山区抽水蓄能电站上坝公路方案比选分析

宋世磊

（上海勘测设计研究院有限公司，上海市 200335）

0 引言

近年来，抽水蓄能电站作为经济、清洁的大规模储能方式，具有启停灵活、反应迅速、调峰填谷、调频调相、紧急事故备用等优势，受到国家大力支持。上坝公路是电站建设前期的关键性先导工程，是大坝主体施工的主要通道，也是制约电站能否按时发电的重要因素。上坝公路的设计需要从地质条件、线形指标、工程造价、施工工期、环境保护、施工与养护难度等多因素综合考虑。

现以国内某抽水蓄能电站工程为例，对其水库上坝公路路线方案进行比选分析。经过多方案、多角度论证，选出最佳上坝公路设计方案。经济、合理的设计方案，能最大限度地保证工程建设的经济效益和社会效益[1]。

1 工程概况

该抽水蓄能电站上水库位于两山之间的沟谷之中，为一马鞍型的地形分水岭，沿沟谷南北两侧筑坝，东西两侧开挖扩容成库。正常蓄水位1512.0 m，正常蓄水位以下库容647万m3，死水位1 476.00 m，死库容16万m3，调节库容630万m3。主要建筑物包括：主坝、副坝、全库盆防渗系统、环库道路。主坝、副坝均为沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程1 509.00 m，坝顶宽8 m，其中主坝最大坝高约111 m，坝顶长度324 m，副坝最大坝高约106 m，坝顶长度370 m。库区防渗面积约28.99万m2（含主坝、副坝面板）。

工程区处于上扬子准地台，近场内断裂构造主要为红砂坡断层和建始断层，不属于晚更新世以来活动的断层。第四系以来，工作区仍以大面积、间隙性升降运动为主，局部地区显示较强烈的断块差异运动，塑造出相应的地貌形态，并有为数不多的中强地震发生。工程场址区无区域性断裂通过。工程区内地质构造以褶皱为主，主要有一级褶皱官渡向斜和横石溪背斜，以及官渡向斜次级褶皱天井峡向斜、迟谷峡背斜和横石溪背斜次级褶皱庙湾背斜、明堂向斜。基本地震动峰值加速度为40.9gal，相应地震基本烈度为Ⅵ度。另据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），工程场地地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震基本烈度为Ⅵ度。上水库坝址5 km范围内没有活动断层，地震震级小于5级，区域构造稳定分级属于稳定性好。

2 上坝公路方案

2.1 路线起、终点

抽水蓄能电站与人们常见的一般性水电站工程不同，它具有一定的选址特殊性：上、下水库之间必须存在较大的高差，以保证上水库水头能够产生的巨大势能，从而能够发挥抽水蓄能电站的优势[2]。因此，上坝公路也具有类似的特殊性，它必须从低处克服巨大高差，通过持续爬坡，最终到达上水库坝址。

为了便于设计，选择上坝公路起点为进场公路设计终点，设计高程约为1 045 m，终点为大坝坝址东南侧“Z”字型道路入口处，设计高程约为1 480 m，起、终点高差约435 m，按照平均纵坡5.5%控制，该工程路线总长度应控制在7.9 km左右。

2.2 道路设计采用的标准、等级及技术指标

上坝公路虽称之为公路，但它却不同于一般性公路。上坝公路的功能主要是连接大坝与外界的交通道路。施工期，主要用于施工车辆通行，是施工建设的关键工程。运维期，主要是运维车辆通行。其功能与作用明显不同于一般公路。因此，不宜采用公路行业设计标准与规范，而应该采用水利水电行业设计标准与规范。这样，上坝公路采用《水电水利工程场内施工道路技术规范》（DL/T 5243—2010）中场内主要道路三级道路标准，其设计速度取用20 km/h，圆曲线最小半径15 m，不设超高的圆曲线最小半径100 m，最大纵坡9%，停车视距20 m，会车视距40 m，凹、凸竖曲线最小半径200 m，最小坡长60 m，隧道内最大纵坡按照6%控制，连续长大纵坡路段，应该设置3%缓和坡段。

路基横断面设计采用双车道，路基宽度7.5 m，路面宽度6.5 m，两侧路肩宽度0.5 m，双向路拱横坡2%，路面结构采用水泥混凝土路面，面层采用20 cmC30水泥混凝土，基层采用20 cm5%水泥稳定碎石，底基层采用15 cm级配碎石。

路基标准横断面图见图1所示。

图1 路基标准横断面图

3 方案比选分析

3.1 推荐线方案

由于该工程建设是PPP项目，建设单位要求建设周期缩短，工程建设投资要求不高，所以经过多方案比选，推荐线路线方案为路基加隧道，无桥梁。路线起点东侧山体较陡，地面坡度多为50度以上，如路基方案穿过，挖方量将巨大，且施工难度大，爬坡效果不好。对此，宜采用隧道绕行方案，爬坡效果显著。路线起点至K1+080段设置左转弯隧道，半径150 m，路线在缓坡处出洞后，沿山坡布线，在缓坡平坦处设置3个回头曲线继续爬坡，在K3+530至K4+680路段设置左转弯隧道穿过山体，半径160 m，出洞后路基明线布线，在K4+990至K5+755路段设置直线隧道穿过山体，出洞后路基明线布线，到达路线终点，路线全长7 380 m，路基总长4 385 m，隧道总长2 995 m。推荐线路线方案图见图2所示。

图2 推荐线路线方案图

路基明线最大纵坡9%，隧道最大纵坡6%，路线纵断面图见图3所示。

图3 推荐线路线纵断面图

3.2 A比较线方案

A比较线路线方案为路基加隧道，无桥梁。路线起点西侧山体较陡，地面坡度多为50度以上，如路基方案穿过，挖方量将巨大，且施工难度大，爬坡效果不好。为此，宜采用隧道绕行方案，爬坡效果显著。路线起点至K1+250段设置两个右转弯隧道，两个圆曲线半径均为100 m，路线在缓坡处出洞后，沿山坡布线，在缓坡平坦处设置1个回头曲线，与K推荐线相接，终点桩号AK2+900=推荐线K2+920，路线全长2 900 m，其中路基总长1 650 m，隧道总长1 250 m，对应推荐线全长2 920 m，其中路基总长1 840 m，隧道总长1 080 m。A比较线路线方案图见图4所示。

图4 A比较线路线方案图

路基明线最大纵坡9%，隧道最大纵坡6%，路线纵断面图见图5所示。

图5 A比较线路线纵断面图

3.3 B比较线方案

B比较线路线方案为路基，无桥梁。路线起点桩号为BK4+700=推荐线桩号K4+700，路线出隧道后，沿山坡向西、向南展线，终点桩号BK6+110=推荐线K6+425，路线全长1 410 m，全线皆为路基，无隧道，对应推荐线全长1 725 m，其中路基总长960 m，隧道总长765 m。B比较线路线方案图见图6所示。

图6 B比较线路线方案图

路基明线最大纵坡9%，路线纵断面图见图7所示。

图7 B比较线路线纵断面图

3.4 方案比选与分析

路线方案主要从地质条件、线形指标、工程造价、施工工期、环境保护、施工与养护难度等六个因素进行比选。

比选分析采用打分累计法，假定此类一般工程各因素分值均为60分，各因素采用由优到劣5个等级，等级自高而低分别为100分、80分、60分、40分、20分，计算各因素分数的总和，总得分最高者确定为最佳路线方案。

3.4.1 A比较线方案比选

A比较线桩号范围：AK0+000～AK2+900，对应推荐线K0+000～K2+920，尽管A线总长度比K线短20 m，路基展线短于K线，且路线布线比较分散，环境破坏小于K线，路基段线形指标优于K线，但是A线隧道长了170 m，隧道线形指标远低于K线，隧道内行车安全性低于K线，工程造价偏高，施工工期长，施工与养护难度大，综合比较分析，推荐K线。

A比较线与推荐线比选分析情况见表1所列。

表1 A比较线与推荐线比选分析表

3.4.2 B比较线方案比选

B比较线桩号范围：BK4+700～BK6+110，对应推荐线K4+700～K6+425，尽管B线总长度比K线短315 m，工程造价偏低，施工工期短，施工与养护难度低，但是线形指标低于K线，平均纵坡大于K线，由于B线布线的山体坡度较陡，坡度多为45～60度之间，路基开挖后多为深挖路堑边坡，环境破坏远远大于K线，综合比较分析，推荐K线。

B比较线与推荐线比选分析情况见表2所列。

表2 B比较线与推荐线比选分析表

6 结语

（1）山区抽水蓄能电站上坝公路是整个电站建设的关键性先导工程，必须提前策划、设计与施工，否则将会影响电站的投产发电。

（2）上坝公路设计方案必须综合考虑地质条件、线形指标、工程造价、施工工期、环境保护、施工与养护难度等因素，经过方案比选与分析，才能选出更合理、更优化的设计方案。

（3）工程建设必须要坚持人与自然和谐、保护环境的原则[3]，不能以破坏环境换取经济效益，必须要有大局观，坚持绿色、生态、环保、可持续的发展理念。