广州抽水蓄能电站二期工程高压隧洞的设计.pdfVIP

广州抽水蓄能电站二期工程高压隧洞的设计 梁成平 黄立才 卢兆康 (广东省水利电力勘测设计研究院) 【摘要】 本文主要介绍广州抽水蓄能电站二期工程高压隧洞的结构设计，以及透水衬砌原理在本 工程中的应用。 【关键词】 高压隧洞 结构设计透水衬砌隧洞 1 工程概况 水库，引水系统相距约150--200m，均采用一洞四机布置方式。 二期工程的高压隧洞为两级斜井布置，倾角50。，总长为1097．809m，包括上斜井、中平硐、下 斜井、下平硐。高压隧洞设计水头为610m，考虑水锤后，最大设计水头为725m，混凝土衬砌隧洞洞 径D8．O～8．5m，300号混凝土衬砌厚60cm(见图1)。 管 图1高压隧洞内水压力分布线 2二期高压隧洞的设计 2．1工程地质条件 ’ 二期工程高压隧洞深埋于80～550m燕山三期中粗粒黑云母花岗岩中。整个高压隧洞沿线山体地 形起伏变化不大，隧洞大部分覆盖厚度与对应内水压力之比为0．8,--,0．85，侧向围岩厚度远大于垂直 厚度。因此，具有足够的埋深条件，岩体重力能够承受全部内水压力，山体不会因隧洞内水压力作用 而上抬开裂，满足抗抬理论要求。整个高压隧洞I、Ⅱ类围岩占83．2％，Ⅲ、Ⅳ围岩占16．8％。两 条较大的断层F。。s、Fz在中平硐、下平硐通过。地下裂隙水丰富。 作者简介：粱成平(1951～)，女，高级工程师。主要从事水工建筑物结构设计。 ·167· 2．2一期工程高压隧洞设计简介 广蓄电站一期工程高压隧洞的结构设计，一开始是采用传统的结构力学法计算，计算结果是随着水 压力的加大，在满足限裂(o．2mm)的条件下，在Ⅳ类围岩中的衬砌配筋量非常大。当洞内水压力为 807cmz，无法在实际工程中实现。而采用平面有限元法进行结构设计，计算裂缝宽度为0．159～ 0．49mm，大部分超过限裂值0．2mm；尤其对有大断层通过的Ⅳ类围岩高压隧洞洞段，必须局部加大衬 砌厚度、设置双层钢筋方能满足限裂设计要求。为此，设计通过反复讨论，提出了以下设计原则。 (1)I、Ⅱ类围岩按结构力学法中的限裂计算进行设计，Ⅲ类围岩除少数洞段外，基本上是按结 构力学法进行设计。 (2)对Ⅳ类围岩，在有断层蚀变带通过的地段(图2、图3)，利用平面有限元法进行设计。对Ⅳ 类围岩的其他洞段，则利用平面有限元计算的成果，根据水压力的大小进行类比选用。 ”’ 图2Fz断层带隧洞1+617横剖面图 图3 F2断层带隧洞1+624横剖面图 对按平面有限元法计算其裂缝值超过0．2mm的洞段，尤其是上、下斜井均采用滑模施工，断层 蚀变带洞段采用加大混凝土衬砌厚度或配置双层钢筋，给滑模施工带来一定困难，也制约滑模的上升 速度。经多次听取专家咨询意见，参考国外的工程实例，考虑混凝土衬砌开裂后的透水性，内水压力 将由混凝土与通过固结灌浆后的围岩共同承担，根据混凝土开裂这一透水性原理，衬砌裂缝宽度不再 拘泥于0．2mm。断层蚀变带洞段由双层钢筋改为单层钢筋，并对钢筋间距和直径作了局部调整。 一期工程于1993年投入运行，经受了近13年运行及3次放空的检验，整个引水系统运行良好。 通过高压隧洞埋设的钢筋计实测得到的最大钢筋应力为52MPa，大部分小于40MPa，远小于按“水 工隧洞设计规范”计算的钢筋和混凝土应力，实践说明一期工程高压隧洞的结构设计按衬砌的透水性 考虑是合理的。 2．3二期工程高压隧洞设计 广蓄电站一期工程高压隧洞的设计考虑了衬砌的开裂透水性，但仅是一种尝试性质，二期工程高 压隧洞的设计是在一期工程的基础上进行的，根据其引水系统所在地形、地质条件以及引水系统平立 面布置、隧洞尺寸、运行条件等方面，与一期工程引水系统非常相近，某些洞段的地形、地质条件还 优于一期工程。分析了一期工程的设计、施工及实测资料后，借鉴一期工程的成功经验，对二期工程 高压隧洞的结构设计，采用透水衬砌隧洞的原理和方法进行了专题研究。 2．3．1 有限元法高压透水衬砌隧洞分析 所谓透水衬砌隧洞的前提是：混凝土衬体的渗流系数与围岩的渗流系数比较，前者大于后者、或 相当。