我國抽水蓄能電站工程建設

主要質量問題研究

（來源：抽水蓄能行業(yè)分會 作者：李太成，胡聰，傅兆慶）

(可再生能源發(fā)電工程質量監(jiān)督站，北京 100120)

摘要：研究表明我國抽水蓄能電站工程建設容易發(fā)生工程滲漏偏大、變形偏大、結構破損、洪水破壞、設備故障等主要質量問題，對工程安全、施工進度、工程投資等造成較大影響。本文通過工程質量風險、工程實證和文獻資料分析，首次對這些主要質量問題進行了系統(tǒng)總結，分析問題成因，提出工程防控措施建議，希望對我國抽水蓄能電站工程安全建設和高質量發(fā)展有所助益。

一、研究背景

抽水蓄能電站作為電力系統(tǒng)的平衡器、穩(wěn)定器和調節(jié)器，其工程質量安全對于保障國家能源安全、推動綠色低碳轉型具有重大意義。目前我國抽水蓄能電站工程已進入大規(guī)模建設階段，工程建設面臨地質和環(huán)境條件的多樣性、工程技術條件的復雜性、建設主體能力的缺乏性，容易發(fā)生工程質量安全問題。為促進我國抽水蓄能電站工程安全發(fā)展，總結工程主要質量問題，汲取經驗教訓，以資未來是非常有必要的。

目前，國內已有文獻資料涉及抽水蓄能電站工程質量問題的都是介紹單一工程發(fā)生的某一具體問題，將抽水蓄能電站工程作為一個整體，系統(tǒng)研究其主要質量問題的文獻尚屬空白。

本文首次全面總結我國抽水蓄能電站工程建設面臨的系統(tǒng)性、多發(fā)性、典型性質量問題，分析其表現(xiàn)形式、范圍和嚴重性，剖析問題成因，提出解決方案，希望助力我國抽水蓄能電站工程安全建設和健康發(fā)展。

二、質量問題分析

本文根據(jù)抽水蓄能電站工程質量問題風險分析、工程實證研判、文獻資料統(tǒng)計，多維度對我國抽水蓄能電站工程主要質量問題進行研究。

根據(jù)我國工程建設經驗，抽水蓄能電站工程具有如下特點：（1）主流壩型為土石壩，施工期間易遭受暴雨洪水破壞，土石壩體變形量過大或變形不協(xié)調等易導致壩體裂縫和防滲面板破損；（2）上水庫一般無天然徑流補給，防滲要求高；輸水系統(tǒng)水頭高（一般為200m~800m），結構和圍巖承壓大，易發(fā)生滲透破壞問題；工程防滲體系復雜，結合部、薄弱環(huán)節(jié)多，較多采用薄壁結構作為防滲結構，存在開裂、滲漏等質量痼疾；（3）邊坡、隧洞工程支護措施相對較弱，易發(fā)生變形、崩塌、滑坡問題；（4）抽水、發(fā)電工況反復轉換，啟動頻繁，金屬結構和機電設備可靠性要求高，易發(fā)生設備故障問題。

從以上工程特點分析，我國抽水蓄能電站工程相對易發(fā)生變形破壞、滲漏異常、洪水破壞、設備故障等質量問題。這和工程建設實踐中觀察到的工程實際質量問題也基本一致。

現(xiàn)有文獻資料統(tǒng)計分析表明，我國抽水蓄能電站工程存在的主要質量問題有工程滲漏偏大、大壩和邊坡及隧洞變形偏大、防滲結構和混凝土結構破損、施工期洪水破壞、金屬結構機電設備故障頻發(fā)等，這些問題對工程安全、進度、投資、效益等造成了較大影響。

綜合分析，我國已建在建抽水蓄能電站工程質量總體受控，但也容易發(fā)生工程滲漏偏大、變形偏大、結構破損、洪水破壞、設備故障等主要質量問題，問題發(fā)生主要有早期工程經驗欠缺、勘察設計缺陷、施工工藝不當、質量管理不力等多方面原因。具體如下：

（一）滲漏偏大

表現(xiàn)為工程大壩、庫盆、輸水系統(tǒng)滲漏大，超出設計允許標準或正常范圍。導致大壩需加固甚至降低水位運行或放空水庫處理；圍巖和襯砌水力劈裂、水道內水外滲、山坡垮塌。

主要原因是勘察質量不到位，防滲體系設計、施工質量存在缺陷。

（二）變形偏大

表現(xiàn)為大壩沉降變形較大，邊坡、隧洞（洞室）圍巖變形異常，導致防滲面板新增裂縫、面板開裂、面板塌陷、止水撕裂；邊坡開裂、塌方、滑坡；巖體掉塊、塌方甚至整體垮塌。

主要原因是大壩填筑質量和預沉降期控制不嚴；上壩料控制不嚴，布料不均勻、碾壓不到位，壩體變形過大或變形不協(xié)調；邊坡和洞室地質條件變化大，支護設計不符合實際，支護不及時，施工質量控制不到位。

（三）結構破損

表現(xiàn)為混凝土防滲面板和趾板、隧洞襯砌裂縫密集分布，隧洞襯砌開裂、脫落、外水內滲，導致結構性能損傷、防滲性能和耐久性能降低。

主要原因是原材料、混凝土配合比、施工工藝等溫控防裂措施不周全；隧洞在內外水壓力作用下脫落、開裂滲水。

（四）洪水破壞

表現(xiàn)為土石壩施工期洪水進入壩體內部，造成墊層料等填筑料的沖蝕、滲透破壞，大壩或庫岸防滲結構（面板、趾板、止水等）因反滲水壓力較大而頂托破壞，導致墊層料沖刷部位重新填筑施工，防滲結構修補或拆除施工，嚴重影響工程施工進度。

主要原因是對大壩施工期洪水估計不足，應對措施不當，導致基坑被淹沒；基坑排水考慮不周全，僅考慮強排，未考慮岸坡截排、引排；面板壩施工期缺乏可靠的反向排水措施，壩體反排水設計和施工質量不可靠，運行中容易堵塞；部分面板壩基坑不慎被淹沒后，基坑降水速度快，導致壩體防滲結構承受較大反向水壓力而破壞。

（五）設備故障

表現(xiàn)為閘門漏水、閘門安全隱患、啟閉機設備缺陷、供電系統(tǒng)缺陷；機電設備故障頻發(fā)等。

問題影響金屬結構和機電設備正常使用和安全運行，甚至造成漫壩、滲水險情、火災、爆炸、水淹廠房和停運事故。

主要原因是設備設計不合理、制造工藝差、安裝質量控制不嚴、運行操作不當。

三、典型案例

本文分析的主要質量問題發(fā)生在我國早期建設的工程，也出現(xiàn)在近年來完建的工程，2022年以來核準新建工程也時有發(fā)生，在單一工程中發(fā)生一類或多類主要問題的情況也較為常見，說明了這些主要質量問題的多發(fā)性和典型性。

以我國早期建設的A抽水蓄能電站為例，其工程建設中發(fā)生了上水庫滲漏、輸水系統(tǒng)異常滲漏、下水庫大壩沉降變形偏大、投運初期設備故障頻繁等系列問題。

A工程上水庫大壩為瀝青混凝土面板堆石壩，蓄水期間庫盆最大滲漏量達60L/s。滲漏主要原因是庫盆部位瀝青混凝土面板地基軟硬不均，蓄水前下臥層中全風化巖（土）自然排水固結尚未結束，第一次放空后蓄水上升速率較快，導致面板基礎產生不均勻沉降，南庫底區(qū)域瀝青混凝土護面產生較多裂縫，甚至貫穿性裂縫。

A工程2號高壓輸水系統(tǒng)下平段和岔管部位存在小規(guī)模斷層、巖脈以及裂隙較發(fā)育的地帶。由于地質缺陷處理不到位，電站2號輸水系統(tǒng)運行期間發(fā)生3次異常涌水情況，放空處理造成全廠停機累計約2月余，經濟損失巨大。

A工程下水庫大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，由于填筑施工不規(guī)范，大壩竣工移交時最大累計沉降量占壩高的1.15%，壩頂中部沉降最大值占壩高的0.32%。沉降值相比類似工程均偏大，且大壩沉降收斂穩(wěn)定時間長達15年。大壩施工期發(fā)現(xiàn)100多條寬大裂縫，工程初期蓄水后增加了20多條面板裂縫，修補后又有新增裂縫及修補材料脫落現(xiàn)象。壩體沉降逐漸趨于穩(wěn)定后，后期面板裂縫不再發(fā)展。

A工程主要設備從國外引進，投運初期設備故障頻繁。經過多年的消缺改造，目前電站設備運行穩(wěn)定。

再如2024年投產的B抽水蓄能電站，工程建設中發(fā)生了隧洞頂拱塌方、邊坡變形塌方、混凝土密集裂縫、部分設備投運前長時間消缺等多類問題。

B工程主變洞施工中頂拱突然塌方，事故造成人員傷亡。事故發(fā)生原因為隱藏的不利節(jié)理裂隙形成的塊體突然塌落所致。有關人員未能對潛在風險做出預判，未采取有效的超前支護措施，致使事故發(fā)生。

B工程下水庫一期進出水口邊坡，巖體主要為強風化～弱風化中粗?；◢弾r，邊坡節(jié)理裂隙較發(fā)育，存在中陡傾角順坡向結構面。施工過程中邊坡多處部位發(fā)生了不同程度變形開裂、塌方等問題。主要原因是參建單位在工程前期勘察設計、施工階段地質條件變化響應滯后，支護設計調整不及時，邊坡開挖程序和支護管控等方面存在不足。

B工程上水庫大壩采用混凝土面板堆石壩。大壩施工期趾板混凝土檢查發(fā)現(xiàn)98條裂縫，面板混凝土檢查發(fā)現(xiàn)536條裂縫，上水庫進/出水口混凝土結構檢查發(fā)現(xiàn)373條裂縫。經分析，混凝土裂縫主要為溫度裂縫，反映混凝土施工溫控防裂措施存在不足。

四、防控措施

（一）管理措施

針對上述主要質量問題，建議采取系統(tǒng)性、預防性措施，事先做好全生命周期的隱患排查，在工程勘察設計、施工、建設管理、監(jiān)管各環(huán)節(jié)采取針對性措施防范于未然。工程勘察設計階段控制質量事故風險的程度最大，需加強前期勘察設計工作管理，保證工程勘察設計工作深度，加強重大專項論證，嚴格關鍵部位設計質量，有效避免重大質量安全問題，保障工程防滲安全、變形安全、結構安全、防洪安全、設備運行安全。工程建設階段需加強工程招投標管理、設計管理，嚴格原材料、施工工藝等質量控制，加強技術創(chuàng)新和精細化質量管理，確保工程質量。質量監(jiān)管層面建議制定針對性的工程重大質量問題相關標準、防范管理辦法等，提升行業(yè)高質量建設水平。

（二）工程措施

結合我國已建工程實踐，建議堅持以問題為導向、以結果為導向的防控思路，采取針對性工程措施防范主要質量問題。

（1）滲漏偏大防控

針對工程滲漏偏大問題，需查明壩基、庫盆及高壓水道部位地質條件，進行可靠的地基處理及防滲設計；提高大壩、庫盆、高壓管道不同防滲體系結合部設計可靠性和施工質量，減少結合部滲漏；加強壩基和隧洞灌漿施工質量控制，減少壩基滲漏和隧洞內水外滲；采取大壩防滲面板減裂控制措施，降低防滲結構滲漏。

（2）變形偏大防控

針對大壩沉降變形偏大問題，需采取上壩料控制、填筑分區(qū)分層控制、碾壓質量控制等多種措施提高大壩填筑質量，降低大壩沉降量；岸坡區(qū)域填筑體進行增模處理，對陡峭岸坡和反坡進行放緩處理，減小突變段，防止局部沉降變形不協(xié)調導致的面板破損問題；及時做好墊層料防護和防雨措施，避免降雨沖刷破壞，防止接觸脫空導致的面板塌陷問題；面板施工前保證大壩預沉降期和沉降變形率滿足控制標準要求。

針對邊坡和隧洞變形異常問題，需提高工程邊坡和隧洞勘察質量，及時掌握巖體地質條件變化情況，及時動態(tài)調整支護設計，提高支護的可靠性；施工過程中做到及時支護，嚴格支護施工質量。

（3）結構破損防控

為降低混凝土裂縫水平和結構破壞的可能，需做好結構設計和工程配合比優(yōu)化，采用適宜的混凝土強度等級，采用優(yōu)質骨料、摻加優(yōu)質外加劑和抗裂劑，減少膠凝材料和用水量，采用低坍落度混凝土；采取保溫保濕雙控、長期養(yǎng)護等溫控防裂措施；加強壩體護坡質量和平整度控制，減少面板約束；設置合理的隧洞襯砌分倉長度，控制隧洞超挖，澆筑時做好巖體滲水引排；加強隧洞襯砌回填灌漿和防滲固結灌漿質量控制，降低外水壓力對襯砌的影響。

（4）洪水破壞防控

為避免大壩施工期洪水對壩體和防滲結構的破壞，需充分考慮極端降雨對面板壩施工期度汛安全的影響，統(tǒng)籌做好庫盆、岸坡、基坑和壩體排水工作；對庫盆范圍內沖溝洪水和岸坡匯水進行妥善截排，減少外水進入大壩基坑和壩體，降低基坑淹沒的概率，防范雨洪對大壩填筑體的沖刷破壞；對于處于低洼區(qū)域的重要建筑物（如趾板和面板），設計要做好系統(tǒng)的截排水設計、反向排水設計；在混凝土面板中預埋主動排水反濾措施，保證大壩防滲結構安全。

（5）設備故障防控

為減少閘門、機電設備故障，需盡量采用經驗證成熟可靠的設備；加強重要設備制造駐廠監(jiān)督，提高設備本質安全；加強設備安裝精細化管控和運維精益化管理，提升設備運行可靠性。

五、結論

新形勢下我國抽水蓄能電站工程建設面臨復雜的形勢和挑戰(zhàn)，本文基于工程質量風險分析、工程實證和文獻資料統(tǒng)計，首次系統(tǒng)提出我國抽水蓄能電站工程建設主要質量問題，分析了問題的表現(xiàn)形式、范圍和嚴重性，提出了解決問題的系統(tǒng)性、針對性防控措施，建議從勘察設計、施工控制、質量管理、行業(yè)監(jiān)管等方面進行綜合治理，可以較好防范這些工程質量問題，助力我國抽水蓄能電站工程的安全建設和健康發(fā)展。

由于現(xiàn)有文獻和工程資料收集的局限性，今后抽水蓄能電站工程建設質量問題研究方向建議從未來更長時間維度進行工程質量問題分析，提高問題的全面性和代表性，針對具體問題提出工程設計創(chuàng)新、施工創(chuàng)新、設備創(chuàng)新、管理創(chuàng)新的解決方法，提升工程質量的可靠性，盡最大努力降低工程主要質量問題發(fā)生概率，提升我國抽水蓄能電站工程高質量水平。