我国抽水蓄能电站工程建设主要质量问题研究

我国抽水蓄能电站工程建设

主要质量问题研究

（来源：抽水蓄能行业分会 作者：李太成，胡聪，傅兆庆）

(可再生能源发电工程质量监督站，北京  100120)

摘要：研究表明我国抽水蓄能电站工程建设容易发生工程渗漏偏大、变形偏大、结构破损、洪水破坏、设备故障等主要质量问题，对工程安全、施工进度、工程投资等造成较大影响。本文通过工程质量风险、工程实证和文献资料分析，首次对这些主要质量问题进行了系统总结，分析问题成因，提出工程防控措施建议，希望对我国抽水蓄能电站工程安全建设和高质量发展有所助益。

一、研究背景

抽水蓄能电站作为电力系统的平衡器、稳定器和调节器，其工程质量安全对于保障国家能源安全、推动绿色低碳转型具有重大意义。目前我国抽水蓄能电站工程已进入大规模建设阶段，工程建设面临地质和环境条件的多样性、工程技术条件的复杂性、建设主体能力的缺乏性，容易发生工程质量安全问题。为促进我国抽水蓄能电站工程安全发展，总结工程主要质量问题，汲取经验教训，以资未来是非常有必要的。

目前，国内已有文献资料涉及抽水蓄能电站工程质量问题的都是介绍单一工程发生的某一具体问题，将抽水蓄能电站工程作为一个整体，系统研究其主要质量问题的文献尚属空白。

本文首次全面总结我国抽水蓄能电站工程建设面临的系统性、多发性、典型性质量问题，分析其表现形式、范围和严重性，剖析问题成因，提出解决方案，希望助力我国抽水蓄能电站工程安全建设和健康发展。

二、质量问题分析

本文根据抽水蓄能电站工程质量问题风险分析、工程实证研判、文献资料统计，多维度对我国抽水蓄能电站工程主要质量问题进行研究。

根据我国工程建设经验，抽水蓄能电站工程具有如下特点：（1）主流坝型为土石坝，施工期间易遭受暴雨洪水破坏，土石坝体变形量过大或变形不协调等易导致坝体裂缝和防渗面板破损；（2）上水库一般无天然径流补给，防渗要求高；输水系统水头高（一般为200m~800m），结构和围岩承压大，易发生渗透破坏问题；工程防渗体系复杂，结合部、薄弱环节多，较多采用薄壁结构作为防渗结构，存在开裂、渗漏等质量痼疾；（3）边坡、隧洞工程支护措施相对较弱，易发生变形、崩塌、滑坡问题；（4）抽水、发电工况反复转换，启动频繁，金属结构和机电设备可靠性要求高，易发生设备故障问题。      

从以上工程特点分析，我国抽水蓄能电站工程相对易发生变形破坏、渗漏异常、洪水破坏、设备故障等质量问题。这和工程建设实践中观察到的工程实际质量问题也基本一致。

现有文献资料统计分析表明，我国抽水蓄能电站工程存在的主要质量问题有工程渗漏偏大、大坝和边坡及隧洞变形偏大、防渗结构和混凝土结构破损、施工期洪水破坏、金属结构机电设备故障频发等，这些问题对工程安全、进度、投资、效益等造成了较大影响。

综合分析，我国已建在建抽水蓄能电站工程质量总体受控，但也容易发生工程渗漏偏大、变形偏大、结构破损、洪水破坏、设备故障等主要质量问题，问题发生主要有早期工程经验欠缺、勘察设计缺陷、施工工艺不当、质量管理不力等多方面原因。具体如下：

（一）渗漏偏大

表现为工程大坝、库盆、输水系统渗漏大，超出设计允许标准或正常范围。导致大坝需加固甚至降低水位运行或放空水库处理；围岩和衬砌水力劈裂、水道内水外渗、山坡垮塌。

主要原因是勘察质量不到位，防渗体系设计、施工质量存在缺陷。

（二）变形偏大

表现为大坝沉降变形较大，边坡、隧洞（洞室）围岩变形异常，导致防渗面板新增裂缝、面板开裂、面板塌陷、止水撕裂；边坡开裂、塌方、滑坡；岩体掉块、塌方甚至整体垮塌。

主要原因是大坝填筑质量和预沉降期控制不严；上坝料控制不严，布料不均匀、碾压不到位，坝体变形过大或变形不协调；边坡和洞室地质条件变化大，支护设计不符合实际，支护不及时，施工质量控制不到位。

（三）结构破损

表现为混凝土防渗面板和趾板、隧洞衬砌裂缝密集分布，隧洞衬砌开裂、脱落、外水内渗，导致结构性能损伤、防渗性能和耐久性能降低。

主要原因是原材料、混凝土配合比、施工工艺等温控防裂措施不周全；隧洞在内外水压力作用下脱落、开裂渗水。

（四）洪水破坏

表现为土石坝施工期洪水进入坝体内部，造成垫层料等填筑料的冲蚀、渗透破坏，大坝或库岸防渗结构（面板、趾板、止水等）因反渗水压力较大而顶托破坏，导致垫层料冲刷部位重新填筑施工，防渗结构修补或拆除施工，严重影响工程施工进度。

主要原因是对大坝施工期洪水估计不足，应对措施不当，导致基坑被淹没；基坑排水考虑不周全，仅考虑强排，未考虑岸坡截排、引排；面板坝施工期缺乏可靠的反向排水措施，坝体反排水设计和施工质量不可靠，运行中容易堵塞；部分面板坝基坑不慎被淹没后，基坑降水速度快，导致坝体防渗结构承受较大反向水压力而破坏。

（五）设备故障

表现为闸门漏水、闸门安全隐患、启闭机设备缺陷、供电系统缺陷；机电设备故障频发等。

问题影响金属结构和机电设备正常使用和安全运行，甚至造成漫坝、渗水险情、火灾、爆炸、水淹厂房和停运事故。

主要原因是设备设计不合理、制造工艺差、安装质量控制不严、运行操作不当。

三、典型案例

本文分析的主要质量问题发生在我国早期建设的工程，也出现在近年来完建的工程，2022年以来核准新建工程也时有发生，在单一工程中发生一类或多类主要问题的情况也较为常见，说明了这些主要质量问题的多发性和典型性。

以我国早期建设的A抽水蓄能电站为例，其工程建设中发生了上水库渗漏、输水系统异常渗漏、下水库大坝沉降变形偏大、投运初期设备故障频繁等系列问题。

A工程上水库大坝为沥青混凝土面板堆石坝，蓄水期间库盆最大渗漏量达60L/s。渗漏主要原因是库盆部位沥青混凝土面板地基软硬不均，蓄水前下卧层中全风化岩（土）自然排水固结尚未结束，第一次放空后蓄水上升速率较快，导致面板基础产生不均匀沉降，南库底区域沥青混凝土护面产生较多裂缝，甚至贯穿性裂缝。

A工程2号高压输水系统下平段和岔管部位存在小规模断层、岩脉以及裂隙较发育的地带。由于地质缺陷处理不到位，电站2号输水系统运行期间发生3次异常涌水情况，放空处理造成全厂停机累计约2月余，经济损失巨大。

A工程下水库大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，由于填筑施工不规范，大坝竣工移交时最大累计沉降量占坝高的1.15%，坝顶中部沉降最大值占坝高的0.32%。沉降值相比类似工程均偏大，且大坝沉降收敛稳定时间长达15年。大坝施工期发现100多条宽大裂缝，工程初期蓄水后增加了20多条面板裂缝，修补后又有新增裂缝及修补材料脱落现象。坝体沉降逐渐趋于稳定后，后期面板裂缝不再发展。

A工程主要设备从国外引进，投运初期设备故障频繁。经过多年的消缺改造，目前电站设备运行稳定。

再如2024年投产的B抽水蓄能电站，工程建设中发生了隧洞顶拱塌方、边坡变形塌方、混凝土密集裂缝、部分设备投运前长时间消缺等多类问题。

B工程主变洞施工中顶拱突然塌方，事故造成人员伤亡。事故发生原因为隐藏的不利节理裂隙形成的块体突然塌落所致。有关人员未能对潜在风险做出预判，未采取有效的超前支护措施，致使事故发生。

B工程下水库一期进出水口边坡，岩体主要为强风化～弱风化中粗粒花岗岩，边坡节理裂隙较发育，存在中陡倾角顺坡向结构面。施工过程中边坡多处部位发生了不同程度变形开裂、塌方等问题。主要原因是参建单位在工程前期勘察设计、施工阶段地质条件变化响应滞后，支护设计调整不及时，边坡开挖程序和支护管控等方面存在不足。

B工程上水库大坝采用混凝土面板堆石坝。大坝施工期趾板混凝土检查发现98条裂缝，面板混凝土检查发现536条裂缝，上水库进/出水口混凝土结构检查发现373条裂缝。经分析，混凝土裂缝主要为温度裂缝，反映混凝土施工温控防裂措施存在不足。

四、防控措施

（一）管理措施

针对上述主要质量问题，建议采取系统性、预防性措施，事先做好全生命周期的隐患排查，在工程勘察设计、施工、建设管理、监管各环节采取针对性措施防范于未然。工程勘察设计阶段控制质量事故风险的程度最大，需加强前期勘察设计工作管理，保证工程勘察设计工作深度，加强重大专项论证，严格关键部位设计质量，有效避免重大质量安全问题，保障工程防渗安全、变形安全、结构安全、防洪安全、设备运行安全。工程建设阶段需加强工程招投标管理、设计管理，严格原材料、施工工艺等质量控制，加强技术创新和精细化质量管理，确保工程质量。质量监管层面建议制定针对性的工程重大质量问题相关标准、防范管理办法等，提升行业高质量建设水平。

（二）工程措施

结合我国已建工程实践，建议坚持以问题为导向、以结果为导向的防控思路，采取针对性工程措施防范主要质量问题。

（1）渗漏偏大防控

针对工程渗漏偏大问题，需查明坝基、库盆及高压水道部位地质条件，进行可靠的地基处理及防渗设计；提高大坝、库盆、高压管道不同防渗体系结合部设计可靠性和施工质量，减少结合部渗漏；加强坝基和隧洞灌浆施工质量控制，减少坝基渗漏和隧洞内水外渗；采取大坝防渗面板减裂控制措施，降低防渗结构渗漏。

（2）变形偏大防控

针对大坝沉降变形偏大问题，需采取上坝料控制、填筑分区分层控制、碾压质量控制等多种措施提高大坝填筑质量，降低大坝沉降量；岸坡区域填筑体进行增模处理，对陡峭岸坡和反坡进行放缓处理，减小突变段，防止局部沉降变形不协调导致的面板破损问题；及时做好垫层料防护和防雨措施，避免降雨冲刷破坏，防止接触脱空导致的面板塌陷问题；面板施工前保证大坝预沉降期和沉降变形率满足控制标准要求。

针对边坡和隧洞变形异常问题，需提高工程边坡和隧洞勘察质量，及时掌握岩体地质条件变化情况，及时动态调整支护设计，提高支护的可靠性；施工过程中做到及时支护，严格支护施工质量。

（3）结构破损防控

为降低混凝土裂缝水平和结构破坏的可能，需做好结构设计和工程配合比优化，采用适宜的混凝土强度等级，采用优质骨料、掺加优质外加剂和抗裂剂，减少胶凝材料和用水量，采用低坍落度混凝土；采取保温保湿双控、长期养护等温控防裂措施；加强坝体护坡质量和平整度控制，减少面板约束；设置合理的隧洞衬砌分仓长度，控制隧洞超挖，浇筑时做好岩体渗水引排；加强隧洞衬砌回填灌浆和防渗固结灌浆质量控制，降低外水压力对衬砌的影响。

（4）洪水破坏防控

为避免大坝施工期洪水对坝体和防渗结构的破坏，需充分考虑极端降雨对面板坝施工期度汛安全的影响，统筹做好库盆、岸坡、基坑和坝体排水工作；对库盆范围内冲沟洪水和岸坡汇水进行妥善截排，减少外水进入大坝基坑和坝体，降低基坑淹没的概率，防范雨洪对大坝填筑体的冲刷破坏；对于处于低洼区域的重要建筑物（如趾板和面板），设计要做好系统的截排水设计、反向排水设计；在混凝土面板中预埋主动排水反滤措施，保证大坝防渗结构安全。

（5）设备故障防控

为减少闸门、机电设备故障，需尽量采用经验证成熟可靠的设备；加强重要设备制造驻厂监督，提高设备本质安全；加强设备安装精细化管控和运维精益化管理，提升设备运行可靠性。

五、结论

新形势下我国抽水蓄能电站工程建设面临复杂的形势和挑战，本文基于工程质量风险分析、工程实证和文献资料统计，首次系统提出我国抽水蓄能电站工程建设主要质量问题，分析了问题的表现形式、范围和严重性，提出了解决问题的系统性、针对性防控措施，建议从勘察设计、施工控制、质量管理、行业监管等方面进行综合治理，可以较好防范这些工程质量问题，助力我国抽水蓄能电站工程的安全建设和健康发展。

由于现有文献和工程资料收集的局限性，今后抽水蓄能电站工程建设质量问题研究方向建议从未来更长时间维度进行工程质量问题分析，提高问题的全面性和代表性，针对具体问题提出工程设计创新、施工创新、设备创新、管理创新的解决方法，提升工程质量的可靠性，尽最大努力降低工程主要质量问题发生概率，提升我国抽水蓄能电站工程高质量水平。