1.6 溧阳抽水蓄能电站简介

1.6.1 上水库及主坝工程

1.6.1.1 上水库布置

溧阳电站上水库利用2条冲沟（芝麻沟和青山沟）筑坝成库，南、北、西三面环山，山顶高程为290～370m，上水库枢纽由主坝、1^＃副坝、2^＃副坝、库岸、库底及其防渗结构等组成，库底北端临近1^＃副坝侧布置竖井式上水库进（出）水口建筑物。环库轴线总长度2417.05m，库口面积0.39km²，正常蓄水位总库容1398万m³，调节库容1196万m³。

1.6.1.2 上水库主坝结构

上水库主坝采用钢筋混凝土面板堆石坝，坝基地形起伏较大，坝轴线地形呈W形，主坝坝轴线中间为直线段、两端为弧线方式布置，全长1113.198m。坝顶高程295.00m，坝顶宽度10.0m，最大坝高165.00m，主坝填筑总量为1545.85万m³，其中库底高程以下填筑量约占主坝填筑量的80%。上游坝坡为1∶1.4，下游坝坡综合坡比为1∶1.45。坝体由钢筋混凝土面板（等厚0.4m）、垫层区（水平宽度3m）、过渡层（水平宽度5m）、主堆石体、下游堆石体等组成。岩石坝肩增加过渡料、覆盖层部位增加反滤料。

上水库过渡料与主堆石之间设置水平宽度10m的竖向排水体，与库底厚度10～15m的排水层连通形成烟囱式排水结构，主坝185.00m高程以下和265.80～284.00m高程为增模区，用微新岩体填筑，孔隙率小于18%，主堆石孔隙率小于19%、干燥区小于20%。

上水库库底以下，在库底回填料与主堆石之间设置反滤料和过渡料，反滤料的设计使库底回填可以充分利用上水库库岸开挖强风化料，保证工程安全同时降低工程造价，谓之“增加一条线，解放一大片”。

上水库主坝典型剖面图如图1-1所示。

1.6.1.3 上水库防渗与排水设计

上水库开挖区主要为强风化岩石，全库岸采用混凝土面板防渗，库底土工膜与库盆面板形成上水库防渗体系。

1.库底防渗结构

可研阶段为4.5m厚黏土复合土工膜防渗体，招标设计改为土工膜防渗，即用HDPE土工膜（两布一膜）防渗体系，土工膜支持层厚为0.6m（包括0.2m级配砂和0.4m级配碎石垫层）、1.3m厚过渡层，如图1-2所示。上水库采用全库盆防渗体系的工程不多，北京十三陵和内蒙古呼和浩特抽蓄上库用沥青混凝土面板防渗，多数都用防渗帷幕，江西洪屏库岸采用帷幕灌浆和库底黏土、土工膜防渗铺盖。

2.库周排水布置

在堆石坝段，堆石过渡层与钢筋混凝土面板间铺设水平宽度3m的垫层区，垫层的渗透系数为i×10^-3cm/s，主坝区渗水通过垫层，过渡料、排水区排到主坝下游量水堰。

在库岸岩坡段，岩坡与钢筋混凝土之间浇筑厚0.30m的一级配C10无砂混凝土（设计水灰比0.35、水泥用量254kg/m³），以便排走混凝土面板的渗漏水，渗流不经过可冲蚀性材料，渗透系数设计取值为1×10^-2cm/s，为了排水、便于检测库岸面板的渗水情况和维护，库岸底部设置排水廊道，将库岸渗水分区，在每个渗水区（宽50m～80m）设PVC排水盲管将此区渗漏水汇集至库周排水观测廊道。为了满足无砂混凝土滑模施工性能同时降低对混凝土面板的约束，无砂混凝土面喷涂乳化沥青并在面板施工前铺设土工布。

3.库底排水系统设计

（1）上库渗流控制一般要求。

土工膜会产生渗漏，库岸也会产生渗水，土层中的植物腐烂后也可能产生大量的气体，如果土工膜下垫层排水、排气不畅，在运行过程中，土工膜铺盖可能会因下卧层中的反向水压力和气体的作用而受损。为此，我国《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》SL/T 225—98规范中提出为防止土工膜受水、气顶托破坏，应该采取排水、排气措施。

渗流控制目的要求渗流不引起库底回填料及坝体材料流失，水位骤降时表面防渗结构不产生稳定问题，水库日渗漏量不超过库容的1/2000，我国上库工程的漏水均较小，一般为库容的1/5000，上水库透水率q＜1Lu时渗漏量均能满足1/2000标准。

（2）库底排水系统。

排水设计：库底面积29.29万m²，其中库底开挖区岩石地基约占1/3，回填地基占2/3，采取库底开挖区和回填区边界相同的分隔措施，在垂直库底排水观测廊道的方向按合适宽度将开挖区的排水再次分成8个小区。在每一排水区的过渡层底部，垂直排水观测廊道的方向铺设排水主管（φ250mm），再在垂直主管方向铺设排水次管（φ150mm），主、次管间距15m。排水主管汇集开挖区的渗漏，直接排入渗水廊道。

渗漏途径：一般情况下通过回填料的渗流都将由主坝排除，在库底回填料与主坝界面设置了反滤保护，因此回填料不会产生材料的流失；对岩石地基铺设排水管网是合适的，因为岩石地基相对过渡料是相对隔水的，但如果渗透系数较大，相对隔水就不明显。十三陵、宜兴上库就出现这种情况，其渗漏水都通过地基汇集到前池较低的排水廊道排除，由于库底回填区浸润线很低，溧阳工程甚至可能汇集到更低的库底排泄，总之地基的渗透性和地下水位深度将决定渗漏途径。土工膜地基回填区浸润线很低，浸润线以上属于非饱和渗流区，在回填与挖填分界线增设排水廊道均属于非饱和渗流区，因此增设排水廊道和在非饱和渗流区的排水管网一般是不必要的，但实际有不少应用案例。我国抽蓄电站上库全衬砌的库盆排水系统，应该有别于法国科施抽蓄电站的上库坝，因地质的原因，科施电站上库渗漏水不能排泄到地层，要求渗漏水全部收集到排水廊道，因此在地基上专门铺设了尼龙丝加劲的PVC膜来防止渗漏水渗入地层（库底防渗与排水结构：0.3m混凝土板、0.3m多孔混凝土、φ60/250排水管网、PVC防渗膜）。

（3）库底土工膜支持层。

库底土工膜防渗体设置一层厚0.6m支持层（土工膜下部支持层的作用是均化受力荷载和排出防渗层膜下渗水），支持层下部设置厚1.3m排水过渡层。土工席垫是一种以乱丝熔融铺网而成的新型土工合成材料，它耐压高、开孔密度大，具有全方位集水、水平排水功能；三维复合土工排水网由立体结构的土工网（高密度聚乙烯）双面复合土工布组成（详见图1-3），两者均可替代传统的碎石垫层。经经济比较后，计划采用三维复合土工排水网，土工膜上部沙袋压重可以改用河口与海岸护底工程常用的软体排水结构，也可单用预制混凝土块。

1.6.1.4 上水库主坝技术要求

上水库填筑料主要来源于下库开挖，地下洞室可利用开挖量40万m³作为过渡料，部分上水库开挖料13万m³用于干燥区填筑，试验检测主要控制指标孔隙率、P5mm、P0.075mm需满足设计值，次要控制指标渗透系数、干密度实际控制合格率大于85%。

国内外部分工程堆石料平均孔隙率一般采用20%～22%（《混凝土面板堆石坝设计规范》DL/T 5016—2011规定硬岩填筑主堆石区其孔隙率宜20%～24%，国内外部分工程堆石料平均r_s、e见表1-18），溧阳电站考虑到地形、筑坝材料复杂，选用19%是相对严格的（见表1-19），下库地下水位高、开挖坝料充分浸水、车辆自动控制在专设的加水站加水，同时采用重型振动碾使堆石料获得较高的破碎率，改变了坝料级配，易于填充密实，相应增加了干容重。

1.6.1.5 上水库主坝填筑碾压试验

1.主堆石区碾压试验

采用下库开挖微风化～新鲜料、弱风化料、上库西南库岸开挖的弱风化料，铺厚80cm，洒水5%和10%，27t自行式振动碾（激振力49t）分别碾压6、8、10遍，主坝主堆石区颗粒分布曲线如图1-4所示，主堆石料碾压前后颗粒分布情况见表1-20。

试验结果表明：下库料经6～10遍碾压后破碎率很高，一般都大于20%，且随加水量增加破碎率有所增加；碾压后小于400mm颗粒含量占85%以上，即D₈₅=400mm。

2.库底回填料碾压试验

库底回填料为上水库开挖不分类料，压实层厚0.8m，最大粒径800mm，粒径小于5mm含量控制在20%，小于0.075mm粒径含量不大于5%。设计干密度不小于2.15g/cm³，孔隙率不大于20%。25t牵引式振动碾碾压8遍，洒水量不大于10%。库底碾压前后颗粒分布情况见表1-21。

试验结果表明，碾压前的颗粒级配略微偏粗，在下包络线附近。碾压后颗粒级配均在包络线内，说明碾压后部分岩石破碎。碾压6遍和碾压8遍的料颗粒很均匀，变化较小，符合设计包络线要求，渗透系数达到10^-2级；碾压10遍级配相对偏细。小于0.075mm颗粒含量均小于5%，渗透系数达到10^-3级。

3.洒水与碾压

（1）碾压设备。

小浪底大坝填筑料为坚硬砂岩，振动碾自重12t、激振力不小于27t，填筑层厚和最大粒径均为1m，碾压6遍；现在普遍采用25t以上振动碾，层厚0.8m，碾压遍数提高到8～10遍，因此破碎率明显增大，这符合薄层、振动碾压的现代堆石坝筑坝理论。目前32t的重型振动碾已经开始运用，溧阳、洪屏在用，更大激振力的冲击式振动碾也有应用实例，软岩筑坝一般选轻型振动碾，控制洒水量避免泥化或形成弹簧土，同时碾压破碎不是目的，以小的颗粒换取较小的孔隙率其利弊也值得研究。但重型振动碾配合GPS大坝实时监控，能有效控制碾压参数，使软岩20%以下的孔隙率控制成为可能。

振动碾压设备频率的稳定性是设备最主要的参数之一，碾压试验应特别注意验证，即使使用GPS数字大坝检测系统，施工过程中应定期对设备激振频率进行验证。试验表明，稳定的激振频率能获得相对较大、较稳定的激振应力，碾压结果更均匀，有利于坝体填筑质量控制。因此在选择振动碾时，既要考虑自重、激振力，更要关注振动频率的稳定性。

（2）坝料加水。

加水软化岩石、润滑颗粒表面，便于碾压密实、细颗粒流动填充骨架间空隙。一般认为，填筑料中70%的粗颗粒起骨架作用，D30以下细颗粒为填充料是加水震动碾压的主要对象，薄层填筑可以有效减少粗颗粒集中架空。溧阳上水库库底回填和干燥区填筑料为上库开挖料，岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和少量石英砂岩，岩块强度在30MPa左右，破碎夹泥属于不分类混合料，加水泥化和重型震动碾压破碎率较高值得研究。绩溪抽水蓄能电站下库利用软岩填筑面板堆石坝（坝高65m），其饱和抗压强度12MPa，采用：烟囱式排水结构、轻型振动碾并适当控制坝面洒水量。溧阳下库地下水位高，开挖上坝料有天然的吸水条件、自卸车加水实行自动控制不小于20s、坝面辅助洒水车加水。这些措施也很难达到10%的加水量。溧阳电站填筑高峰20m³自卸车300辆，一趟运输20m³×2t×300=12000t，总加水量1200t，考虑坝面洒水占总加水量的3%，需加水360t，采用20t洒水车需配备18辆，显然即使是3%的加水量也很难实现。因此堆石坝填筑实际加水量值得研究，而加水的效果更值得研究。

（3）试验方法。

大坝填筑一般用灌水法检测干容重，再换算为孔隙率并以孔隙率作为主要控制指标，有些工程还以灌沙法作为标准定期对灌水法进行率定。灌水法试验中塑料薄膜体积修正系数统一为1%，即1.01v，试坑体积不做修正；堆石料含水率应扣除，其扣除方法有的将100mm以下颗粒分别检测其含水率，100mm以上颗粒含水率以100mm级颗粒含水率代替，石料的全部含水率采用加权平均法计算。灌水法检测体积修正和含水率修正方法各工程存在差异，糯扎渡做法：薄膜修正1%，含水率修正：20mm以下颗粒通过试验实测，大于20mm，刚洒水按照1%扣除，时间长了不扣除；小浪底采用不加水填筑，不测含水率。溧阳电站增模区开始填筑时薄膜修正1%、试坑体积修正4%、含水率修正实测2%～3%，所以修正系数7%，因试验方法引起上坝料质量问题，这显然是不对的。

不挖坑的快速干密度检测方法有：①k30平板荷载试验检测法（铁道行业标准），适用于粒径不大于承载板直径的1/4的均匀地基和级配碎石，黄河公伯峡电站使用k30k50法；②附加质量法，是将堆石体等效为单自由度线弹性体，用附加质量的办法求堆石体的参振质量，通过检测动刚度和堆石体弹性纵波波长求得堆石体密度，适合不同粒径的堆石体，金沙江梨园水电站采用附加质量法；③全质量法，是在坝料碾压后，对方格网测量节点部位的压实沉降量（取平均值），与事先试验率定数据对比来检测压实质量。

1.6.2 下水库工程

1.6.2.1 下水库库盆

天目湖景区原为沙河水库，因处于天目山余脉，为景区增加广告效应改名为天目湖，现已名扬全国。下水库位于沙河水库库尾西侧、对外连接道路东侧，开挖形成库盆，水库布置东西受沙河水库和对外连接道路限制、南北受原始地形控制，平面布置呈L形。开挖范围内地面高程15.00～55.00m，环库公路高程25.00m以下库口面积0.706km²，库底开挖高程-2.00m，总开挖量2203万m³，正常蓄水位总库容约1382万m³，正常蓄水位19.00m，与沙河汛期平均洪水位相当，死水位0m。相当于两年一遇洪峰流量。

1.6.2.2 下水库大坝

天目湖景区属国家AAAA级风景区，总库容7000万m³，为避免电站运行期湖水污染和水位波动过大，在邻近沙河水库侧修建一座均质土坝与沙河水库相隔。均质土坝坝顶宽7.00m，最大坝高11.40m，坝顶全长813.417m。坝基防渗采用单排高压旋喷防渗墙。坝体由表及里分别为0.17m厚预制混凝土六面体护坡层、0.6m厚反滤砾石垫层、反滤土工布（500g/m²），筑坝土料采用渗透系数k≤1×10^-6cm/s的冲洪积黏土。

1.6.3 溧阳输水系统与地下厂房

1.6.3.1 上水库进出水口

由于山体单薄，上水库进/出水口型式选择竖井式，由两座相互独立的塔式结构、下部隧洞段及交通桥组成。底板高程240.00m，进（出）水口水平扩散段设带有整流锥形混凝土盖板（盖板直径26.2m、厚度2.5m，整流锥直径11.335m、高7m，体积约1582m³）、环形布置8孔事故闸门（或检修门）。上水库进/出口布置图如图1-5所示。

1.6.3.2 下水库进出水口

1.下水库出/进水口布置

下水库出/进水口型式为侧式，由防涡梁及拦污栅段、矩形渐变段、闸门段组成，前沿总宽度72.0m，顺水流方向长70.5m，下水库出/进水口平台高程55m，尾闸室底板高程-20.00m。75m高的进出水口边坡变形给工程增加了不少麻烦。

矩形渐变段长40.0m，采用扁平矩形钢筋混凝土箱形结构，由31.0m×15.0m（宽×高）渐变成10.0m×10.0m的矩形，立面扩散角为7.125°，水平扩散角为29.417°。矩形渐变段内设3个分流墩，中墩厚1.0m，起始端距闸门井末端5m，边墩厚亦为1.0m，起始端为闸门井末端。

闸门段设置1道平板检修闸门，孔口尺寸为10m×10m（宽×高），底板高程-20.00m。闸门井上游设置了2个直径为1.60m的圆形通气孔，闸门井顶部操作平台高程25.600m，平面尺寸为10.0m×16.0m（长×宽），通过交通桥与下水库环库公路相连。尾水渠扩散角为10°，并在下游约180m处设有一道0.9m高拦沙坎。

下水库岩性为火山喷出岩，主要岩性为晶屑凝灰岩、正常斑岩、花岗斑岩（Granite porphyry），断层岩脉非常发育，给坝料开采和边坡支护造成很大困难，下水库地下水位较高，库岸断层、岩脉段采用刻槽置换混凝土，并布置深1m的排水孔防止外水压力鼓裂混凝土，其他为随机喷锚支护。

2.防涡梁设计

防涡梁段长20.5m，共布置6道防涡梁，防涡梁断面尺寸为宽1.8m、高1.5m，净距1.2m。公泊峡利用涡流消能，尼泊尔上马相迪水电站利用涡流排沙（早在2700年前的都江堰工程飞沙堰就是利用涡流特性），抽蓄电站由于死库容小，水位变幅大，难以获得足够的淹没深度，必须采用防窝梁、板等结构来消除吸气漩涡和拦污栅结构的振动（拦污栅具有辅助消涡能力，但很有限，尚不能替代防涡梁）。

水泵工况当水位降到一定位置后，水面将产生强烈的漩涡，阵发性漩涡将挟带大量空气进入水泵，称为漩涡挟气，大量的气泡会对管道产生空化作用。因此进/出水口最小淹没深度必须大于临界淹没深度，以保证①引水管道中不出现负压；②避免进水口前产生串通的吸气漩涡。临界淹没水深从门顶算起，经验公式：

S≥3v²/2g

式中：v为进水口流速m/s；S为临界淹没水深。

1970年Gordon根据29个常规电站取水口的原型观测资料得到临界淹没水深的经验公式：

S=CvD^0.5

式中：C为系数，正向引水时取0.55、侧向0.73；D为引水道孔口高度。

漩涡是一种复杂的紊流运动，也可用F_r对比判断，一般认为，当F_r＜0.23时被认为不易出现吸气漩涡，F_r=v/（gh）0.5。Gordon公式被写进了我国的行业规范，我国的工程案例表明，按Gordon公式计算的最小淹没水深不能保证不产生吸气漩涡，因此需给出一定的安全裕量。

3.吸出高度

吸出高度是水轮机中心线与尾水位的高度差，水力机械发生空蚀的部位主要在沿叶形表面的低压区和叶片头部与水流发生撞击的脱流区。水泵工况时进口撞击和低压区都发生在叶片进口处，空化性能较差；而水轮机工况时水流撞击多发生在叶片进口处，低压区出现在出口附近，两者不重叠，空化性能较好。

水泵工况空化数：

式中：λ₁为水流绕叶片的动压降系数，也称为叶栅空化数；λ₂为水流经过叶片以前的动压降系数。

水轮机工况空化数：

式中：λ为叶栅空化数；η₂为尾水管恢复系数。

一般情况下离心水泵λ₁=0.2～0.4，λ₂=1.0～1.4，混流式水轮机λ=0.05～0.15，η₂=0.6～0.7。因此如果水泵的进口相对流速w₁和绝对流速v₁相等，水泵将比水轮机的空化数高很多。

空蚀破坏与水头的2.5～3次方成正比，常采用降低安装高程的办法，所以抽蓄电站的吸出高度较常规电站大10倍左右，300m水头吸出高度70～80m，溧阳电站吸出高度57m，所以除低水头抽蓄电站外（溧阳沙河电站水头100m为半地下厂房），由于抽蓄电站吸出高度很大，多采用地下输水系统。

1.6.3.3 输水系统布置

输水系统布置在上水库左侧，单条输水隧洞总长度为1969.094～2153.334m。采用一洞三机布置方案，由于本工程高压管道内水压力高达近4MPa，而管道沿线所处地质构造复杂，岩石节理裂隙发育，为了防止高压管道内水向相邻洞室渗漏，按水力梯度小于10控制，高压隧洞间岩柱应大于40m，采用“一洞三机”方案只有2条高压隧洞，能够满足防止水力劈裂的要求。

1.6.3.4 引水隧洞

两条引水隧洞由引水主洞、引水岔管、引水支洞、等组成，引水隧洞全段采用钢板衬砌，外包0.6～0.7m厚素混凝土。主管钢衬洞径均为9.2m，以下部位洞径渐变为8.1m、7.0m、4.0m。

每条引水主洞经两个对称Y形钢岔管与引水支洞相连。引水岔管的主管直径为7.0m、5.7m，支管直径5.7m、4.0m，管壁采用800MPa级高强钢材，每条引水主洞两个岔管之间的连接段管壁采用600MPa钢材。引水支洞共6条，内径为4.0m，在厂房前内径渐变为3.05m与球阀相接，管壁采用600MPa级高强钢材，管壁厚度为32～44mm。

为降低竖井段及下平段钢管的外水压力，在高程-27.00m和高程68.00m设置了两层排水洞。

1.6.3.5 地下厂房

地下厂房（长219.90m、岩锚梁以上开挖宽度25.2m，岩锚梁以下宽23.5m、高55.30m）采用首部式布置，位于上水库NE向距左坝头约500m山体内，垂直埋深约240～290m。受岩层褶皱及断层错动影响，地下厂房区岩层产状变化较大。厂区断层平均发育间距10～15m，大部分断层破碎带宽度小于0.30m。规模较大的断层主要有F₁₀（宽约10～18m）、F₃₂（沿断层充填蚀变安山岩脉宽18～40m）、F₅₄（宽约0.2～1.8m）。厂区主要洞室避开了F₁₀和F₃₂断层，但F₅₄穿越主厂房及主变室。

厂区最大平面主应力为6.3MPa，对厂房轴线不起控制作用。厂房轴线选择主要是考虑与主要结构面方向有较大的交角。分析厂区构造发育规律，显然断层是影响厂房围岩稳定的主要因素，厂房轴线选择首先考虑断层走向，并尽可能兼顾岩层和优势节理。厂房最发育的断层有以下两组：①走向60°～70°；②走向280°～300°。F₅₄上盘优势节理方向为330°～350°，下盘优势节理方向为270°～300°。结合主厂房和主变洞约70%以上围岩位于F₅₄下盘的特点，厂房轴线选择为340°方向。

球阀室经优化布置在主厂房内，引水支洞以65°斜向进入厂房以减小厂房跨度，尾水管从厂房垂直引出。主机间右端布置有安装场，安装场开挖长度41.950m，与主机间同宽；左端布置有七层副厂房，其开挖长度16.950m，开挖宽度为23.5m。地下副厂房左端局部扩挖布置渗漏集水井，渗漏集水井开挖断面为30.1m×11.7m×26.0m（长×宽×高）。

输水发电系统工程区地下水丰富，以F₁₀断层（包括与其相交的3号岩脉）、6号岩脉、志留系与侏罗系交界部位为界，从上水库～下水库可分为四个水文地质单元，尾水洞出口下游侏罗纪凝灰岩透水性较弱。环绕主厂房和主变洞外围设置了8m、-27m、-55m、-71m四层排水廊道。各层渗漏水通过排水孔及排水竖井流入底部廊道的渗漏集水井，再由排水泵抽至自流排水洞中排至厂外。厂房顶拱布置6排间距为4.8m的锚索（4对穿锚索+2端锚），上下游边墙布置6层间距4.8m的锚索，最低一排在母线洞下方。顶拱及边墙布置1.5m×1.5m间排距6m、9m系统锚杆，顶拱采用2.4m间排距钢筋拱肋（F₅₄断层处间排距缩小到1.2m）加喷混凝土；厂房边墙挂网喷C25混凝土。

1.6.3.6 主变室与尾闸室

主变室布置在厂房下游45m，底板高程-41.50m，开挖尺寸193.16m×19.7m×22m；距尾水管出口86.4m处设尾水检修闸门室，闸门室由下部的6个闸门井和上部连通的闸门操作廊道组成，廊道宽度8m、底板高程-55.35m。

1.6.3.7 尾水支岔管

尾水支洞共6条，断面均为内径6.0m的圆形，除靠尾水岔洞端一小段采用钢筋混凝土衬砌外，其余采用钢板衬砌。钢管段管壁厚度18～30mm。每3条尾水支洞（D=6.0m）通过两个非对称Y形岔洞与尾水主洞（D=10.0m）相连，岔洞分岔角均为60°，采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度1.5m。

1.6.3.8 尾水隧洞

两条尾水主洞埋深50～200m，隧洞一带地表为残坡积或全风化土覆盖。除靠近下水库进（出）水口约100m长的洞段及靠近尾水调压室一带局部洞段围岩岩性为侏罗系凝灰岩以外，其余段隧洞围岩主要为志留系茅山组下段石英砂岩、泥质粉砂岩及岩屑砂岩。

尾水主洞断面均为内径10.0m的圆形，其中1^＃主洞长度1139.956m，设计纵坡为4.85%；2^＃主洞长度1226.203m，设计纵坡为4.74%。两主洞起始段轴线方向均为NE70°，经平面转弯段后轴线方向转为NE81.70°，弯段转弯半径为50m，转弯角11.70°。尾水主洞永久支护采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚0.85m和1.0m。

1.6.3.9 尾水调压井

尾水调压室共2个，分别布置在两条尾水主洞上，其中1^＃尾水调压室位于尾水岔洞后46.00m处，2^＃尾水调压室位于尾水岔洞后15.00m处。调压室中心位置偏离尾水主洞轴线20.00m，由连接管和大井组成。大井井身采用钢筋混凝土衬砌，厚度1.0m，衬砌后内径22m，开挖高度（含连接管φ7.6m竖井）分别为102.35m（1^＃尾水调压室）、103.35m（2^＃尾水调压室），穹顶开挖直径24.40m。

1.6.4 溧阳砂石加工及混凝土生产系统

1.6.4.1 砂石加工及混凝土系统设计参数

溧阳电站主体工程共需生产混凝土77.18万m³（含喷混凝土），共需加工混凝土骨料169.80万t。砂石加工系统布置在树管灰岩料场附近，成品料生产能力290t/h，砂石加工系统属溧阳市天目湖的水源保护区，环保压力较大。故砂石系统采用“干法”工艺生产，仅在成品大石、中石、小石的出口加水喷淋降尘，所产生的废水经过系统内的废水处理系统处理后循环使用，从而实现“零”排放环保要求。系统出产的成品砂由粗碎（两台颚式破碎机）、中碎车间（两台反击式破碎机）产生的砂、细碎车间（锤头式破碎机、立轴破各两台）产生的砂三部分混合，混合后的砂经过选粉机剔除部分石粉而成。

上水库混凝土生产系统布置在上水库北侧约300m处，混凝土系统要求达到的实际生产能力应不小于60m³/h，混凝土设计生产能力80m³/h，下水库混凝土生产系统布置在下水库南侧约300m处，混凝土系统要求达到的实际生产能力应不小于80m³/h，混凝土设计生产能力为120m³/h，每立方温控混凝土加冰量20kg/m³。混凝土高峰浇筑强度约5.2万m³/月，一般抽蓄电站混凝土总量在100万m³以内，考虑上下库距离一般在10km以上，常分开布置上下库拌和系统便于运输，但抽蓄电站大体积混凝土量较少，运输过程采用隔热保温被后引起的温度回升不大，如果集中一个拌和系统，从系统设计、运行、管理、温度控制措施方面应该更有利。

1.6.4.2 树管料场及砂石加工系统第一次改造

1.树管料场岩石特性

树管料场开采区的有用料岩性主要以炭质灰岩和结晶灰岩两种为主，两种岩石的物理力学性能见表1-22。

从试验成果看，两种岩石平均饱和抗压强度均达到40MPa以上，基本满足规范对石料强度的要求，但岩石强度不高。结晶灰岩的软化系数均在0.8以上，炭质灰岩的饱和吸水率、软化系数波动较大，说明料场的炭质灰岩的物理特性差异较大。从料场已揭露的地质断面看料场岩石裂隙发育并夹有胶泥，爆破后胶泥与岩石粘连在一起难以分离，对毛料开采质量影响较大。

2.树管料场人工砂品质检测

《水工混凝土施工规范》DL/T 5144—2001中对人工砂内石粉的定义为小于0.16mm颗粒，并对其含量进行了限定，为6%～18%，该标准没有明确限定小于0.075mm颗粒的含量。而《建设用砂》GB/T 14684—2011中对人工砂内石粉的定义为小于0.075mm颗粒，且进一步根据亚甲蓝试验判断是属于石粉还是属于泥，对其含量进行了限定。人工砂石粉初期检测结果石粉含量、MB值满足规范要求，但细粉含量大于DL/T 5144—2001中规定的10%的标准，见表1-23。

3.树管骨料配合比试验

溧阳抽水蓄能电站砂石加工系统于2011年5月投运，同年6月开始进行系统的混凝土配合比试验，试验成果表明，混凝土抗冻性能不满足设计要求，且单位胶凝材料用量大。原因分析：针对混凝土配合比试验所反应的混凝土单位胶材用量高、抗冻性能不佳的原因进行分析，经大量试验基本排除了水泥、煤灰、外加剂的影响，初步判断为人工砂石粉含量过大所造成，通过对比试验可以看出，炭质灰岩砂配制的混凝土单位用水量较结晶灰岩砂高出40kg/m³。炭质灰岩砂中小于0.075mm的颗粒含量由13.4%降低到5.2%时，混凝土单位用水量由200kg/m³降低到150kg/m³。结晶灰岩砂中小于0.075mm的颗粒含量由10.5%降低到8.0%时，混凝土单位用水量由160kg/m³降低到140kg/m³。此时两种砂所配置的混凝土的单位用水量基本接近，由此证明人工砂中小于0.075mm的颗粒含量过大是造成混凝土单位用水量、单位胶材用量过高的主要原因。

4.制砂系统第一次改造

试验证明降低人工砂中小于0.075mm的颗粒含量，可以有效降低混凝土单位用水量和单位胶凝材料用量，改善混凝土抗冻性能。考虑到溧阳抽水蓄能电站处于天目湖水源保护地，砂石加工系统的废水处理压力较大，不适合选用洗砂机。经研究比较按照一次设计、分期投入的原则，确定了在砂石加工系统中首先增加大功率风力选粉机的改造方案（对辊机、洗砂机备用）。改造目标是将人工砂中小于0.075mm的颗粒含量控制在7%以内，砂石加工系统改造于2012年6月开始，于2012年8月完成改造。砂石加工系统改造后的人工砂与改造前生产的人工砂的品质对比，小于0.075mm颗粒由平均13.2%下降至平均6.7%，达到改造的目标。但人工砂的细度模数由改造前的平均3.2上升至平均3.4，现场采用了粉煤灰等量取代砂方案临时调整配合比满足生产需要，之后新增对辊机对3-5mm砂进行二次破碎，使砂细度模数基本满足规范标准。

1.6.4.3 下水库凝灰岩利用及砂石加工系统第二次改造

1.树管料场存在问题

（1）开采难度大。招标文件显示树管料场以结晶灰岩为主占95%以上、以碳质灰岩为辅，2011年上半年料场剥离后发现，结晶灰岩溶蚀深度很大，溶槽、溶坑被肥黏土填充，碳质灰岩存在夹泥、断层和软弱夹层（碳泥），碳泥对混凝土性能影响较大，开采均很困难，前期平均利用率仅20%。

（2）储量不足。2013年6月树管料场开采到39.00m高程，开采到终采高程10.00m剩余储量70万m³，按照60%的利用率可生产骨料40万m³，不满足剩余75万m³混凝土骨料需求。

（3）结晶灰岩比例偏低。实际开挖统计碳质灰岩占97%，碳质灰岩制砂石粉产量高，尤其是0.075以下石粉含量高，不经过选粉其MB值达到6，料场碳泥MB值检测达18。

2.下水库料源特性

下水库开挖范围内岩性以晶屑凝灰岩为主，分布有安山斑岩和花岗斑岩岩脉，凝灰岩虽属于岩浆岩，是由火山碎屑物质固结以后形成，是岩浆岩～沉积岩的过渡型；可研阶段设计试验结果凝灰岩存在潜在的碱活性反应，试验结果见表1-24。

3.下水库料源碱骨料反应试验

（1）下库料源碱活性试验。

1）岩相法：岩相法按《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T 5151—2001方法进行。

2）砂浆长度法：砂浆长度法按《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T 5151—2001方法进行。试件成型后带模放入标准养护室，养护24h±4h后脱模，并立即在20℃±2℃的恒温室中测量试件长度，此为试件的基准长度。测量后将试件放入养护筒中，盖严筒盖，放入38℃±2℃的养护室内养护，至规定龄期后（1周、1个月、2个月，如有必要可适当延长），取出测长并计算膨胀率。

3）压蒸法：压蒸法试验按《砂、石碱活性快速试验方法》CECS 48—93进行。试件成型后1d脱模，测量其初始值，然后在100℃水蒸气中蒸养4h，再在150℃ 10%KOH溶液中压蒸6h，测量其最终膨胀值。以0.1%作为判据。试件膨胀率小于0.1%时，该骨料判定为非活性的。若试件膨胀率大于0.1%时，该骨料判定为活性的。

4）化学法：化学法按《DL/T 5151—2001》方法进行。将试样放入1.000N的氢氧化钠溶液中，在80±1℃下反应24h后测定可溶性二氧化硅含量（Sc）和碱度降低值（Rc），判据为：如Rc＞70，且Sc＞Rc或者Rc＜70，且Sc＞35+Rc/2满足两者中任何一者时，该试样则评为具有潜在有害反应，但不作为最后结论，还需进行砂浆长度法试验。如果不出现上述情况，则评定为非活性骨料。

一般概念各种方法评定的结果之间存在着相当大的差异，按照标准试验岩相法、压蒸法相对较敏感，但如果提高试验温度、延长反应时间或增加水泥碱含量，各种方法对活性骨料的判断基本一致。因此对碱活性骨料的判别应采用多种方法比较。

砂浆棒快速法试验结果三区弱风化正长斑岩和晶屑凝灰岩14d的膨胀率大于0.2%，根据砂浆棒快速法的评定标准：试件14d膨胀率小于0.1%，则骨料为非活性骨料；大于0.2%为具有潜在危害性反应的活性骨料；0.1%～0.2%之间时，应结合岩相分析或开展其他辅助试验，观察28d后的测试结果进行综合判断。现场补充进行了岩相法试验，与砂浆棒快速法试验判断结果一致，表明下水库弱风化正长斑岩和晶屑凝灰岩具有潜在危害性反应的活性骨料，必须采用工程措施方可利用。

（2）抑制碱骨料反应试验。

混凝土工程发生碱骨料损坏必须具备三个条件：①混凝土原材料总碱含量大于3kg/m³（低碱水泥碱含量小于0.6%）；②一定数量的与碱反应的活性骨料；③潮湿环境，可以供应反应物吸水膨胀所需水分。一般采用掺加硅粉、粉煤灰、高炉矿渣活性材料抑制碱骨料反应。

根据砂浆棒快速法的试验结果，粉煤灰掺量即使只有20%时，弱风化晶屑凝灰岩14d的砂浆膨胀率已远远小于0.1%这一非活性骨料的判定值，根据《水工混凝土耐久性技术规范》DL/T 5241—2010评定标准：当参照“砂浆棒快速法”进行试验时，若28d龄期试件长度膨胀率小于0.10%，则将该掺量下掺合料抑制混凝土碱-骨料反应危害评定有效，已有试验表明通过掺加粉煤灰后可有效抑制骨料的碱活性反应（虽然不同试验方法存在差异，但碱硅酸盐反应可以通过掺粉煤灰得到有效拟制）。花岗斑岩和晶屑凝灰岩掺加粉煤灰拟制试验得到相同的结果，试样粉煤灰掺量为0～30%时的试验结果如图1-6所示。

4.初期使用下库骨料存在问题

2013年5月26日，受阴雨天气影响，选粉效果（砂含水率3%以下效果较好）不好，致使混凝土拌和物塌落度损失过大，影响正常施工，在已有试验结果的基础上于是决定启用下库骨料拌和混凝土，6月3—5日，相继在下库进出水口、尾水洞衬砌、开关站等部位新浇筑混凝土发现以下问题：塌落度损失大，半小时塌损超过50%；C25混凝土低强，3d强度小于10MPa；表面出现大量不规则裂缝。

5.下库料源存在问题的原因分析及措施

（1）通过分析、比较试验逐步排除了温度、外加剂影响。

（2）对下库料的补充调查发现，下库料岩性除晶屑凝灰岩、正长斑岩、花岗斑岩外，因风化、蚀变程度的不同可以细分为近20种岩性，尤其是凝灰岩隐性节理发育有高岭土（具有膨胀性、MB值大），毛料开采中软弱颗粒、蚀变岩脉的掺入，这些是产生裂缝、低强、塌损过大的关键。其中安山斑岩中斑晶为长石，强度不高。

（3）比较三种主要岩性和利用前期凝灰岩大石回笼生产试验比较，说明回笼生产制砂细粉含量、MB值、3d强度合格。进一步的混凝土拌和试验还表明，对于掺加石粉和泥粉的抗裂试验其效果一样，某种程度上意味着凝灰岩骨料中“石粉”与常规概念上的石粉有区别，因此在下库不同部位取样对MB值进行了检测比较，结果：亚甲蓝试验结果均大于《建筑用砂》GB 14684—2011规定的1.4的要求，具体见表1-25。

为了分析影响混凝土拌和物质量的原因，现场进行了不同外加剂、不同骨料、不同石粉含量、不同MB值、外掺石粉与泥粉配合比对比试验，即比较相同塌落度140～180mm条件下的用水量指标，以验证分析塌落度损失、混凝土开裂原因。初步判断凝灰岩石粉中0.075mm以下含量是影响拌和物工作度的主要原因，这符合一般规律；凝灰岩中伴生高岭土MB值大于4，MB值对混凝土耐久性和工作度影响严重，而0.075mm以下石粉其矿物成分特性是混凝土初期开裂的主要原因，因此确定了下库凝灰岩加工骨料和树管料场半成品骨料回笼制砂的技改方案。

（4）试验研究：由于垫层料加工系统出砂率低、下库岩石细颗粒制砂存在对混凝土潜在的危害；因此综合考虑拟定以下水库料源加工粗骨料配以树管料场砂为基本原则，利用垫层料加工系统筛除20mm以下细颗粒（约占20%）后加工生产粗细骨料，并安排四家单位分别开展全面的混凝土配合比、骨料化学成分、热力学参数对比试验研究。试验结果表明，凝灰岩人工砂的坚固性和亚甲蓝MB指标不满足规范要求。按照施工实际C25混凝土相同的水胶比、砂率以及外加剂掺量，用碳质灰岩砂配下库不同骨料组合的各试验组混凝土的力学性能（抗压强度、劈拉强度、静压弹模、轴心抗压强度、极限拉伸值、轴拉强度和抗拉弹模）、抗渗性能基本相当。以下水库凝灰岩作为混凝土细骨料对比试验结果：①混凝土抗压强度较低，但能满足设计要求；②混凝土各龄期静压弹模和抗拉弹模较树管碳质灰岩作细骨料的混凝土低、而轴拉强度和极限拉伸值高；③采用平板法试验，采用凝灰岩作为细骨料时，混凝土早期抗裂性较差；④达到相同坍落度和含气量，采用下水库凝灰岩细骨料的混凝土单位用水量和高效减水剂掺量较碳质灰岩细骨料混凝土有所增加。

（5）生产安排：考虑到上水库大坝2013年填筑完成、下库2014年5月蓄水，2014—2015年仍是混凝土施工高峰，根据混凝土对比试验研究初步成果，表明原确定的下库凝灰岩加工粗骨料配树管料场砂在技术上是可行的；因此决定7月11日开始利用垫层料系统进行半成品骨料加工，同时暂停利用下库骨料生产混凝土。

6.砂石加工系统二次改造

（1）基本原则。树管料场碳质灰岩、结晶灰岩可以混合生产粗骨料，上水库面板、进出水口交通桥混凝土必须使用树管料场混合骨料和结晶灰岩砂；其他部位的混凝土使用树管料场砂，粗骨料包括树管和下库凝灰岩骨料可以混合使用；下库骨料料源采用先剔除再开挖的办法，只能开挖晶屑凝灰岩和花岗斑岩毛料；垫层料加工系统筛除20mm以下细颗粒（约占20%）后生产粗骨料。

（2）树管砂石系统二次改造。由于树管料场断层发育、夹泥、强风化和软弱颗粒开采困难，选粉机运行设备磨损影响生产，且在砂含水率大于3%时选粉效果较差，加之环保要求高；因此根据试生产检验，决定采用回笼制砂，即在系统南侧新增筛洗设备一套，要求对粗碎料20mm以上部分筛洗，以下部分干筛（主要是细粒干筛以减少废水处理量）；考虑在150高程平台新增调节料仓以调节来自二破中小石，使其满足脱水提高选粉效果，并可实现连续供应制砂原料提高生产效率；原细碎立轴破碎机改换成一台圆锥破碎机，通过比较设备选型以减少石粉生产含量；经选粉后的洗砂机安装工位保留，视成品砂生产质量决定是否安装。

（3）垫层料加工系统改造。利用下库垫层料加工系统生产凝灰岩粗骨料，需要对垫层料砂石加工系统进行改造。考虑到高峰期生产强度和事故备用，新增一台颚式破碎机，生产能力300t/h；按照垫层料加工系统生产成品骨料的技改路线，新增中、细碎圆锥式破碎机各1台；原一、二筛分车间单层筛改成双层筛，生产二级配骨料；新增废水处理系统1台套。

1.6.4.4 结论与建议

（1）溧阳蓄能电站地处苏皖交界，设计阶段料场均在安徽境内，现在已被当地水泥等企业征用，无法协调。作为唯一经济可选料源用下库凝灰岩加工混凝土粗细骨料可借鉴经验很少，其拌制混凝土物理、热力学性能还需经过工程应用实测资料的检验。溧阳电站下库凝灰岩料源复杂、岩性鉴定和开采技术要求高，为尽量使骨料均质化同时避免泥粉颗粒及化学性能对混凝土工作度、强度、耐久性的影响，仅利用下库晶屑凝灰岩加工粗骨料，同时根据环保要求、方便施工、保证工程安全质量，通过不同阶段、不同方案的试验论证，最终确定了砂石加工系统改造方案。能否直接开采凝灰岩毛料作为生产粗细骨料或利用其半成品骨料回笼制砂还有待深入研究，但工程对凝灰岩骨料试验研究做了有益的探讨，对类似工程有借鉴意义。

（2）由于水保要求一些工程（如锦屏、呼蓄电站）采用选粉机控制石粉含量，溧阳工程经验表明选粉机效果受含水率影响很大、对阴雨天气适应性差、风机叶轮磨损很快，且风力选粉虽极大地简化了生产废水处理系统，但对加工系统环境造成严重粉尘污染，应慎重选用。

（3）许多工程都采用干法制砂出现了人工砂石粉含量超标现象，后期对系统进行改造增加洗砂机返回到湿法生产，或增加选粉机效果不理想。溧阳砂石加工系统改造表明：应重视制砂设备选型以降低石粉产出量和利于人工砂级配调整。在料源夹泥、软弱带和断层发育时，对粗碎料细粒部分进行预先干筛后作为半成品骨料，用于骨料生产效果较好，同时也大大地减少了污水处理量。