地下空間利用之地下水電站及地下廠房

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SpaceCapter

10UndergroundHydropowersandFactoriesLengBiao西南交通大學Southwest

JiaotongUniversityMain

Contents1234OverviewPlanningDesignConstruction1Overview（1）construction

overview1897年，瑞士建造了第一座地下水電站——Vernayaz水電站，局部地下，運行水頭500m，引用流量0.1~0.15m3/s1907年，德國建造了第二座地下水電站——Buchbergmuhle水電站，局部地下，兩級開發(fā)。第一級理論水頭72m，引用流量4m3/s，裝4臺橫軸法蘭西式機組，容量為2400kW。（1）construction

overview1907~1940，世界上29座地下水電站，總?cè)萘?00萬kW。1940~1956，運行97座，裝機容量1000萬kW。從地域分布上來看，其首先是在歐洲各國得到快速發(fā)展，如意大利、瑞士、瑞典、法國和挪威等，而在第二次世界大戰(zhàn)后，在美洲、非洲、亞洲以及大洋洲等國家也得到了迅猛的發(fā)展。（1）construction

overview從1957年開始，由于新的掘進技術(shù)和機械科學的迅速發(fā)展，加拿大、澳大利亞和巴西等很多國家都在短期內(nèi)修建了特大容量和規(guī)模的地下水電站。大斷面的地下廠房大多采用預應力錨索與噴混凝土聯(lián)合支護，作為永久支護結(jié)構(gòu)。（1）construction

overview地下水電站的特點：絕大部分的建筑物設(shè)于地下山體，但有時將主變壓器室和開關(guān)安放在地面。地下廠房的優(yōu)點：1）布置靈活。2）引水隧洞盡可能成直線。3）引水隧洞內(nèi)水壓力可傳給圍巖承擔，可節(jié)省鋼材。（1）construction

overview4）運行安全，人防條件好，較易解決樞紐布置困難問題，還可避免山崩落石等事故，保存自然條件和保護風景。5）可全年施工，不受氣候影響，縮短工期。6）運行和檢修費用省。7）容易處理洪水期水位問題。8）施工與主壩不干擾，增加工作面，在高山峽谷地區(qū)特別方便。（1）construction

overview主要缺點：1）由于安裝水輪發(fā)電機組和附屬設(shè)備而需要開挖地下洞室，需要增設(shè)交通洞、通風洞、出線洞和閥室等，均將增加廠房的建筑費用。2）由于地下廠房的通風防潮而需設(shè)置通風設(shè)施和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，還有照明設(shè)備等，也將增加建設(shè)和運行費用。3）由于變壓器和高壓開關(guān)設(shè)備設(shè)置在地下，防水和排水設(shè)施多，均將增加建設(shè)和運行費用。4）地下工程的地勘試驗工作要求精度高，因而工作深度大，工作量也增大。地下工程施工也較復雜。5）如果對采暖、通風、防潮、照明、防噪聲等問題處理不當，則地下廠房內(nèi)的運行條件較地面為差，工作人員的工作效率將會受到影響，而且還可能引起某些職業(yè)病。（2）current

situation

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outlook(建設(shè)現(xiàn)狀和前景)我國最早水電站：龍溪河上的上硐水電站，1950年開工，1954年建成投產(chǎn)，裝機2臺，其中1臺為0.3萬kW，1臺是0.75萬kW，總裝機容量為1.05萬kW。20世紀50年代，建成4座，總裝機容量為13.2kW。20世紀60年代~70年代，建成21座，總裝機容量為316.97萬kW。在后續(xù)的，如隔河巖水電站、錦屏一級、二級水電站、大崗山水電站、雙河口水電站等。（2）current

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outlook就建設(shè)地下水電站的條件來說，我國地域廣闊，建設(shè)地下水電站條件甚好，如：西北地區(qū)的黃河干流上游的劉家水電站和李家峽水電站等；東北地區(qū)的白山水電站和鏡泊湖水電站等；華東地區(qū)的古田溪一級水電站等；華南地區(qū)的流溪河水電站、長湖水電站、南水水電站、廣州抽水蓄能電站等；（2）current

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outlook華北地區(qū)，十三陵水庫抽水蓄能地下水電站；尤其是西南云、貴、川地區(qū)，地域廣闊，河流眾多，多發(fā)于高原區(qū)，流經(jīng)深山峽谷，河流落差大，徑流豐沛，水力資源十分豐富，擁有全國十大水電基地中的五個，水能理論蘊藏量約2.7億kW，占全國的40%，可能開發(fā)的水力資約為1.9億kW，為全國的5％；其中四川為最多，水能資源占全國的24.8%，約1/4。（2）current

situation

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outlook幾個特大的地下水電站：雅礱江上的錦屏一級水電站（總裝機容量為300萬kW，壩高為300m，地下廠房尺寸長×寬×高為128m×23m×46.5m）；錦屏二級水電站（總裝機容量為300萬kW，地下廠房尺寸長×寬×高為2—l28m×23m×46.5m）；金沙江上的白鶴灘水電站（總裝機容量為913萬kW，壩高265m，地下廠房尺寸長×寬×高為310m×35m×76m）；（2）current

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outlook溪落渡水電站（總裝機容量為1056萬kW，壩高275m，地下廠房尺寸長×寬×高為304m×35m×76m），紅水河的龍灘水電站（總裝機容量為540萬kW。西藏的雅魯藏布江上墨托水電站，裝機容量為4380萬kW，最大水頭為2421m，引用流量為2280m3/s，保證儲量為2200萬kW，壩高為l80～200m，設(shè)3條壓力引水隧洞，每條長約為33900m，直徑13m。（2）current

situation

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outlook西南地區(qū)建設(shè)地下水電站逐步修建以后，不僅可以為國家建設(shè)提供大量的電能，而且可以逐步實現(xiàn)西電東送的宿愿。我國地下水電站建設(shè)與世界各國相比，起步較晚，通過30多年來的工程實踐，在巖體力學試驗和測試、地質(zhì)力學模型試驗、偏光彈性試驗、彈塑性理論的應用、廠房圍巖穩(wěn)定的分析研究、有限單元法的分析計算及電子計算機的應用、利用錨噴支護和大型施工機械的采用以及改善施工組織管理等方面，均積累了一定的經(jīng)驗。（3）constitution水電站：將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施組成：一般由擋水、泄水建筑物形成的水庫和水電站引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、機電設(shè)備等組成。作用過程：將水庫的高水位水經(jīng)引水系統(tǒng)流入廠房推動水輪發(fā)電機組發(fā)出電能，再經(jīng)升壓變壓器、開關(guān)站和輸電線路輸入電網(wǎng)。地下發(fā)電廠通常可分為地面式廠房、地下式廠房和壩內(nèi)式廠房三大類。（3）constitution1）壩后式廠房將電站廠房布置在攔河壩后面，在地表面修建房屋形態(tài)的建筑物以安裝水輪發(fā)電機組。壩后式布置比較緊湊集中，通過壩身引水，引水道很短，通常廠房縱軸線與大壩軸線平面平行。（3）constitution萬家寨水利樞紐，位于黃河北干流托克托至龍口峽谷河段（3）constitution烏江渡水電站（3）constitution2）壩內(nèi)式廠房廠房位于壩體空腔內(nèi)。通設(shè)于下游部位。采取這種結(jié)構(gòu)的水電站，其引水道也相應安置在壩體內(nèi)。由于是空腹結(jié)構(gòu)，施工干擾大，且施工導流困難。多用于50—60年代規(guī)模不大的水電站，近20多年來已經(jīng)不再采用。（3）constitution2）壩內(nèi)式廠房壩內(nèi)式廠房（3）constitution3）地下式廠房廠房與引水道均布置于地下，不影響地表。對于地處高山峻嶺中的中、高水頭的高拱壩、高土石壩水電樞紐，由于地質(zhì)地貌限制，出于安全考慮，其水輪發(fā)電機組及控制設(shè)備均安裝于地下洞室內(nèi)。地下式引水發(fā)電系統(tǒng)為隱蔽工程，施工不受外界氣候影響，與大壩施工互不干擾，為保障能源設(shè)施的安全性，已得到越來越廣泛的應用。（3）constitution3）地下式廠房地下廠房示意圖（3）constitution（3）constitution（3）constitution大多數(shù)大型及特大型水電站均采用地下布置方式。這種方式還具有受氣候、塌方、山體滑坡、雪崩影響小的優(yōu)點。成本高于建造空間房屋上百倍，遠高于壩內(nèi)式和壩后式水電站，但出于環(huán)保、少占用地表面積和安全性考慮，國家鼓勵采用地下發(fā)電設(shè)計方式。（3）constitution地下水電站無論采用何種開發(fā)方式，水工建筑物的大壩、引水管道、發(fā)電工程這“三大體”缺一不可。大壩的作用：主要是升高上游水位，集中水頭用以發(fā)電并形成水庫以調(diào)節(jié)徑流；引水管道的作用：將水從上游水庫引入發(fā)電工程，經(jīng)過水輪機用以發(fā)電后再引入下游河道；發(fā)電工程：用于安裝布置水輪發(fā)電機等設(shè)備，是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換（水能→機械能→電能）的場所。（3）constitution我國地下水電站按埋藏深度分為兩類：(1)即深埋于山體內(nèi)的完全地下式，通過交通洞進入主廠房，如漁子溪一級水電站，交通洞長370m；(2)局部挖出的窯洞式?；蚺c壩后廠房相連通，如劉家峽水電站?；蚺c岸邊交通線相連接，如龔嘴水電站。劉家峽水電站（3）constitution就地下廠房在引水線路上的位置不同可分為三類：即首部式開發(fā)、中部式開發(fā)和尾部式開發(fā)。在我國，多數(shù)為首部式和尾部式。首部式開發(fā)如龔嘴水電站和長湖水電站以及二灘水電站等；尾部式開挖如漁子溪一、二級水電站和映秀灣水電站等；此外，還有地下廠房加壩后廠房同時并存的電站樞紐，如龔嘴水電站和劉家峽水電站等。2Planning（1）Overview地下水電站廠區(qū)樞紐規(guī)劃，需要考慮壓力輸水管道、主副廠房、主變壓器室、開關(guān)站、球閥室、尾水調(diào)壓井及其他附屬洞室等的整體布置，以及工程區(qū)域水文地質(zhì)和工程地質(zhì)的勘察工作。勘察內(nèi)容主要包括：（1）Overview（1）地形地貌條件和物理地質(zhì)現(xiàn)象。（2）巖性，有害氣體或放射性元素的賦存情況。（3）巖層產(chǎn)狀，主要斷層、破碎帶和節(jié)理裂隙密集帶的位置、產(chǎn)狀、規(guī)模、性狀及其組合關(guān)系。（4）地下水，水位、水壓、水溫和水化學成分，特別要查明涌水量豐富的含水層、匯水構(gòu)造、強透水帶以及與地表溪溝連通的斷層、破碎帶、節(jié)理裂隙密集帶和喀斯特通道，預測掘進時突然涌水的可能性，估算最大涌水量。（1）Overview（5）可溶巖區(qū)發(fā)育情況，查明洞室地段喀斯特的發(fā)育規(guī)律，主要洞穴的發(fā)育層位、規(guī)模、充填情況和富水性。（6）圍巖工程地質(zhì)分類。（7）確定各類巖體的物理力學性質(zhì)參數(shù)，評價洞室圍巖和進出口邊坡的穩(wěn)定性，提出處理建議。（8）大跨度地下洞室尚應查明主要軟弱結(jié)構(gòu)面的分布和組合情況，并結(jié)合巖體應力評價洞頂、邊墻和洞室交叉段巖體的穩(wěn)定性，提出處理建議。（1）Overview（9）查明壓力管道地段上覆巖體厚度和巖體應力狀態(tài)；高水頭壓力管道地段尚應調(diào)查上覆山體的穩(wěn)定性，巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和高壓滲透特性。（10）查明深埋洞室?guī)r體應力情況。（11）調(diào)查深埋洞室的地溫情況。其中：大跨度地下洞室指跨度大于20m的地下洞室；高水頭壓力管道指水頭大于300m的地下壓力管道；深埋洞室指埋藏深度大于300m的地下洞室。（2）Site

Selection(廠址選擇)在河流或河段綜合利用開發(fā)規(guī)劃中，根據(jù)河流的水量、河道的縱坡、河道中可資利用的落差、沿河的地形、地質(zhì)條件，包括巖性、建筑材料、河床覆蓋層和地震基本烈度、沿河交通情況、施工條件等，擬定不同的梯級組合方案，包括引水式和堤壩式，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟比較研究，選出最優(yōu)的梯級組合方案。（2）Site

Selection梯級組合方案（2）Site

Selection(廠址選擇)梯級組合方案吉林省撫松縣境內(nèi)小山水電站（2）Site

Selection(廠址選擇)梯級組合方案吉林省撫松縣境內(nèi)雙溝水電站（2）Site

Selection(廠址選擇)梯級組合方案吉林省撫松縣境內(nèi)廠龍水電站（3）Development

Approach(開發(fā)方式)開發(fā)方式：在河流或河段綜合利用開發(fā)規(guī)劃中，在確定的最優(yōu)梯級、組合方案的基礎(chǔ)上，對于一個引水式開發(fā)的梯級地下水電站，究竟是采取何種開發(fā)方式——首部式、中部式還是尾部式，必須在初步設(shè)計階段中做出充分的論證和選擇。（3）DevelopmentApproach地下廠房的開發(fā)方式有三種類型：（1）首部式：廠房位置接近電站大壩的取水口，具有較短的壓力引水井道和廠尾水隧洞的特征，也稱瑞典式布置。在尾水隧洞入口處常設(shè)有尾水調(diào)壓井。（3）DevelopmentApproach（2）中部式：地下廠房的經(jīng)濟位置受到特殊地形條件的限制，設(shè)于引水隧洞的中部，廠房上游的引水隧洞和下游的尾水隧洞的長度大致相等。（3）DevelopmentApproach（3）尾部式：地下廠房常位于引水隧洞的末尾，尾水隧洞一般比較短。（4）Selection

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axis(廠房位置及縱軸線的選擇)1.

廠房位置選定地下廠房位置的選擇，通常是根據(jù)電站的開發(fā)方式和工程總體布置的要求，以及地形地質(zhì)條件，結(jié)合高壓管道及其他附屬洞室的布置需要、機電運行的要求以及施工條件等統(tǒng)籌規(guī)劃，擬定幾個廠房位置及布置方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較，然后加以選定，并開展進一步的地質(zhì)勘探和試驗研究工作。（4）Selection

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axis1.

廠房位置選定廠房位置的選擇，應切實注意以下幾點：1）廠房應位于堅硬完整的巖體中，應盡量避開斷層破碎帶和不利于穩(wěn)定的裂隙帶。2）廠房頂拱應有一定的巖層覆蓋厚度，其大小以能形成自承拱為限。3）在深切河谷中，應注意避開卸荷帶，廠房圍巖應具有較好的力學性能，據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，抗壓強度應大于20MPa，彈模應大于3000MPa。（4）Selection

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axis1.

廠房位置選定廠房的位置按其在水平方向的埋置深度可分為：深埋的完全地下式、淺埋的半地下式和窯洞式。一般在地質(zhì)條件許可的情況下，應盡量采用后面的兩種布置形式，附屬洞室比較短，施工和管理運行都比較方便，可以避免深埋高地應力情況，以及對洞室圍巖穩(wěn)定性不利的弊病。（4）Selection

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廠房位置選定漁子溪一級水電站廠區(qū)地質(zhì)平面示意圖（4）Selection

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廠房位置選定漁子溪二級水電站廠區(qū)勘探屏東位置示意圖（4）Selection

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axis2.縱軸線位置選定一般地講，廠房縱軸線方向的選擇，主要取決于地質(zhì)條件。因此，對廠區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造，諸如斷層、節(jié)理裂隙、軟弱結(jié)構(gòu)面及其組合情況、地應力的大小和方向、巖石的物理力學性質(zhì)以及地下水的狀況等，均應有較充分的了解，以使廠房盡可能地設(shè)置在堅硬完整、干燥和比較穩(wěn)定的巖體內(nèi)。（4）Selection

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axis2.縱軸線位置選定在地應力較高的地區(qū)，縱軸線應盡可能取平行于最大主應力的方向，或呈小角度相交，避免圍巖失穩(wěn)。在地應力較低的地區(qū)，圍巖穩(wěn)定主要受巖體結(jié)構(gòu)特征（軟弱結(jié)構(gòu)面及其組合）的控制，縱軸線應與主要地質(zhì)構(gòu)造線的方向有較大的交角，并與地形等高線近于垂直相交。（4）Selection

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axis2.縱軸線位置選定在地質(zhì)條件相對較好的地下廠房，其縱軸線方向的選擇，除考慮工程布置的合理性外，應結(jié)合水道系統(tǒng)和輔助洞室的布置，盡可能避開不利的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，使縱軸線與主要的一組裂隙、層面或斷層相垂直、或有較大的夾角（最好等于或大于60～70），并使其與其他節(jié)理裂隙也有一定的交角。這樣，對地下廠房的圍巖穩(wěn)定和安全快速施工均有利。（4）Selection

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axis2.縱軸線位置選定宜采取垂直于主要構(gòu)造線（包括主要斷層和軟弱帶等）的走向，或與其成較大交角。這樣做可以使斷層破碎帶或軟弱帶穿過廠房的量減到最小，僅在橫斷面方向出現(xiàn)，影響范圍最小，主構(gòu)造應力將沿廠房的縱剖面方向作用，應力傳遞途徑長，應力分布比較均勻，避免了廠房具有較大臨空面的縱向頂拱和上下游邊墻直接承受徑向應力的作用，有利于廠房圍巖穩(wěn)定和支護。3Design（1）Overview地下水電站的設(shè)計主要包括：廠區(qū)設(shè)置、地下廠房輪廓尺寸與體積形狀設(shè)計、地下廠房圍巖穩(wěn)定與支護型式、錨噴支護型式、地下廠房與附屬洞室襯砌計算、地下廠房的排水與防潮、通風與采暖以及噪聲控制和尾水隧洞的相關(guān)設(shè)計等多個部分。（2）Depth

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design(埋深與洞口設(shè)計)1.

廠房埋置深度在廠區(qū)樞紐布置時，在地形地質(zhì)條件方面應特別注意保持地下廠房頂部圍巖有足夠的厚度。頂部覆蓋厚度太小不利。我國經(jīng)驗，廠房頂部有不小于2～3倍廠房開挖寬度覆蓋厚度（或1～2倍廠房開挖寬度弱風化以下巖石厚度）較為適宜。地下廠房亦不宜埋藏過深，否則，運行不便，不經(jīng)濟。易產(chǎn)生巖爆。（2）Depth

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design2.洞口選擇洞口對施工和運行關(guān)系重大，應當審慎選擇。一般應注意地表地形地質(zhì)，山坡陡峻、地形完整、基巖裸露、巖體完整堅硬，位置高于歷史最高洪水位、盡量避開不良的物理地質(zhì)現(xiàn)象和沖溝溝口以及滿足防護的要求等。（2）Depth

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design2.洞口選擇具體內(nèi)容敘述如下：1）應盡量避開不良地質(zhì)地段。2）應選擇巖石出露新鮮完整且有足夠厚度的陡坡地段。3）巖層產(chǎn)狀對洞口穩(wěn)定性影響較大，反傾向的巖層對洞口穩(wěn)定有利；順傾向的巖石洞口，若傾角為20～70，則易沿層面滑動，應盡量縮小切挖范圍。4）洞口不宜設(shè)在排水困難的低洼地段。5）洞口應有開闊的場地，以便排除石砟，就近鋪填公路，布設(shè)風、水、電及混凝土和砂石系統(tǒng)。6）從地形上看，山谷里比山谷口部為好，山體肥大比瘦小為好。（3）the

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section(大型洞室斷面的體型設(shè)計)在廠房位置選定后，可根據(jù)廠區(qū)布置和地質(zhì)條件進行廠房體形設(shè)計。在設(shè)計時著重研究廠房橫斷面的形狀。1.方圓形斷面體型（拱頂直墻斷面）方圓形斷面體型用于堅硬完整的巖層。優(yōu)點：機組和水管系統(tǒng)布置方便，施工容易；缺點：兩端大拱座，應力集中，而且難于控制規(guī)格的拱座

，這時就需要用混凝土修補成人工拱座。當然，如果有條件采用噴錨措施支護，即可免去開挖大拱座帶來的缺陷。（3）the

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section2.高拱形體型半圓形拱頂，與直墻相接，適用于錨噴支護，避免了大拱座應力集中，施工速度快，減少了廠房開挖寬度，節(jié)省了大量的地下開挖量。3.拱頂斜邊墻體型拱頂斜邊墻體型根據(jù)廠房上部、中部、下部的布置，區(qū)別對待，采用拱頂斜邊墻或臺階式邊墻，使廠房寬度從頂部至下部逐漸變窄。這種體型不僅大大減少了地下工程開挖量，而且改變了邊墻的應力狀態(tài)，拉應力的量值比直墻的情況要小得多。（3）the

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section4.馬蹄形和卵形體型曲線形。對圍巖應力分布較均勻，適用于較軟弱的巖石條件和水平地應力較高的情況，但開挖施工較困難。（4）Underground

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layout

(地下樞紐的布置)廠區(qū)樞紐建筑物布置的基本原則：(1)確定廠房的位置和廠房進出口交通洞的位置；(2)廠區(qū)各地下建筑物應避開大的地質(zhì)構(gòu)造帶。在選擇各地下建筑物的軸線時，應注意洞室與地質(zhì)構(gòu)造帶的交叉要少。進水和出水線路應平順通暢，線路要短。（4）Underground

hub

layout在進行廠區(qū)樞紐建筑物布置以前，(1)應具備必要的水能、地形和地質(zhì)資料；(2)確定主、副廠房，主變開關(guān)站和尾水系統(tǒng)等的輪廓尺寸，其深度視設(shè)計階段而定。附屬洞室應力求做到“一洞多用”

。例如，通常將交通運輸洞兼作進風洞用，出線洞兼作排風洞用。此外，也有交通洞和出線洞合用一洞的，即利用頂拱部分出線，下部做交通運輸用，中間用混凝土板隔開。（5）rock-anchoredand

rock-bench

crane

beamdesign(巖錨式和巖臺式吊車梁的設(shè)計)我國地下水電站建設(shè)中普遍地采用了錨噴支護技術(shù)，注意發(fā)揮圍巖的承載能力。地下廠房的吊車支撐結(jié)構(gòu)亦由常規(guī)的梁柱結(jié)構(gòu)發(fā)展成多種結(jié)構(gòu)形式，如巖錨式吊車梁，巖臺式吊車梁。（5）rock-anchored

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beamdesign1.

巖錨式吊車梁是將混凝土或鋼筋混凝土吊車梁，用錨桿錨固在廠房兩側(cè)邊墻上，或者說，按設(shè)計的混凝土吊車梁處的墻面，可以開挖成垂直的，也可以開挖成斜坡面的。吊車的負荷通過吊車梁傳給邊墻巖體，其優(yōu)點是：經(jīng)濟，結(jié)構(gòu)簡單，沒有吊車柱。（5）rock-anchored

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beamdesign2.巖臺式吊車梁將鋼筋混凝土吊車梁架設(shè)在由邊墻預留的巖臺上，吊車梁可用錨桿錨固于邊墻，也可考慮不用錨桿連接。吊車的負荷通過吊車梁和基礎(chǔ)傳給邊墻巖體。一般巖臺吊車梁的跨度為5m。4Construction（1）Overview施工程序，對地質(zhì)條件較好的多采用先拱后墻的順序，分五個階段開挖，即先開挖頂拱，襯砌頂拱和上部開挖以及中、下部分的開挖，如果邊墻上有洞室穿插，則采用先洞后墻的順序；在地質(zhì)條件較差時，則采用先墻后拱的施工順序，即先用側(cè)壁導洞的方式，自下而上的開挖邊墻，邊挖邊襯至拱座后，開挖頂拱并進行襯砌；最后，開挖廠房中部巖體，可按上、中、下三部分分臺階間隔分段開挖。（1）Overview總的來說，為保證圍巖穩(wěn)定和施工安全，基本指導思想是化整為零、化大高度為小高度、化大跨度為小跨度，邊挖邊襯并輔以錨支、在交叉洞口處套拱鎖口。（2）NATM

(新奧法)新奧法是新奧地利隧道施工方法（New

AustrianTunneling

Method，簡寫為NATM）的簡稱。它是奧地利拉布西維茲（L.V.Rabcewicz）教授等在長期從事隧道施工實踐中，從巖石力學的觀點出發(fā)而提出的一種合理的施工方法；是采用錨噴技術(shù)、施工量測等一起與巖石力學理論構(gòu)成的一個整體而形成的一種新的工程施工方法。（2）NATM新奧法是應用巖體力學原理，以維護和利用圍巖的自穩(wěn)能力為基點，將錨桿和噴射混凝土集合在一起作為主要支護手段，及時進行支護，以便控制圍巖的變形與松弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，形成了以錨桿、噴射混凝土和隧道圍巖三位一體的承載結(jié)構(gòu)，共同支撐山體壓力。通過對圍巖與支護的現(xiàn)場量測，及時反饋圍巖-支護復合體的力學動態(tài)及其變化狀況，為二次支護提供合理的架設(shè)時機；通過監(jiān)控量測及時反饋的信息來指導隧道和地下工程的設(shè)計與施工。（3）bolting

and

shotcreting

(錨噴支護)錨噴支護：錨噴支護是噴射混凝土支護與錨桿支護的簡稱。正在演變?yōu)榻窈蟮闹饕l(fā)展方向。錨噴支護首先沖破了將洞室圍巖巖體視為荷載的傳統(tǒng)觀念，轉(zhuǎn)變?yōu)槌浞掷脟鷰r巖體固有的承載能力，并與錨桿、鋼絲網(wǎng)和噴混凝土層相結(jié)合，取代了傳統(tǒng)的混凝土襯砌，成為地下水電站圍巖的永久支護。（4）Surrounding

rock

stability

(圍巖穩(wěn)定性)應力重分布：洞室開挖前，巖體在初始應力作用下處于平衡狀態(tài)。開挖形成洞室后，破壞了這種平衡狀態(tài)，洞室周邊各點的應力發(fā)生了變化，由原來的三向應力狀態(tài)轉(zhuǎn)變成二向應力狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為應力重分布。（4）Surrounding

rock

stability應力重分布只限于洞室周圍的一部分區(qū)域內(nèi)，遠離洞室周邊的巖體的應力仍為初始應力，我們把洞室周邊發(fā)生應力重分布的這一部分巖體稱為圍巖，而把重分布后的巖體應力狀態(tài)稱為圍巖的二次應力狀態(tài)（對軟弱破碎巖體情況則另當別論）。（4）Surrounding

rock

stability如果巖體的初始應力狀態(tài)處于彈性狀態(tài)，則圍巖的二次應力狀態(tài)可能出現(xiàn)兩種情況：一種情況是圍巖的二次應力狀態(tài)繼續(xù)保持彈性狀態(tài)，彈性理論的基本定律仍然適用。這時，除出現(xiàn)局部巖塊松動外，圍巖基本上是穩(wěn)定的；另一種情況是圍巖的二次應力狀態(tài)出現(xiàn)超過巖體的屈服極限，圍巖出現(xiàn)二次塑性狀態(tài)。塑性流動的出現(xiàn)是與巖體的破壞現(xiàn)象密切聯(lián)系的，因為，過大的變形將導致巖體的破壞，出現(xiàn)這種情況時，必須進行支護。（4）Surrounding

rock

stability地應力：由此可見，地應力（初始應力）場強度的大小，是影響洞室圍巖穩(wěn)定性的重要因素，尤其是當工程地質(zhì)條件比較差、洞室群規(guī)模比較大和地應力場強度比較高時，影響更為突出，必須認真進行理論計算和審慎處置，以策安全。（4）Surrounding

rock

stability在工程上常引用穩(wěn)定系數(shù)K來表示圍巖的穩(wěn)定程度，它是抗阻力與破壞力的比值。當K=1時，巖體的穩(wěn)定處于臨界狀態(tài)；當K>l時，巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)，反之，巖體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。（5）Project

examples1.

魯布革水電站工程概況大小洞室相互連通，立體交錯，形成一套完整的水電站地下廠房樞紐的洞室群。廠房洞室總長達2500m，開挖量240000m3，尚不包括廠區(qū)高壓管道和尾水洞的施工支洞。廠房工程從1983—1984年開始準備，主要修進廠公路，后期做了廠房運輸洞和主變運輸洞的試驗性研究；1985年正式進入廠房施工。所有洞室均采用鉆爆法開挖，錨噴為永久性支護。（5）Project

examples1.

魯布革水電站工程概況魯布革水電站地下廠房示意圖（5）Project

examples2.

廠區(qū)工程施工特點1）廠區(qū)樞紐工程布置集中，大小洞室共42個，總長3.12km，形成一個上下重疊縱橫交錯的洞室群，且各洞室形狀及大小各異。2）交叉洞室多。與主副廠房交叉的洞共有17個。這對高大洞室邊墻及岔口處巖體穩(wěn)定無疑是一個嚴峻的考驗，要求有可靠的施工方法及適時有效的支護措施及手段。與主變開關(guān)室交叉的洞共有8個；與尾水閘門室交叉的洞室有6個。（5）Project

examples2.

廠區(qū)工程施工特點3）洞室尺寸大、邊墻高、洞室之間距離近。如：主廠房集水井部位邊墻高度為43.3m，而主廠房與主變室距離是39.25m，這塊巖體又被較大斷面的母線平洞及豎井所消弱