三峡右岸电站15号机组蜗壳采用直埋方案探讨（李丹 廖远志 张新宁 赵楠）

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1、三峡右岸电站15号机组蜗壳采用直埋方案探讨（李丹廖远志张新宁赵楠）　　摘要:三峡右岸电站厂房15号机组蜗壳直埋方案的研究，其分析方法是:根据该方案线弹性三维有限元计算结果，配置蜗壳外围混凝土结构所需的钢筋，根据此配筋示意图，进行蜗壳与外围钢筋混凝土结构联合受力的非线性三维有限元分析。其分析又分为静力分析与动力分析两种。研究结果表明，采用直埋方案蜗壳外围混凝土结构内水压力承载比高，配筋量大，对混凝土结构的长期安全运行仍有需深入研究的问题。 　　关键词:蜗壳;钢筋混凝土结构;直埋方案;三峡水电站 　　中图分类号:TK730.3+12文献标

2、识码:A 　　蜗壳在既不充水加压也不敷设软垫层的条件下直接埋入混凝土中而形成蜗壳外围混凝土结构的方法简称为直埋方案。目前世界上已建成的单机容量700MW左右的巨型水电站中，采用此种蜗壳埋入方式的工程仅前苏联的萨扬舒申斯克水电站。但萨扬舒申斯克水电站是在当时受一些客观条件的限制，而采用此方案的。采用直埋方案主要目的之一是用钢筋混凝土结构来替代金属蜗壳的高强钢板承受高内水压力的作用，因而可以减薄钢板厚度，缓解钢蜗壳的技术难度，取得以钢筋取代钢板的效益，混凝土中所埋入的金属蜗壳仅起防渗的作用。采用这个方案，钢筋混凝土结构的安全性自然就摆在非

3、常重要的位置上了，因为混凝土结构在内水压力及其他荷载组合作用下如果不能保证其安全，则以蜗壳外围混凝土结构为基础的700MW水轮发电机组的安全稳定运行就难以保证，以此为基础的厂房上部结构的安全也难以保证。 1三峡电站蜗壳埋入方式简述 　　与萨扬舒申斯克水电站不同，三峡水电站金属蜗壳是承受内水压力的主体结构，它是按明管设计的，即金属蜗壳按独立承受百分之百设计内水压力，选择高抗拉强度的厚钢板材料制作的。三峡左岸电站发电机组经过国际招标，由世界上水轮发电机组设计制造较先进的ALSTOM集团、VGS集团中标，负责设计制造金属蜗壳。为保证金属蜗壳

4、结构的安全，其承包商应根据机组招标合同文件及国际通用的安全标准提出一系列的设计制造、安装工艺、质量检测等要求。可以说三峡电站金属蜗壳的设计制造、材料选取、焊接安装、质量检测等各方面都必须能够满足独立承担百分之百设计内水压力的要求。金属蜗壳无需让外围混凝土结构分担内水压力来保证其强度安全。 　　在此前提条件下，应该让钢筋混凝土结构尽可能少的承担内水压力，其结构的安全性更容易实现，从而使700MW巨型水轮发电机组的安全稳定运行及厂房上部结构安全得到保证。在三峡工程中，蜗壳埋入方式采用充水保压浇筑混凝土方式和敷设软垫层浇筑蜗壳外围混凝土的方

5、式，均以减小混凝土结构承担内水压力，保证机组在任何运行工况下长期的安全稳定运行为主要设计目标。采用保压方案和垫层方案对按明管设计的金属蜗壳来说，由于在蜗壳与混凝土之间提供了蜗壳受内水压力作用后可产生不影响其安全的、预定的变形空间，因而使得金属蜗壳能够单独发挥其高抗拉强度和良好的抗疲劳性等性能。同时蜗壳外围混凝土结构所承担的内水压力大幅减小，使整体的蜗壳及其外围混凝土结构受力分配得当，建筑材料的使用上做到扬长避短、安全合理。 　　三峡电站厂房蜗壳外围及其外围混凝土结构设计中，根据结构承载HD值大、蜗壳直径大、单机容量大、装机台数多且布置

6、紧凑等特点，混凝土结构的尺寸不可能选得过大。无论采用垫层方案或保压方案都是根据其结构的特点进行了充分的论证和研究后，才付诸于工程实施。且研究和实践都表明三峡电站厂房蜗壳及其外围混凝土结构采用垫层方案或保压方案都合适。在三峡电站蜗壳埋入方式的选择上之所以没选择直埋方案，主要考虑到由于直埋方案蜗壳与混凝土之间几乎无间隙，蜗壳在内水压力作用下无单独发挥其承载能力的空间，只能起到将内水压力传递给外围混凝土结构的作用，无法发挥钢蜗壳自身的承载能力，若如此钢蜗壳仅能起到防渗作用，则不必要按明管设计。在保证外围混凝土结构安全的前提下，即使允许外围混

7、凝土结构产生一定的裂缝，但其提供给蜗壳产生变形的空间几乎是微乎其微，与此同时蜗壳外围混凝土结构则承担了绝大部分的内水压力荷载。三峡电站蜗壳外围混凝土结构厚度相对蜗壳大直径来说比较薄，混凝土材料本身的抗拉强度远远不及高强钢板，由内水压力作用在混凝土结构中产生的高拉应力，几乎全部由混凝土结构中所配置的钢筋来承担。然而在蜗壳外围混凝土结构中大量配置钢筋会造成机坑内管路埋设布置困难和混凝土施工困难，混凝土施工质量难以保证。为减少钢筋的根数和层数可参照萨扬舒申斯克水电站该部位的配筋方式，采用大直径的钢筋，但三峡电站在该部位与之不同的是在蜗壳外围

8、及机坑里衬外围混凝土中布置有许多大直径的管路，这些大直径管路与大直径钢筋相遇发生矛盾时，在钢筋构造上是难以避让的。因此在三峡电站厂房采用蜗壳直埋方案相对垫层方案或保压方案来说，对蜗壳外围混凝土结构设计增加了不少需要解决的