機(jī)窩隔離墩對三峽地下廠房開挖的影響

龍鵬偉 馬雙科 鄭亞娜

(1.西北電力設(shè)計院 陜西 西安 710075；2.西安公路研究院 陜西 西安 710054；3.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司建筑設(shè)計部 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)，鑿出一個大洞作為地下廠房，再在廠房內(nèi)安裝6臺70萬kW裝機(jī)容量的機(jī)組發(fā)電。

三峽工程完工后，庫內(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。2004年底，經(jīng)國務(wù)院三峽建委批準(zhǔn)，同意三峽地下電站土建工程開工。2005年1月，三峽地下電站經(jīng)國務(wù)院相關(guān)部門批準(zhǔn)開始施工；2012年9月工程將全部完工。

2 計算方案設(shè)計

根據(jù)三峽總公司提供的勘察設(shè)計文件，計算所用的坐標(biāo)系如下：x軸與機(jī)組中心線重合，從1號機(jī)組指向6號機(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)原點位于廠房軸線與靠近1號機(jī)組的端墻的交點處，開挖前后模型見圖1。

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

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 數(shù)7033個，單元數(shù)19497個。材料模型均采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，材料參數(shù)見表1。

3 機(jī)窩隔墩計算結(jié)果分析

3.1 有無機(jī)窩隔墩的塑性區(qū)對比分析

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)留的不開挖部分。本章主要考慮有無機(jī)窩隔墩對廠房的影響和預(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，一般被斷層穿過處要比沒有斷層穿過的要大。而無機(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；對廠房拱頂和安裝場部位影響不大。

3.2 有無機(jī)窩隔墩位移分析

圖4是無機(jī)窩隔墩情況下各測點相對位移增量圖和相對位移總增圖。測點D4L6P1是位移較大的一個測點，圖5是該點在有無機(jī)窩隔墩情況下的相對位移和絕對位移隨開挖步的比較圖。

從中可以看出：①無機(jī)窩隔墩的位移要大于有機(jī)窩隔墩情況下的位移；②在廠房完全開挖完，有機(jī)窩隔墩的相對位移量為4.44mm，而無機(jī)窩隔墩的為4.67mm，大了約5%；③在廠房完全開挖完，有機(jī)窩隔墩的絕對位移量為12.03mm，而無機(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位移和累積位移量，其中無隔離墩開挖應(yīng)注意第4～6開挖步相對位移增加較快；有隔離墩在第2～3開挖步位移增加較快，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

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