某水電站地下廠房洞室開(kāi)挖方案優(yōu)化

摘要：根據(jù)某地下廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及地下廠房洞室群的優(yōu)化在巖體結(jié)構(gòu)模型概化設(shè)計(jì)，提出了地下廠房的2種開(kāi)挖方案，并對(duì)這兩種開(kāi)挖方案進(jìn)行對(duì)比及優(yōu)化分析，得出兩種開(kāi)挖方案下洞室圍巖變形和應(yīng)力情況。對(duì)各種布置方案、支護(hù)措施、施工開(kāi)挖程序采用三維彈塑性損傷有限元對(duì)廠房地下洞室群圍巖穩(wěn)定進(jìn)行了分析論證。根據(jù)數(shù)值分析的論證結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際情況，提出了符合工程要求的實(shí)施方案，使理論分析與工程實(shí)際得到了有機(jī)的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：有限元法；地下洞室；圍巖穩(wěn)定；某水電站

某水電站地下廠房、主變洞及尾閘井三大洞室采用平行布置方式，地下廠房埋深大約205m，縱軸線方向NW38°，開(kāi)挖尺寸221×26×74m，最大開(kāi)挖跨度約29m，圍巖為新縣至微風(fēng)化的石英二長(zhǎng)巖（花崗巖），強(qiáng)度高，巖體為完整至較完整塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合緊密，其中威嚴(yán)類別主要以Ⅱ、Ⅲ、IV類，局部處于斷層破碎帶的巖石為V類。主變室及尾閘井位于厚層變質(zhì)砂巖中，主變室開(kāi)挖尺寸179×20×24.5m。

1 開(kāi)挖方案

1.1 開(kāi)挖方案一

方案一 地下洞室開(kāi)挖順序示意圖

根據(jù)開(kāi)挖方案一，開(kāi)挖完成后分析結(jié)果如下：

開(kāi)挖完成后主廠房上游邊墻變形最大，拱頂變形相對(duì)較小，最大變形量為27mm；主變室拱頂變形最大，邊墻變形相對(duì)較小，最大變形量為26.2mm；尾閘室下游邊墻變形最大，拱頂變形相對(duì)較小，最大變形量為26.8mm。

根據(jù)開(kāi)挖方案二，開(kāi)挖完成后分析結(jié)果如下：

開(kāi)挖完成后主廠房整體受壓，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在上游拱邊，最大壓應(yīng)力為17.0MPa。主變室邊墻受壓，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在下游拱邊，拱頂局部出現(xiàn)小于0.2MPa的拉應(yīng)力；尾閘室拱頂受壓，邊墻局部出現(xiàn)小于0.7的拉應(yīng)力。

2 開(kāi)挖方案對(duì)比及優(yōu)化分析

對(duì)兩種方案的對(duì)比分析如下：

（1）兩種開(kāi)挖方案開(kāi)挖程序?qū)Ρ龋悍桨敢粡S區(qū)分9步開(kāi)挖，將主廠房C11、C12、C13同時(shí)開(kāi)挖，變電室Z11、Z12同時(shí)開(kāi)挖，且廠區(qū)每個(gè)臺(tái)階開(kāi)挖主要以一步開(kāi)挖為主，渭水洞為全斷面開(kāi)挖；方案二廠區(qū)分15步開(kāi)挖，主廠房C11、C12分布開(kāi)挖，變電室Z11、Z12也分布開(kāi)挖，在開(kāi)挖影響較大區(qū)域臺(tái)階是分步開(kāi)挖。

（2）兩種開(kāi)挖方案下廠區(qū)圍巖關(guān)鍵位置變形對(duì)比分析：方案一開(kāi)挖完成后變形最大位置在主廠房上游邊墻，其值為270mm；主廠房拱頂變形值為19.7mm，下游邊墻變形值為137mm，底板變形值為18.7mm；變電室拱頂變形值為262mm，上游邊墻變形值為21.9mm，下游變形值為26.8mm，底板變形值為3.4mm；方案二開(kāi)挖完成后變形最大位置在主廠房上游邊墻，其值為32.6mm；主廠房拱頂變形值為4.6mm，下游邊墻變形值為30.6mm，底板變形值為1.3mm；變電室拱頂變形值為0.5mm，上游邊墻變形值為1.6mm，下游變形值為182mm，底板變形值為7.7mm。通過(guò)對(duì)以上兩個(gè)方案的對(duì)比可知兩種開(kāi)挖方案下地下洞室洞周圍巖關(guān)鍵位置的變形量差別不大，兩種方案最大變形都發(fā)現(xiàn)在主廠房上游邊墻處，方案一最小變形發(fā)生在尾閘室底板處，方案二最小變形發(fā)生在變電室拱頂處，兩種方案的變形量均在允許范圍內(nèi)，故兩種開(kāi)挖方案均可行，建議綜合考慮其他方面決定采用開(kāi)挖方案。

3 總結(jié)

兩種開(kāi)挖方案下廠區(qū)圍巖應(yīng)力對(duì)比分析：方案一開(kāi)挖完成后廠區(qū)圍巖主要以壓應(yīng)力為主，局部存在拉應(yīng)力；最大壓應(yīng)力位置為上游拱邊，其值為17.0MPa，最大拉應(yīng)力位置為尾閘室上游邊墻，其值為0.51MPa；廠區(qū)圍巖其余關(guān)鍵位置應(yīng)力分布較為均勻；方案二開(kāi)挖完成后廠區(qū)圍巖主要以壓應(yīng)力為主，局部存在拉應(yīng)力；最大壓應(yīng)力位置為上游拱邊，其值為18.1MPa，最大拉應(yīng)力位置為尾閘室上游邊墻，其值為0.72MPa。

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作者簡(jiǎn)介：章朝峰（1988），男，碩士，江西撫州人，江西水利職業(yè)學(xué)院。