基本概况

十三陵抽水蓄能电站

十三陵抽水蓄能电站

十三陵水库控制流域面积为223km 2 ，多年平均径流量3100万m  ，经多年运行证明，丰、平水年可保持高水位运行。由于库尾存在大宫门古河道渗漏通道，为确保蓄能电站遇连续枯水年能正常运行，采用堵漏防渗及补水相结合的方案，即在库区中部修建防渗墙堵漏，遇枯水年需由白河堡水库向十三陵水库补水，年补水量约220万m ，引水工程已于1986年建成，设计流量4.3m/s 。

上水库地层主要为熔岩角砾岩、安山岩，区内断裂发育。本地区规模较大的F1 、F3 断层在右坝头附近交汇，破碎带宽达40m 。裂隙发育组数多，密度大，平均间距一般小于0.3m ；其中以北西向最发育。左坝头F107下盘，发育有走向北东30°及北西285°两组高倾角卸荷裂隙，张开宽度为10～20cm ，无充填。上库盆内分布有3条北西西向裂隙密集带，倾角54～63°，宽15～20m 。岩体受断裂影响，风化严重，一般表层有1～2m 残积和全风化岩土，全风化带局部可达10m 以上。钻孔压水试验成果表明岩体以强透水为主。根据上述情况，上库必须做好全面防渗处理。

水道系统每条长约2000m ，沿线穿过的岩层主要为砾岩，约占总长度的80%；其次为安山岩和后期侵入的正长斑岩。引水洞长约400m ，局部为正长斑岩岩脉，大部均为安山岩，除进口至闸门井段覆盖较薄，成洞条件较差外，其余地段一般覆盖厚80～100m ，岩石完整，成洞条件较好。高压管道长约800m ，穿过的岩层除上段约200m长范围内为正长斑岩外，其余均为砾岩，上覆岩体厚度60～300m ，一般地段地质条件尚好，但断裂带岩体破碎，是高压管道主要工程地质问题。尾水洞长约1000m ，沿线岩层为砾岩，断裂不发育，但个别断层与洞线交角较小，岩体较破碎，要引起注意。厂区地层主要为砾岩，胶结较好。厚500m ，层理不发育，具备修建地下厂房的条件。

电站枢纽主要建筑物有上库、引水道、地下厂房、尾水道及下库等。上库采用沥青混凝土面板堆石坝，坝顶长460m ，最大坝高70m ；库盆采用全面沥青混凝土衬护防渗，周长1628m ，总库容401万m 。水道系统有：两条引水隧洞，长分别为377m和399m ，衬砌内径5.2m ；在引水隧洞尾部各设1个双室阻抗式调压井，竖井衬砌内径7.2m ；两条斜井式高压管道，长分别为815m 和794m ，每条高压管道分两支进入地下厂房，衬砌内径5.2～3.8m ，设计考虑围岩、混凝土、钢板联合作用，设计钢板最大厚度达40mm ；尾水系统布置采用两台机汇入一个尾水调压井，后接一条尾水洞，两条尾水洞长分别为780m 和840m ，衬砌内径5.2m ；尾水调压井为单室阻抗式，竖井衬砌内径为8m 。地下厂房内安装4台单机容量20万kW 机组。地下厂房长度为149m 。

十三陵蓄能电厂上水库，系利用十三陵水库左岸蟒山山顶的天然沟道，采用开挖和筑坝方式兴建。上水库库区地质条件复杂，断裂构造发育，风化严重，透水性强，地下水位低，无天然径流。全部库岸、库底及主、副坝填筑体上游面均采用混凝土面板防渗护面，防渗面积达175万ｍ，是中国首次在抽水蓄能电站上水库大规模采用钢筋混凝土全面防渗的工程。

设计特点

十三陵抽水蓄能电站

坝基倾斜面特性：上水库主坝坝基为倾向下游的1：4 斜坡，为此进行基岩面现场大型直剪试验。试验表明基岩岩体抗剪强度较低时，堆石沿基岩面的破坏发生在基岩岩体内。基岩岩体的抗剪强度大于堆石的抗剪强度时，剪切破坏面将发生在堆石与基岩的界面处，其抗剪强度将取决于堆石料的内摩擦角和堆石与基岩界面的粗糙程度。因而，堆石料沿基岩面的抗剪强度，依基础岩体强度与堆石料强度相比较的高低，其抗剪强度的确定方法亦不相同。

坝体剖面的优化：根据上水库坝址的地形条件、各种不同风化程度的坝料和混凝土面板堆石坝工程的特性及坝体不同部位的重要性，对坝剖面进行合理分区，充分利用库盆开挖料。由于蓄水后面板堆石坝上游1/3 坝体范围内的坝体变形受影响程度最大，故在靠近面板上游的主堆石区填筑弱风化开挖料。考虑到主坝坝基倾向下游，为提高坝体整体稳定性，在主坝下游坡脚设置弱风化堆石区，采用与Ⅲ区相同的材料。在分析下游坝基地质条件和坝体稳定的基础上，Ⅱ区料由原来的填筑高程508ｍ降至480ｍ，扩大1区料的填筑范围，减少初期弱风化料填筑量。针对抽水蓄能电站的运行特点，为给混凝土面板提供均匀可靠的支撑和排除渗水的能力，避免库水位骤降时产生反向压力，在紧靠混凝土面板下部设置水平宽度为3ｍ的垫层排水区。

氯丁胶乳沥青无纺布的应用：上水库西侧山体存在倾向库外的断层，影响边坡的稳定，且断层在西坡库盆内侧出露。若该区域面板渗漏，渗水将影响西坡的水文地质条件，进而对上水库工程的安全运行不利。根据上述情况，在上水库西坡库盆内坡采用新构造，岩坡基础和副坝上游面垫层表面设置复合防渗层，选用新材料氯丁胶乳沥青与聚酯纤维无纺布组成的防渗膜，其上面为无砂混凝土排水层和混凝土面板防渗层，满足了减少渗漏损失和山体稳定的要求。同时，又可减弱面板基础的约束，有利于防止面板的裂缝，提高面板混凝土的耐久性。

工作原理

十三陵抽水蓄能电站

主要任务是：担负北京地区调峰和紧急事故备用电源，改善首都供电质量；接入华北电力系统，与京津唐电网联网运行；减少火电频繁调整出力和开启，改善运行条件，降低煤耗，同时兼有填谷、调频和调相等功能。

坝体监测

十三陵抽水蓄能电站

坝体填筑完成时，实测最大竖向位移为683mm。上水库蓄水前，由于堆石体的自重固结作用等因素，坝体最大竖向位移达847mm，与坝体填筑完成时比较其高程位置上移在最大坝高的1/2偏上部，最大竖向位移量相当于轴线坝高的1.13% 。上水库在水位低于560m高程时，各测点的竖向位移量变化不大，水荷载对坝体沉降变形的影响较小。随库水位升高至正常高水位，坝体各测点的竖向位移量变化相对较大，实测最大竖向位移为874mm。至2001年12月底，实测最大竖向位移为9430m，相当于轴线坝高的1.26% 。施工期完成的沉降为坝体竖向位移的90%，坝体竖向位移与坝前蓄水高程密切相关。从坝体竖向位移总体情况来看，其竖向位移过程符合堆石体的变形规律，一是在雨季由于地表水的下渗，增加颗粒间的润滑作用，使堆石体的固结应力增大，致使坝体竖向位移量较大，二是坝体下游侧1区料的竖向位移量比上游侧Ⅲ区料大，1区料强风化岩体破碎，且遇水软化，水环境和自重固结作用使块体结构发生变化。

坝体压缩变形模量

对于常规碎石料，压缩试验e-p曲线在高应力下基本上为水平线，上水库主坝坝体1区料在应力达到10～24MP时，孔隙比随应力有较大变化，说明在高应力条件下，将导致坝体产生较大的竖向位移量。由堆石体实测竖向位移量估算坝体压缩变形模量平均约为34MPa，与筑坝材料的物理力学指标较低是一致的。

坝体水平位移

坝体填筑完，实测最大水平位移为87mm；上水库蓄水前，实测最大位移为150mm。蓄水初期各测点位移量变化不大，在库水位接近正常蓄水位以后，受水荷载作用，水平位移变形速率增大，至2001年12月底，坝体最大水平位移测点位移量为1800m。一般情况下，在蓄水以前，坝体上游区域的水平位移应指向上游，而十三陵上库主坝坝体各测点监测水平位移均指向下游，分析认为主要原因有，一是坝基为一倾向下游的斜坡面二是由于坝轴线下游侧1区料为强风化岩坝，其固结沉陷较大。

坝基面位移

沿坝基斜坡面上、下游方向共布置4支TS位移计监测堆石体与坝基间的相对位移，除坝体下游坡脚位置的测点在施工初期位移变形较大外，其余测点均较小。上水库充水时，靠近上游测点的位移变形略有增大，在接近正常蓄水位以后有明显变化，此后基本稳定。反映水荷载对上游主堆石区域沿坝基面的位移变形有一定影响，而对下游坝脚部位的影响较小。从监测结果来看，上水库堆石体沿坝基面的整体是稳定的。

渗流监测

十三陵抽水蓄能电站

优化改进

十三陵抽水蓄能电站

1、库区的地质和水文地质条件十三陵盆地处于山区和平原的过渡地段。十三陵水库位于大宝山汉包山和蟒山之间，宽约1.5km，长约4km 。根据收集的和补充勘探的83个钻孔资料，可看出库区的第四系地层大致分为冲积层、洪积层和坡积层三种成因类型。冲积层主要分布在库盆底部。其上层为砂卵石层，是本区主要透水层 厚度20m ～35m 。中层为粘土—亚粘土层，浅黄色，可塑—硬塑状平均厚度20m左右，最厚可达30m ～40m 。下层为砂卵石层，分布于粘土层之下至基岩面之间，深度40m以下，厚度40m ～50m 。洪积层主要分布于库区左岸德陵沟附近，也具有与上述冲积层相似的砂卵石—粘土—砂卵石三层结构，只是其中层粘性土层常夹有卵石透镜体，致使此层粘性土厚度由20m左右减薄到个别部位4m ～5m 。坡积层分布在水库四周较高地段上，以亚粘土、轻亚粘土含碎石为主，与冲积层交错联结，透水性较小。

2、对库区和粘性土的评价根据十三陵水库坝址地质剖面图和提供的地质资料，在库盆中普遍存在一层粘性土层，其顶面埋深约20m ～40m，其厚度由数20m ～25m左右，最厚达30m ～40m 。库区粘性土层直接与岸边粘土层相接，形成了一个整体，表明粘土层是连续的。