龍鵬偉 馬雙科 鄭亞娜

(1.西北電力設(shè)計(jì)院 陜西 西安 710075；2.西安公路研究院 陜西 西安 710054；3.西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司建筑設(shè)計(jì)部 陜西 西安 710021)

1 工程概況

三峽水利樞紐位于西陵峽中段的湖北省宜昌市境內(nèi)的三斗坪，其右岸地下廠房位于白巖尖山體中，置發(fā)電機(jī)于山體內(nèi)的隱蔽式電廠。三峽地下電站就是在三峽大壩右側(cè)的山體“白巖尖”內(nèi)，鑿出一個(gè)大洞作為地下廠房，再在廠房?jī)?nèi)安裝6臺(tái)70萬(wàn)kW裝機(jī)容量的機(jī)組發(fā)電。

三峽工程完工后，庫(kù)內(nèi)蓄水水位將升至175m；而到了每年5月至10月的汛期江水猛漲的時(shí)候，為了防洪安全，必須將蓄水高度降低到145m，這就要把30m高層的蓄水白白排放掉。為什么不能將棄水變廢為寶化作電能呢？地下電站的修建構(gòu)想便在專家們的腦海中跳了出來(lái)。2004年底，經(jīng)國(guó)務(wù)院三峽建委批準(zhǔn)，同意三峽地下電站土建工程開(kāi)工。2005年1月，三峽地下電站經(jīng)國(guó)務(wù)院相關(guān)部門批準(zhǔn)開(kāi)始施工；2012年9月工程將全部完工。

2 計(jì)算方案設(shè)計(jì)

根據(jù)三峽總公司提供的勘察設(shè)計(jì)文件，計(jì)算所用的坐標(biāo)系如下：x軸與機(jī)組中心線重合，從1號(hào)機(jī)組指向6號(hào)機(jī)組，[-247 573]；y軸與廠房軸線垂直，水平指向下游為正，[-300 400]；z軸與高程坐標(biāo)重合，[-250山頂]；坐標(biāo)原點(diǎn)位于廠房軸線與靠近1號(hào)機(jī)組的端墻的交點(diǎn)處，開(kāi)挖前后模型見(jiàn)圖1。

相對(duì)位移指的是測(cè)線上的測(cè)點(diǎn)相對(duì)于其固定點(diǎn)在其測(cè)線方向上的位移量。D2L3P2、D2L5P1、D2L6P2、D4L1P2、D4L6P1、D4L6P2、D5L3P2、D5L5P1、D5L5P2、D5L6P2及D6L3P2共11個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中D后的數(shù)字代表監(jiān)測(cè)斷面所在的機(jī)組號(hào)，L代表測(cè)線號(hào)，P代表測(cè)線上的測(cè)點(diǎn)號(hào)，如圖2所示。其中最后一列是點(diǎn)(x,y,z)相對(duì)于點(diǎn)(x0,y0,z0)在該測(cè)線上的位移。

根據(jù)所提供的剖面圖和坐標(biāo)系，建立了有限元模型，模型考慮了以下幾條重要的結(jié)構(gòu)面：F20、F32、F22 和 F84，共有節(jié) 點(diǎn) 數(shù)7033個(gè)，單元數(shù)19497個(gè)。材料模型均采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，材料參數(shù)見(jiàn)表1。

3 機(jī)窩隔墩計(jì)算結(jié)果分析

3.1 有無(wú)機(jī)窩隔墩的塑性區(qū)對(duì)比分析

機(jī)窩隔墩是指廠房下面各機(jī)組之間為減少擴(kuò)挖，增強(qiáng)整體性而預(yù)留的不開(kāi)挖部分。本章主要考慮有無(wú)機(jī)窩隔墩對(duì)廠房的影響和預(yù)留的機(jī)窩隔墩本身的情況。圖3機(jī)組縱向軸線平面塑性區(qū)圖。

有機(jī)窩隔墩的情況下，廠房底部的塑性區(qū)主要集中在機(jī)窩隔墩內(nèi)部，一般被斷層穿過(guò)處要比沒(méi)有斷層穿過(guò)的要大。而無(wú)機(jī)窩隔墩情況下，塑性區(qū)下移到廠房底部，一般深度在機(jī)窩隔墩高的1/3左右；1#機(jī)組端墻下部塑性區(qū)增大；對(duì)廠房拱頂和安裝場(chǎng)部位影響不大。

3.2 有無(wú)機(jī)窩隔墩位移分析

圖4是無(wú)機(jī)窩隔墩情況下各測(cè)點(diǎn)相對(duì)位移增量圖和相對(duì)位移總增圖。測(cè)點(diǎn)D4L6P1是位移較大的一個(gè)測(cè)點(diǎn)，圖5是該點(diǎn)在有無(wú)機(jī)窩隔墩情況下的相對(duì)位移和絕對(duì)位移隨開(kāi)挖步的比較圖。

從中可以看出：①無(wú)機(jī)窩隔墩的位移要大于有機(jī)窩隔墩情況下的位移；②在廠房完全開(kāi)挖完，有機(jī)窩隔墩的相對(duì)位移量為4.44mm，而無(wú)機(jī)窩隔墩的為4.67mm，大了約5%；③在廠房完全開(kāi)挖完，有機(jī)窩隔墩的絕對(duì)位移量為12.03mm，而無(wú)機(jī)窩隔墩的為15.17mm，大了約26%。因此，隔墩的存在有效減小了相對(duì)位移和累積位移量，其中無(wú)隔離墩開(kāi)挖應(yīng)注意第4～6開(kāi)挖步相對(duì)位移增加較快；有隔離墩在第2～3開(kāi)挖步位移增加較快，應(yīng)引起施工注意。

3 結(jié)論

預(yù)留機(jī)窩隔墩可以減少上下游邊墻的收斂變形，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性，但由于隔墩承受了較多的來(lái)自上下游邊墻的擠壓荷載，產(chǎn)生了較大的塑性區(qū)，因此，如預(yù)留隔墩則應(yīng)注意加強(qiáng)支護(hù)。陜西水利

[1]張小剛,唐田余.走進(jìn)三峽右岸地下謎宮——三峽工程地下電站解讀[J].中國(guó)三峽建設(shè),2005(5).

[2]長(zhǎng)江科學(xué)院,三峽工程地下廠房區(qū)域1995年地應(yīng)力測(cè)量研究報(bào)告[R].1996.

[3]劉志寶,寧海龍,張海濤.巖土工程中位移反分析方法及其進(jìn)展 [J].路基工程,2006(128)∶p4.

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