CN116180675A - 用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构及施工方法，属于水利水电工程结构物设计建造技术领域。提供一种工程量相对较小，投资成本相对较低，排水效果好的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构及施工方法。所述的上库盆结构包括蓄水上库盆，所述的上库盆结构还包括地下水防顶托系统，在所述蓄水上库盆的内壁上覆设有复合防渗系统，所述的地下水防顶托系统布置在所述蓄水上库盆的底部；位于复合防渗系统内外侧的压力水通过所述的地下水防顶托系统朝向蓄水上库盆内侧单向连通。所述的施工方法先进行上库盆结构的开挖或整理，然后铺设复合防渗系统，最后建造、安装地下水防顶托系统。

Description

用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种上库盆结构，尤其是涉及一种用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，属于水利水电工程结构物设计建造技术领域。本发明还涉及一种采用所述上库盆结构建造的施工方法。

背景技术

术语解释：

全库盆防渗：指采用工程处理措施，对开挖库盆或天然库盆进行防渗处理，使库盆内的库水和外界水环境相隔离，以防止库盆内水的外渗；

地下水：赋存于地面以下地层中的水；

顶托作用：在库盆内水位低于库外地下水水位时，在水头差作用下，对全库盆防渗结构产生的浮托力。

随着国家“3060”战略的提出，以风电和光电为代表的新能源呈爆发式发展，也对传统的能源电力系统提出了新的要求，由传统的发、输、配、变、用的电力系统转变为源、网、荷、储、调的新型电力系统显得尤为迫切。抽水蓄能技术作为一种用水作为储能介质，是目前技术最为成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的储能方案，是实现新型电力系统转换的关键。众所周知，抽水蓄能是通过电能将下水库的水介质抽至上水库，实现能量储存，再通过上水库的水流至下水库实现势能与电能转换，过程中水是能量转换的关键，其渗漏问题是抽水蓄能建设过程中的关键问题。为解决上水库渗漏问题，大多采用全库盆防渗形式，将上水库库水和周围地下水环境相隔离。

尽管全库盆防渗形式能将库水和周围地下水环境相隔离，防止库水的渗漏。但全库盆防渗形式存在地下水的反作用，空库时容易形成地下水顶托作用，容易造成防渗体的破坏等，影响其防渗效果。

如上所述，全库盆防渗形式能将库水和周围地下水环境相隔离，防止库水的渗漏。但全库盆防渗形式存在地下水的反作用，空库时容易形成地下水顶托作用，造成防渗体的破坏等。现有技术主要有两个方面，一是通过全库盆防渗措施结构的自重来抵消地下水的顶托作用，二是以排导为主，在上水库库盆底部设置截、排水廊道，将地下水排出，降低地下水水位，来消除地下水的顶托作用。两种方案均存在工程量大、经济性不高、效果不可控等问题。发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种工程量相对较小，投资成本相对较低，排水效果好的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，本发明还提供了一种采用所述上库盆结构建造的施工方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，包括蓄水上库盆，所述的上库盆结构还包括地下水防顶托系统，在所述蓄水上库盆的内壁上覆设有复合防渗系统，所述的地下水防顶托系统布置在所述蓄水上库盆的底部；位于复合防渗系统内外侧的压力水通过所述的地下水防顶托系统朝向蓄水上库盆内侧单向连通，

其中，所述的蓄水上库盆为开挖或整理型蓄水库盆。

进一步的是，所述的复合防渗系统包括表面覆设层和下部防渗支撑层，所述的表面覆设层通过所述的下部防渗支撑层固结构在所述蓄水上库盆的内壁上。

上述方案的优选方式是，所述的表面覆设层包括现浇混凝土子层和防护调整垫接子层，所述的现浇混凝土子层通过所述的防护调整垫接子层固结在所述的下部防渗支撑层上。

进一步的是，所述的下部防渗支撑层包括防渗土工膜和防护调整素土子层，所述的防渗土工膜通过防护调整素土子层铺设在蓄水上库盆的内壁上，所述的防护调整垫接子层铺设在所述的防渗土工膜上。

上述方案的优选方式是，所述的防护调整垫接子层由砂垫层构成，所述的防护调整素土子层由素土垫层构成。

进一步的是，所述的地下水防顶托系统包括单向过滤输水子系统和反向封水关闭子系统，均布在蓄水上库盆盆底的单向过滤输水子系统通过所述的反向封水关闭子系统在复合防渗系统内外侧水压力的配合下开启或关闭。

上述方案的优选方式是，所述的单向过滤输水子系统包括多个钻设在蓄水上库盆盆底的输水基孔，在每一个所述输水基孔的内侧壁上均覆设有单向过滤渗水层，所述输水基孔敞开的上端通过所述的反向封水关闭子系统开启或关闭，

其中，各个所述的输水基孔沿蓄水上库盆的盆底均布。

进一步的是，所述的反向封水关闭子系统包括导向支撑杆和封水关闭组件，所述的封水关闭组件通过所述的导向支撑杆沿竖直方向可升降的开启或关闭输水基孔敞开的上端。

上述方案的优选方式是，所述的单向过滤渗水层包括透水基子层和反滤包子层，所述的反滤包子层通过所述的透水基子层覆设在输水基孔的内侧壁上；所述的封水关闭组件包括固定头和密封垫，所述的密封垫通过所述的固定头布置在所述导向支撑杆的上端；布置就位的导向支撑杆插接在所述的输水基孔中，直径大于输水基孔内径两位以上的所述密封垫，通过所述的导向支撑杆在复合防渗系统内外侧压力水的配合下沿竖直方向往复移动的开启和关闭该输水基孔敞开的上端。

用于所述上库盆结构建造的施工方法，所述的施工方法包括以下步骤，

A、确定上库盆结构的成库方案，对库内边坡和库底进行清理、平整；

B、清理、平整完成后，进行素土垫层施工，并夯实；

C、在素土垫层上部敷设防渗土工膜；

D、在防渗土工膜上部铺设一层砂垫层，并夯实；

E、在砂垫层上部现浇混凝土；

F、现浇混凝土硬化后，在库底钻设输水基孔并覆设透水基子层和反滤包子层，然后安装反向封水关闭子系统。

本发明的有益效果是：本申请提供的技术方案以现有的蓄水上库盆为基础，先在所述蓄水上库盆的内壁上铺设有复合防渗系统，然后通过增加设置地下水防顶托系统，并使位于复合防渗系统内外侧的压力水通过所述的地下水防顶托系统朝向蓄水库盆内侧单向连通。从而改变了现有技术中需要在以排、导为主进行地下水顶托载荷消除时采用的：在上水库库盆底部设置截、排水廊道等工程量大、经济性不高、效果不可控的技术措施，达到了有效降低地下水水位，消除地下水的顶托作用的目的。此时，本申请在消除防渗层外侧的地下水顶托防渗层时便可以通过设置在蓄水库盆盆底上的地下水防顶托系统平衡掉蓄水库盆防渗层内外的水压力来消除地下水的顶托载荷，相应的，所述的地下水防顶托系统只能在蓄水库盆内的水位低于蓄水库盆外的水位时朝向蓄水库盆内侧单向连通来平衡蓄水库盆防渗层内外的水压力。同时，本申请建造上库盆结构时是按下步骤进行的，A、确定上库盆结构的成库方案，对库内边坡和库底进行清理、平整；B、清理、平整完成后，进行素土垫层施工，并夯实；C、在素土垫层上部敷设防渗土工膜；D、在防渗土工膜上部铺设一层砂垫层，并夯实；E、在砂垫层上部现浇混凝土；F、现浇混凝土硬化后，在库底钻设输水基孔并覆设透水基子层和反滤包子层，然后安装反向封水关闭子系统。这样，由于本申请的技术方案仅是通过地下水防顶托系统将防渗层外侧的压力水朝向蓄水库盆内侧单向连通输入，实现当外侧地下水位高于内侧储蓄水水位时降低外侧水压力的目的，不使本申请技术方案的工程量相对较小，投资成本相对较低，而且排水效果特别好，而且本申请采用上述与布置结构相适应的工艺方法也可以显著缩短施工周期，减小工程量，达到降低投资成本的目的。

附图说明

图1为本发明用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构地下水位高于库内水位的剖视结构示意图；

图2为本发明用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构地下水位低于库内水位的剖视结构示意图；

图3为本发明用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构涉及到的地下水防顶托系统的剖视图。

图中标记为：蓄水上库盆1、地下水防顶托系统2、复合防渗系统3、表面覆设层4、下部防渗支撑层5、现浇混凝土子层6、防护调整垫接子层7、防渗土工膜8、防护调整素土子层9、单向过滤输水子系统10、反向封水关闭子系统11、输水基孔12、单向过滤渗水层13、导向支撑杆14、封水关闭组件15、透水基子层16、反滤包子层17、固定头18、密封垫19。

具体实施方式

如图1、图2以及图3所示是本发明提供的一种工程量相对较小，投资成本相对较低，排水效果好的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，以及一种采用所述上库盆结构建造的施工方法。所述的上库盆结构，包括蓄水上库盆1，所述的上库盆结构还包括地下水防顶托系统2，在所述蓄水上库盆1的内壁上覆设有复合防渗系统3，所述的地下水防顶托系统2布置在所述蓄水上库盆1的底部；位于复合防渗系统3内外侧的压力水通过所述的地下水防顶托系统2朝向蓄水上库盆内侧单向连通，其中，所述的蓄水上库盆1为开挖型蓄水库盆或整理型蓄水库盆。本申请提供的技术方案以现有的蓄水上库盆为基础，先在所述蓄水上库盆的内壁上铺设有复合防渗系统，然后通过增加设置地下水防顶托系统，并使位于复合防渗系统内外侧的压力水通过所述的地下水防顶托系统朝向蓄水库盆内侧单向连通。从而改变了现有技术中需要在以排、导为主进行地下水顶托载荷消除时采用的：在上水库库盆底部设置截、排水廊道等工程量大、经济性不高、效果不可控的技术措施，达到了有效降低地下水水位，消除地下水的顶托作用的目的。此时，本申请在消除防渗层外侧的地下水顶托防渗层时便可以通过设置在蓄水库盆盆底上的地下水防顶托系统平衡掉蓄水库盆防渗层内外的水压力来消除地下水的顶托载荷，相应的，所述的地下水防顶托系统只能在蓄水库盆内的水位低于蓄水库盆外的水位时朝向蓄水库盆内侧单向连通来平衡蓄水库盆防渗层内外的水压力。同时，本申请建造上库盆结构时是按下步骤进行的，A、确定上库盆结构的成库方案，对库内边坡和库底进行清理、平整；B、清理、平整完成后，进行素土垫层施工，并夯实；C、在素土垫层上部敷设防渗土工膜；D、在防渗土工膜上部铺设一层砂垫层，并夯实；E、在砂垫层上部现浇混凝土；F、现浇混凝土硬化后，在库底钻设输水基孔并覆设透水基子层和反滤包子层，然后安装反向封水关闭子系统。这样，由于本申请的技术方案仅是通过地下水防顶托系统将防渗层外侧的压力水朝向蓄水库盆内侧单向连通输入，实现当外侧地下水位高于内侧储蓄水水位时降低外侧水压力的目的，不使本申请技术方案的工程量相对较小，投资成本相对较低，而且排水效果特别好，而且本申请采用上述与布置结构相适应的工艺方法也可以显著缩短施工周期，减小工程量，达到降低投资成本的目的。

上述实施方式，结合实际的生产状况，为了尽可能的提高本申请所述的上库盆结构的建造质量，同时降低投资成本，便于建造，本申请所述的复合防渗系统3包括表面覆设层4和下部防渗支撑层5，所述的表面覆设层4通过所述的下部防渗支撑层5固结构在所述蓄水上库盆1的内壁上。此时，所述的表面覆设层4包括现浇混凝土子层6和防护调整垫接子层7，所述的现浇混凝土子层6通过所述的防护调整垫接子层7固结在所述的下部防渗支撑层5上。相应的，所述的下部防渗支撑层5包括防渗土工膜8和防护调整素土子层9，所述的防渗土工膜8通过防护调整素土子层9铺设在蓄水上库盆1的内壁上，所述的防护调整垫接子层7铺设在所述的防渗土工膜8上。相应的，所述的防护调整垫接子层7优选为由砂垫层构成，所述的防护调整素土子层9优选为由素土垫层构成。

进一步的，作为本申请改进的另一个重点，为了提高消除地下水顶托载荷的效果，同时也为了最大限度的降低工程量、提高经济性以及提高效果可控性，本申请所述的地下水防顶托系统2包括单向过滤输水子系统10和反向封水关闭子系统11，均布在蓄水上库盆盆底的单向过滤输水子系统10通过所述的反向封水关闭子系统11在复合防渗系统3内外侧水压力的配合下开启或关闭。此时，所述的单向过滤输水子系统10包括多个钻设在蓄水上库盆盆底的输水基孔12，在每一个所述输水基孔12的内侧壁上均覆设有单向过滤渗水层13，所述输水基孔12敞开的上端通过所述的反向封水关闭子系统11开启或关闭，其中，各个所述的输水基孔12沿蓄水上库盆的盆底均布。所述的反向封水关闭子系统11包括导向支撑杆14和封水关闭组件15，所述的封水关闭组件15通过所述的导向支撑杆14沿竖直方向可升降的开启或关闭输水基孔12敞开的上端。相应的，本申请所述的单向过滤渗水层13优选为包括透水基子层16和反滤包子层17，所述的反滤包子层17通过所述的透水基子层16覆设在输水基孔12的内侧壁上；所述的封水关闭组件15优选为包括固定头18和密封垫19，所述的密封垫19通过所述的固定头18布置在所述导向支撑杆14的上端；布置就位的导向支撑杆14插接在所述的输水基孔12中，直径大于输水基孔12内径两位以上的所述密封垫19，通过所述的导向支撑杆14在复合防渗系统3内外侧压力水的配合下沿竖直方向往复移动的开启和关闭该输水基孔12敞开的上端。

综上所述，本申请提供的上述技术方案的特点为，

1、本申请的上库盆结构施工简单，可实现库水防渗和消除地下水顶托作用；

2、可使用于不同地层条件，如基岩和覆盖层等。

采用本申请的上述技术手段，

1、可适用于周边任意地下水变化，消除地下水的顶托作用；

2、同样的库容条件下，通过本全库盆防渗结构，在抽水时，上水库由于地下水的流入，可减少抽至上水库的水量，从而降低能耗；在发电时，上水库流入的地下水可通过发电系统，增加能量输出，一举双得。

实施例一

本申请提供的技术方案在于利用单向水流构件，提出一种新的全库盆防渗结构，即能够解决目前全库盆防渗形式地下水的顶托作用，又能防止库水渗漏。本专利中所述的一种抽水蓄能用全库盆防渗结构是指：在水库开挖平整完成后，在库底、库周设置防渗结构，并在库底设置一系列单向流动构件，该构件可上、下滑动，当库内水位高于库外地下水水位时，该构件关闭，实现防渗的目的；当库内水位低于库外地下水水位时，该构件在水压差的作用下自动开启，地下水通过单向流动构件流入库内，达到消除地下水顶托作用的功能。

本专利具体实施步骤如下：

A、首先确定上水库的成库方案，对库内边坡和库底进行清理、平整；

B、清理、平整完成后，进行素土垫层施工，并夯实；

C、进而，在垫层上部敷设防渗土工膜；

D、进而，在防渗土工膜上部铺设一层砂垫层，并夯实；

E、进而，在砂垫层上部现浇混凝土；

F、进而，现浇混凝土硬化后，在库底布置并安装单向流水构件，直至所有构件安装完成。

Claims (10)

1.用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，包括蓄水上库盆(1)，其特征在于：所述的上库盆结构还包括地下水防顶托系统(2)，在所述蓄水上库盆(1)的内壁上覆设有复合防渗系统(3)，所述的地下水防顶托系统(2)布置在所述蓄水上库盆(1)的底部；位于复合防渗系统(3)内外侧的压力水通过所述的地下水防顶托系统(2)朝向蓄水上库盆内侧单向连通，

其中，所述的蓄水上库盆(1)为开挖型蓄水库盆或整理型蓄水库盆。

2.根据权利要求1所述的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，其特征在于：所述的复合防渗系统(3)包括表面覆设层(4)和下部防渗支撑层(5)，所述的表面覆设层(4)通过所述的下部防渗支撑层(5)固结构在所述蓄水上库盆(1)的内壁上。

3.根据权利要求2所述的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，其特征在于：所述的表面覆设层(4)包括现浇混凝土子层(6)和防护调整垫接子层(7)，所述的现浇混凝土子层(6)通过所述的防护调整垫接子层(7)固结在所述的下部防渗支撑层(5)上。

4.根据权利要求3所述的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，其特征在于：所述的下部防渗支撑层(5)包括防渗土工膜(8)和防护调整素土子层(9)，所述的防渗土工膜(8)通过防护调整素土子层(9)铺设在蓄水上库盆(1)的内壁上，所述的防护调整垫接子层(7)铺设在所述的防渗土工膜(8)上。

5.根据权利要求3或4所述的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，其特征在于：所述的防护调整垫接子层(7)由砂垫层构成，所述的防护调整素土子层(9)由素土垫层构成。

6.根据权利要求5所述的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，其特征在于：所述的地下水防顶托系统(2)包括单向过滤输水子系统(10)和反向封水关闭子系统(11)，均布在蓄水上库盆盆底的单向过滤输水子系统(10)通过所述的反向封水关闭子系统(11)在复合防渗系统(3)内外侧水压力的配合下开启或关闭。

7.根据权利要求6所述的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，其特征在于：所述的单向过滤输水子系统(10)包括多个钻设在蓄水上库盆盆底的输水基孔(12)，在每一个所述输水基孔(12)的内侧壁上均覆设有单向过滤渗水层(13)，所述输水基孔(12)敞开的上端通过所述的反向封水关闭子系统(11)开启或关闭，

其中，各个所述的输水基孔(12)沿蓄水上库盆的盆底均布。

8.根据权利要求7所述的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，其特征在于：所述的反向封水关闭子系统(11)包括导向支撑杆(14)和封水关闭组件(15)，所述的封水关闭组件(15)通过所述的导向支撑杆(14)沿竖直方向可升降的开启或关闭输水基孔(12)敞开的上端。

9.根据权利要求8所述的用于抽水式蓄能电站工程的上库盆结构，其特征在于：所述的单向过滤渗水层(13)包括透水基子层(16)和反滤包子层(17)，所述的反滤包子层(17)通过所述的透水基子层(16)覆设在输水基孔(12)的内侧壁上；所述的封水关闭组件(15)包括固定头(18)和密封垫(19)，所述的密封垫(19)通过所述的固定头(18)布置在所述导向支撑杆(14)的上端；布置就位的导向支撑杆(14)插接在所述的输水基孔(12)中，直径大于输水基孔(12)内径两位以上的所述密封垫(19)，通过所述的导向支撑杆(14)在复合防渗系统(3)内外侧压力水的配合下沿竖直方向往复移动的开启和关闭该输水基孔(12)敞开的上端。

10.用于权利要求9所述上库盆结构建造的施工方法，其特征在于：所述的施工方法包括以下步骤，

A、确定上库盆结构的成库方案，对库内边坡和库底进行清理、平整；

B、清理、平整完成后，进行素土垫层施工，并夯实；

C、在素土垫层上部敷设防渗土工膜；

D、在防渗土工膜上部铺设一层砂垫层，并夯实；

E、在砂垫层上部浇筑现浇混凝土；

F、现浇混凝土硬化后，在库底钻设输水基孔并覆设透水基子层和反滤包子层，然后安装反向封水关闭子系统。

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