百色水利枢纽地下厂房设计优化

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1、百色水利枢纽地下厂房设计优化摘要：介绍招标设计阶段百色水电站设计优化情况，重点介绍地下GIS升压站选择、地下洞室布置、厂房防渗排水布置及洞室围岩稳定分析等方面的研究和优化情况，并对采用岩锚梁、取消伸缩节、应用钢纤维喷混凝土、雾化防护等问题进行探讨。关键词：百色水利枢纽水电站设计设计优化1设计优化概况百色水电站为地下式水电站，装机容量4×135MPa，方位角45°～72°，倾角-13°～0°，最小主应力量值2～3.5MPa，倾角较大，平均为63°，厂房区属于中等地应力区，且以水平构造应力场为主。两个阶段

2、的地应力测试成果的主要差别在于最大主应力方向不同，方位角也不同。根据地质构造形迹及应变计标定试验成果等综合分析判断，招标设计阶段地应力测试成果比初设成果合理，更具可信性。地下厂房洞室围岩无大的构造断裂，但裂隙较发育，除初设探明的四组主要节理裂隙外，进一步的地质工作表明，厂房洞室区域内尚存在S3、S4两条构造蚀变带和一条规模较大的节理J163，其中S3和J163从主厂房和主变洞之间通过。S3、S4构造蚀变带宽0.2~0.5m，组成物为构造蚀变辉绿岩，胶结好、强度高，但具有易风化和遇水易软化特点。J163

3、节理充填8~15cm厚的方解石、岩屑及泥岩，呈闭合~稍张状。构造蚀变带及节理的发育对洞室的围岩稳定存在不利的影响。鉴于地下洞室布置方案改变、地应力测试成果不同、地质条件的进一步探明，招标设计阶段，对地下厂房洞室围岩稳定重新进行了有限元分析计算研究。计算中，模拟了洞室围岩中的主要裂隙及其组合、渗流场作用、不同的开挖程序及支护措施，并采用实测地应力场进行计算，成果表明：主厂房、主变洞、尾水主洞的顶拱及主厂房上游边墙的塑性区均较小，只有2~4m；地下洞室的位移不大，均属于正常值范围；因主厂房与主变洞之间的岩

4、柱厚度较小且受S3和J163影响，局部部位塑性区、拉损区较大，需加强支护；在采用喷混凝土加系统锚杆、局部采用张拉锚杆或预应力锚索加固的支护措施以及推荐采用的地下洞室开挖支护程序的情况下，洞室围岩稳定是可以保证的，洞室布置是可行、合理的。3主要问题的探讨经过多方案的研究、多专题的论证和多方面专家的咨询，招标设计阶段百色水电站建筑物采用了上述优化后的设计方案，现提出对其中几个问题的看法，与同仁们探讨，期望能在工程实施阶段有关方面决策参考。3.1主厂房下游侧采用岩锚梁的可行性和必要性　　初设阶段，母线廊道底

5、高程与母线层平齐，母线廊道与尾水管间的最小岩柱厚度约8m。招标设计阶段，考虑到洞室围岩裂隙较发育，同时结合机电布置需要并方便交通和运行管理，将母线廊道底高程抬高至发电机层高程，以加大母线廊道与尾水管间的岩柱厚度，但母线廊道抬高后，母线廊道拱顶已接近于吊车梁底高程，因此，主厂房下游侧采用了普通的有柱吊车梁型式，柱底座落于水轮机层高程。采用普通有柱吊车梁，需等到厂房开挖完成后或柱基础有持力岩基后才能开始浇筑柱和吊车梁，而采用岩锚梁可在地下厂房开挖至中部时（高出发电机层高程约5m）即可开始进行岩锚梁锚杆及混

6、凝土施工，这样可提前安装吊车、提早投入使用，为洞室下部的开挖、机电安装及混凝土浇筑提供方便，加快施工进度，缩短施工工期（经分析并参照其它工程的经验，可缩短工期约3～4个月），降低工程造价。因此，研究主厂房下游侧采用岩锚梁方案是很有必要的。要采用岩锚梁，可考虑将母线廊道降低至母线层，保证廊道顶至岩锚梁底有足够厚度的岩体，廊道与尾水管之间的岩柱稳定通过选择合理的施工程序并加强支护措施予以保证。另外也可考虑在现方案情况下，在母线廊道洞口处设支承吊车梁的城门拱结构（洞口处机电布置需相应作调整），这样吊车梁可按

7、常规岩锚梁设计。值得注意的是，在本工程地下厂房围岩裂隙较发育的地质条件下，需深入研究围岩开挖变形对岩锚梁锚杆受力的影响，并采取相应措施保证围岩稳定及岩锚梁锚杆受力的可靠度，以保证岩锚梁的使用安全。3.2取消蜗壳钢管伸缩节的可行性从消除因温度荷载、温度变化或不均匀沉陷等原因可能引起钢管的附加应力的角度出发，招标文件中，厂房蜗壳压力钢管设置了伸缩节。设置伸缩节固然有其优点，但必然增加投资，增加制造、安装和维修的困难。本工程不是高地温地区，压力钢管又是深埋于辉绿岩体内的地下埋管，辉绿岩无断层通过，地下环境中

8、温度变幅也较小，钢管外包的混凝土是在围岩变形稳定或基本稳定后才进行浇筑，因此，温度荷载和温度变化引起的应力较小，地基产生不均匀沉陷的可能性很小，混凝土干缩或膨胀产生的应力可通过工程措施控制在较小的范围内。因此本工程取消伸缩节是可行的。国内近几年施工的地下厂房工程，大多也不设伸缩节，这也是可以借鉴的。3.3钢纤维喷混凝土技术的推广应用对于本工程是否应用钢纤维喷混凝土问题，各方面的观点不尽相同。笔者认为，钢纤维喷混凝土与一般喷混凝土相比，具有良好的韧性、延展