關(guān)注上水庫土石方平衡，通過優(yōu)化軸線布置設(shè)計，輔以料源規(guī)劃與開采，方能解決開挖與填筑的關(guān)系，并盡可能減少棄料，做到料盡其用。

3 庫盆軸線布置設(shè)計方案

3.1 大壩軸線布置設(shè)計方案

上水庫擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，結(jié)合地形地質(zhì)條件，依據(jù)調(diào)節(jié)防洪庫容及土石方平衡等綜合要求，大壩壩軸線按中間直線、兩端圓弧線（凸向庫外）方式布置，壩軸線平面布置參數(shù)如表1所示。

表1 上水庫大壩壩軸線平面布置參數(shù)

壩頂高程351.00 m，壩軸線總長1 362.23 m，約占上水庫庫盆軸線周長的65.61%。上水庫大壩壩軸線平面布置方案如圖2中實線部分所示。

圖2 上水庫庫盆軸線平面布置（尺寸單位：m）

3.2 庫岸軸線布置設(shè)計方案

為增大上水庫有效庫容，滿足電站調(diào)節(jié)性能要求，并結(jié)合土石方挖填平衡需要，在上水庫東南側(cè)牢山寨進(jìn)行擴(kuò)庫開挖，開挖位置盡可能靠近大壩，且開挖料質(zhì)量符合大壩填筑料要求。擴(kuò)庫開挖段順應(yīng)山體地形變化，由多段直線段和弧線段平順連接而成，庫岸軸線平面布置參數(shù)如表2所示。

表2 上水庫開挖庫岸軸線平面布置參數(shù)

根據(jù)上水庫挖填平衡的原則，在滿足壩頂交通及運行要求的前提下，環(huán)庫公路路面高程以上山體按地質(zhì)建議坡比及邊坡穩(wěn)定要求進(jìn)行開挖。擴(kuò)庫開挖段總長度約713.98 m（環(huán)庫公路內(nèi)側(cè)軸線投影），占總庫長的34.39%。上水庫庫岸軸線平面布置方案如圖2中虛線部分所示。

4 結(jié) 語

1）上水庫混凝土面板堆石壩平面布置采用“1段直線+3段圓弧曲線”的壩軸線形式，可以充分利用上水庫有限地形空間、適應(yīng)上水庫地貌特點，同時保證了蓄水發(fā)電所需要的調(diào)節(jié)庫容；主河溝左岸下游壩坡壩腳亦未越過單薄分水嶺，保證壩坡穩(wěn)定的同時，也節(jié)省了壩體填筑工程量。兩端圓弧段采用相同的半徑，方便面板的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工。

2）上水庫開挖庫岸軸線順應(yīng)地形地勢變化，采用“4段直線+3段圓弧曲線”的布置形式，在保證必需的壩體填筑料料源供應(yīng)外，經(jīng)復(fù)核計算，分水嶺處的山脊抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，確保了蓄水后及水位消落過程中的庫岸穩(wěn)定。

3）根據(jù)多方案比選確定庫盆軸線設(shè)計方案，并完成上水庫筑壩材料的料源規(guī)劃設(shè)計，如表3所示。

表3 上水庫大壩主要料源規(guī)劃

根據(jù)土石方平衡計算成果，上水庫庫岸開挖石料可滿足大壩過渡料、堆石料及護(hù)坡料的設(shè)計需要量，但不滿足1.15倍規(guī)劃開采量的擴(kuò)大系數(shù)要求，在將上水庫庫盆底部向下擴(kuò)挖作為備選料源儲備方案的同時，設(shè)計上采取在大壩下游堆石區(qū)高程較高處采用摻入一定比例的強風(fēng)化石料，提高開挖石料的上壩率，可有效解決開采量擴(kuò)大系數(shù)偏低的問題。

4）雖然大壩軸線存在多段圓弧，但通過調(diào)整防浪墻上游面結(jié)構(gòu)體形，可確保面板與防浪墻的水平接縫仍然為常規(guī)的直線形，進(jìn)而保證了上述區(qū)域的面板亦為常用的平面面板（表面和底面均為平面），便于面板的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工。