中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江杭州 310000

摘要：廠房區(qū)排水量的能力，很大程度上決定了其工程特性，尤其是巖溶區(qū)的發(fā)育特征，其是評(píng)價(jià)庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)條件的一項(xiàng)重要指標(biāo)，同時(shí)定量化分析也是難題之一。根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用的需要，采用多工況組合計(jì)算方法，研究了廠房區(qū)滲流場(chǎng)的特性，并計(jì)算了了其排水量。由計(jì)算結(jié)果可知，帷幕對(duì)排水量的影響較大，排水廊道對(duì)排水量也起到較大的影響，巖體的各向異性特點(diǎn)對(duì)地下廠房處排水廊道和地下廠房排水量的影響非常顯著，陡傾角裂隙使得地下廠房底板高程處地下水的涌量大增，符合一般工程規(guī)律，分析結(jié)果證明該計(jì)算方法適應(yīng)性強(qiáng)、精度高、應(yīng)用方便、實(shí)用性好。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)；抽水蓄能電站；廠房；排水量；數(shù)值模擬

1 工程概況

某抽水蓄能電站位于江蘇省境內(nèi)，裝機(jī)容量1350MW。電站樞紐由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房等建筑物組成。上水庫(kù)面板堆石壩最大壩高183.5m，總庫(kù)容1703萬(wàn)m3；下水庫(kù)面板堆石壩最大壩高33.4m，總庫(kù)容1676萬(wàn)m3。地下廠房出露的地層巖性：寒武系觀音臺(tái)群下段含泥質(zhì)白云巖；炮臺(tái)山組的泥質(zhì)白云巖、碎屑白云巖；幕府山組的含磷灰質(zhì)白云巖；震旦系燈影組的細(xì)晶白云巖，侵入有并有閃長(zhǎng)玢巖巖脈，斷層發(fā)育。巖石均為微風(fēng)化～新鮮，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體以較完整～完整為主，圍巖分類以Ⅲ類為主，局部為Ⅳ類。

2 模型建立及工況組合

2.1 水文地質(zhì)參數(shù)確定

關(guān)于巖體滲透系數(shù)張量的確定方法，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者做了大量工作，歸納起來(lái)可分為四種：裂隙樣本法、抽水試驗(yàn)法、壓水試驗(yàn)法和數(shù)值反演法[1-2]。

四類方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適合于不同的水文地質(zhì)條件和實(shí)際工程情況。本文為了達(dá)到較高的計(jì)算精度，采用壓水試驗(yàn)來(lái)確定相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)。根據(jù)壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征和巖體的風(fēng)化特點(diǎn)，將計(jì)算區(qū)域內(nèi)的巖體在垂直方向上分為三個(gè)區(qū)，自上而下為全強(qiáng)風(fēng)化帶巖體、弱風(fēng)化帶巖體和微新風(fēng)化帶巖體。（1）全強(qiáng)風(fēng)化帶巖體的平均呂容值為38.2Lu，折算成滲透系數(shù)為0.42m/d；（2）弱風(fēng)化帶巖體的平均呂容值為4.5Lu，折算成滲透系數(shù)為0.048m/d；（3）微新風(fēng)化帶巖體的呂容值取1.0Lu，折算成滲透系數(shù)為0.011m/d。在地下廠房處設(shè)置帷幕。由于研究區(qū)北西向裂隙較北東向裂隙發(fā)育，所以計(jì)算時(shí)把各向同性的滲透系數(shù)換算成北西向巖體的滲透系數(shù)為北東向巖體滲透系數(shù)的2倍，其總的大小不變。

2.2 計(jì)算區(qū)域的選取及模型建立

計(jì)算區(qū)域主要是地下廠房區(qū)域，其范圍如圖1所示。

圖1 計(jì)算區(qū)域示意圖

在選取計(jì)算區(qū)域時(shí)，以地下廠房區(qū)為主，同時(shí)考慮地形、地質(zhì)條件和有利于邊界條件的確定。正北方向?yàn)閤軸；正西方向?yàn)閥軸；垂直向上為z軸。上、下庫(kù)盆處作為第一類邊界，上庫(kù)盆處的北部及東部以分水嶺為邊界，作為第二類邊界，地下廠房四周壁作為溢出面處理。其余邊界均為零流量邊界處理。計(jì)算時(shí)，地下廠房處若有帷幕，帷幕的厚度取5m，帷幕的滲透系數(shù)取10-5cm/s。計(jì)算區(qū)域共剖分了20096個(gè)節(jié)點(diǎn)，18750個(gè)單元。

2.3 工況組合方案

結(jié)合影響地下廠房排水量的主要因素：地下廠房外圍有無(wú)帷幕，有無(wú)排水，天然條件和蓄水工況等共計(jì)算了7種方案。

方案1：上水庫(kù)未蓄水；無(wú)帷幕、無(wú)排水；巖體的滲透性為各向異性，北西向巖體的滲透系數(shù)為北東向巖體滲透系數(shù)的2倍。

方案2：上水庫(kù)未蓄水；帷幕已建成，帷幕的滲透系數(shù)為10-5cm/s，但是無(wú)排水；巖體的滲透性為各向異性，北西向巖體的滲透系數(shù)為北東向巖體滲透系數(shù)的2倍。

方案3：上水庫(kù)未蓄水；有排水，且設(shè)置三層排水（高程分別為55m、25m、-10m），但是無(wú)帷幕；巖體的滲透性為各向異性，北西向巖體的滲透系數(shù)為北東向巖體滲透系數(shù)的2倍。

方案4：上水庫(kù)未蓄水；帷幕和排水均已完成，帷幕的滲透系數(shù)為10-5cm/s，設(shè)置三層排水（高程分別為55m、25m、-10m）；巖體的滲透性為各向異性，北西向巖體的滲透系數(shù)為北東向巖體滲透系數(shù)的2倍。

方案5：上水庫(kù)已建成，土工布和鋼筋混凝土面板正常，水庫(kù)蓄水至267m高程；帷幕已建成，帷幕的滲透系數(shù)為10-5cm/s，但是無(wú)排水；巖體的滲透性為各向異性，北西向巖體的滲透系數(shù)為北東向巖體滲透系數(shù)的2倍。

方案6：上水庫(kù)已建成，土工布和鋼筋混凝土面板正常，水庫(kù)蓄水至267m高程；排水已建成，設(shè)置三層排水（高程分別為55m、25m、-10m）；但是無(wú)帷幕；巖體的滲透性為各向異性，北西向巖體的滲透系數(shù)為北東向巖體滲透系數(shù)的2倍。

方案7：上水庫(kù)已建成，土工布和鋼筋混凝土面板正常，水庫(kù)蓄水至267m高程；帷幕和排水均已完成；巖體的滲透性為各向異性，北西向巖體的滲透系數(shù)為北東向巖體滲透系數(shù)的2倍。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

（1）帷幕對(duì)排水量的影響

在天然條件下，無(wú)帷幕（方案3）時(shí)排水廊道的排水量為2673.8m3/d，地下廠房的排水量為427.9m3/d；而有帷幕（方案4）時(shí)，排水廊道的排水量為1546.5m3/d，地下廠房的排水量為403.7m3/d。在上庫(kù)正常蓄水后，水庫(kù)的防滲措施正常的情況下，無(wú)帷幕（方案6）時(shí)排水廊道的排水量為2681.9m3/d，地下廠房的排水量為414.8 m3/d。由此可見(jiàn)，帷幕的作用可以大大減小排水廊道的排水量，所以在地下廠房外圍設(shè)置帷幕是非常必要的。但是應(yīng)注意的是帷幕只能阻擋四周來(lái)水，而無(wú)法減少地下廠房底板高程處地下水的上涌量。

（2）排水廊道對(duì)排水量的影響

在天然條件下，無(wú)排水廊道（方案2）時(shí)，地下廠房的排水量為1589.6 m3/d；而有排水廊道（方案4）時(shí)，地下廠房的排水量為403.7m3/d。在上庫(kù)正常蓄水后，水庫(kù)的防滲措施正常的情況下，無(wú)排水廊道（方案5）時(shí)，地下廠房的排水量為1620.6m3/d；由此可見(jiàn)，排水廊道的作用可以大大減小地下廠房的排水量。

（3）巖體的性質(zhì)對(duì)排水量的影響

由于巖體中大量發(fā)育斷層和裂隙，特別是陡傾角的斷層和裂隙，使得裂隙巖體具有非均質(zhì)各向異性的特點(diǎn)。所以又作了巖體各向異性的程度對(duì)排水量的敏感性分析。方案7中考慮巖體北北東向的滲透性是北西西向的5倍，排水廊道的排水量4025.6m3/d，地下廠房的排水量為769.6 m3/d；由此可見(jiàn)巖體的各向異性特點(diǎn)對(duì)地下廠房處排水廊道和地下廠房排水量的影響非常的顯著，陡傾角裂隙使得地下廠房底板高程處地下水的上涌量大增。

4 結(jié) 論

綜上可見(jiàn)，上庫(kù)盆防滲效果對(duì)地下廠房處排水廊道和地下廠房排水量的影響很小。其原因是因?yàn)獒∧豢梢該踝∷闹軄?lái)水。所以僅從減少地下廠房排水量的角度來(lái)講，進(jìn)行專門的上庫(kù)防滲效果不顯著。該結(jié)論是以上庫(kù)內(nèi)無(wú)通向地下廠房區(qū)的斷層為前提，若有這樣的斷層，則地下廠房排水量會(huì)增大，故建議對(duì)上庫(kù)區(qū)內(nèi)的斷層進(jìn)行必要的封堵。

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作者簡(jiǎn)介：

谷金操，1988年，工程師，主要從事水電站廠房工程研究。