Key rock mechanical problems of underground powerhouse in Shuibuya hydropower station

The complicated rock structures and the stability of surrounding rocks of the underground powerhouse were the key rock mechanical problems in Shuibuya hydropower station.In order to overcome the related rock mechanical problems encountered during its construction,a comprehensive research was carried out for the underground powerhouse in Shuibuya hydropower station based on a detailed geological survey.It covers the investigations on the initial in-situ stress distribution features,rock mechanical properties,engineering rock mass classifications by different methods,numerical modeling for stability and support analysis,proper measures for rock excavation and support.The results show that the rock excavations of the underground powerhouse under the given geological conditions can be controlled effectively.Some measures,suggested by the designers,are proved to be rational and effective.These measures mainly consist of:(1) the soft rock replacements by concrete in local area below the crane beam,(2) the shotcrete and reinforcement by rock bolts and anchor cables in surrounding rocks,and (3) 2 m concrete placement on the rock bench between adjacent tailrace tubes.The engineering practice shows that the treated surrounding rocks have a good overall stability.The deformation behaviors observed by safety equipments are within the designing limits.The research conclusions on the related rock mechanical problems,prior to the underground powerhouse excavations,are reliable.

白鹤滩水电站地下厂房排水系统特点及可靠性分析

基于白鹤滩水电站地下厂房排水系统结构及其特点进行可靠性分析,采用集水井集中排水的方式,结合排水量大小,充分考虑电站的长期稳定运行工况,选择型号合适的排水泵,既具备较好的排水功能,又尽量减少了岩体的开挖量。并对水淹厂房的意外应急措施进行了可行性分析,为后期运维提供充分准备,可供大型水电站地下厂房排水系统设计借鉴。

某高海拔地区水电站地下厂房布置与设计

该工程为地下厂房,地处某西部高海拔区域,场地地震基本烈度为Ⅷ度。结合地质条件等对厂区各建筑枢纽进行合理布置,根据机电设备布置需要及业主公司内部企业规范要求,对厂房各部位进行合理布置及优化设计。该地下厂房经多次审查论证表明,其布置满足结构安全和功能需求,厂区结构布置紧凑、合理,供其他类似工程参考。

改性环氧灌浆料在水电站地下厂房渗水修补中的应用研究

水电站地下厂房是其关键性的建筑物,若是在施工或者设计环节出现问题导致渗漏,就会对水电站厂房的使用年限、功能产生影响。地下厂房渗漏水主要为厂房周围墙、底板地基出现渗漏,前者还包括孔洞、砼蜂窝渗漏。环氧树脂灌浆材料则是对从基础防渗强化、砼裂缝应用颇为广泛的灌浆材料,相较于溶剂型环氧灌浆材料而言,水性环氧灌浆材料优点更为突出,呈现出可以用水进行清洗,运用具有安全性,气体较少,挥发性颇低等。按照环保要求,该水化材料的应用前景更为广阔。

深埋地下洞室动态安全监测设计——以白鹤滩右岸地下厂房为例

针对白鹤滩水电站右岸地下厂房的地质情况、结构布置以及变形和应力分布特点,从监测断面布置、监测手段选择、重点监测部位等方面着眼,建立起一套包括地下厂房围岩变形、支护结构应力、错动变形、岩壁吊车梁应力与变形等监测项目在内的深埋地下洞室监测系统,对重点监测部位和不良地质洞段,提出专门监测方案并实施自动化监测,同时根据开挖揭示和反馈分析,及时进行动态设计,达到预警预报以及指导施工等。实施结果表明该监测系统对指导工程安全施工及运行起到了重要作用。

精细化管理在绩溪蓄能电站岩壁梁施工中的应用

岩壁梁是地下厂房开挖施工中难度和质量要求最高的部分。融入精细化施工理念于绩溪水电站地下厂房岩壁梁施工中,通过合理分层、规划开挖顺序及对各道关键工序的精密把控和调整,总结岩壁梁开挖操作要点,实现对岩台开挖过程的质量控制,完善岩壁梁开挖阶段的安全监测与保护措施,确保精细化管理在绩溪水电站地下厂房岩壁梁开挖过程中取得了良好的应用效果,保障了工程的开挖质量。

旭龙水电站地下厂房主要工程地质问题分析

通过分析潜在工程地质问题,为旭龙水电站地下厂房围岩支护设计提供地质依据,应用现场调查、室内外试验和三维数值模拟相结合的方法,对地下厂房围岩稳定问题及相应机理进行了深入分析。结果表明:围岩以花岗岩等硬岩为主,岩石类别主要为Ⅱ类,少量Ⅲ类。潜在工程地质问题主要包括不稳定块体、缓倾角结构面、小夹角长大结构面、局部高地应力、洞室涌水等,可能引起局部围岩片帮、掉块、崩落或塌方等变形破坏;大方量不稳定块体可能导致部分洞段整体失稳;洞室涌水会降低局部围岩稳定性,不利于施工。研究成果明确了旭龙水电站地下厂房主要工程地质问题,为围岩开挖和支护设计提供了理论支持。

复杂地质条件下大跨度地下厂房顶拱开挖技术

叶巴滩水电站所处自然环境恶劣,地质条件和施工环境复杂,存在高偏极高地应力、丰富地下水以及放射性有害气体等不利条件,对主厂房等大型地下洞室施工过程中的整体安全稳定有较大影响。根据叶巴滩水电站工区地下厂房的特点,研究工程开挖支护各工序环节,形成复杂地质条件下大跨度地下厂房顶拱开挖技术。应用该技术能够满足设计要求,安全高效地完成主厂房顶拱层开挖支护施工,为后续开挖创造有利条件。

某水电站地下厂房顶拱喷混凝土开裂机理分析

介绍了马马崖一级水电站地下发电厂房顶拱喷混凝土裂缝开展及渗水情况。结合地质资料,对裂缝出现的原因进行了初步分析。利用ABAQUS对地下厂房洞室群围岩变形和喷混凝土应力应变进行了三维弹塑性有限元分析。研究了地应力和地下水对围岩变形和顶拱喷混凝土应力应变的影响。结果表明:竖向构造应力较大,开挖后顶拱回弹变形较大,是引起顶拱喷混凝土开裂的主要原因;地下水渗入围岩结构面,结构面力学参数降低,促使裂缝进一步开展,导致厂房顶拱喷混凝土层出现脱空、渗水等现象。提出了处理措施,处理措施以加强排水为主,结合顶拱区域补强灌浆、补增锚喷支护等。

Technology improvements and management innovations in construction of Xiluodu hydropower station on Jinsha River

Developer and owner:China Three Gorges Corporation(CTG)Engineering management:China Three Gorges Projects Development Corporation(CTGPC)Designer:Chengdu Engineering Corporation Co.,Ltd.,Power

以礼河电站区域渗流场受水库蓄水的影响分析

水库蓄水是水电工程区域渗流场变化的重要因素,对水电站地下厂房的运行稳定与渗控设计具有重要影响。基于以礼河电站复建工程厂址区域的地质概况和水文地质条件,开展了厂址区的三维地下水渗流分析。以稳态渗流理论为基础,采用变分不等式计算方法,分别模拟了雨季和旱季在正常蓄水位条件下厂址区的地下水渗流场分布。分析结果为进一步开展地下厂房的渗控分析及结构优化提供了参考。

以礼河地下厂房 220kV GIS 高压设备整体试验

介绍以礼河地下厂房220kV GIS气体绝缘全封闭组合电器(GAS Insulated Switchgear)整体交流耐压试验及局部放电试验流程、方法,同时介绍了以礼河地下厂房220kV GIS气体绝缘全封闭组合电器电压互感器交流耐压试验、氧化锌避雷器工频耐压试验及渗漏电流检测方法。检测地下厂房220kV GIS气体绝缘全封闭组合电器安装后的绝缘性能。

陡倾角沉积岩地层中大型地下厂房开挖围岩变形失稳特征和反馈分析

介绍彭水水电站地下主厂房洞室施工过程中高边墙围岩的变形破坏特征、相应的加固处理措施以及围岩监测成果等;在此基础上,开展主厂房围岩施工期的动态反馈分析。研究结果表明:对于陡倾角层状岩体中开挖的大型地下洞室群,围岩中分布的软弱结构面和岩层层面对上、下游边墙的变形与稳定起着控制性作用,陡倾角、顺向岩层组合的高边墙其变形失稳模式以典型的滑移破坏为主;而陡倾角、逆向岩层组合的高边墙则以沿层面的张裂、折断、倾倒变形后的坍塌破坏为主。通过开展施工期围岩监测反馈分析,为彭水水电站地下厂房的动态设计和信息化施工提供了重要依据。

高地应力条件下地下厂房洞室群围岩的变形破坏特征及对策研究

依据官地水电站大型地下厂房洞室群地应力高、围岩坚硬、结构面发育等特点,在地应力特征、围岩结构特征分析的基础上,结合围岩变形监测成果和三维数值仿真分析成果,对洞室围岩变形破坏特征进行归纳总结,并系统提出高地应力条件下地下厂房洞室群的布置设计、开挖支护设计和施工对策。建议高地应力条件下,洞室纵轴线的选择应兼顾最大主应力方位和围岩主要结构面、采用较大的洞室间距和较大的顶拱矢跨比、采用合理的开挖方式和开挖顺序、适当提高喷混凝土强度等级、延时浇筑岩壁吊车梁和母线洞衬砌、合理确定锚索张拉力锁定值,对具备岩爆条件的洞室围岩先初喷50～60 mm厚的钢纤维混凝土后再实施系统锚杆和挂网喷混凝土层到设计厚度等。上述建议对于高地应力条件下类似地下厂房洞室群的设计与施工具有重要的指导意义和应用价值。

锦屏一级水电站大理岩蠕变试验与流变模型选择

结合锦屏一级水电站地下厂房洞室群施工期和运行期围岩长期稳定性分析的实际需要,对厂区大理岩进行蠕变特性试验。对于用作比较的Hooke-Kelvin和Burgers两种常用流变模型及其模型参数确定问题进行简要阐述,推荐采用非线性最小二乘拟合的方法直接得到模型参数。对所采用的蠕变试验系统和蠕变试验方法,进行简要的说明和介绍。单轴和双轴蠕变试验结果表明,厂区大理岩试件在所处的应力状态下表现出一定的时效特征,经过一段时间的衰减蠕变后变形趋于稳定,符合Hooke-Kelvin流变模型所描述的蠕变特征,模型拟合曲线与试验数据能很好地吻合。因此,建议采用Hooke-Kelvin流变模型描述大理岩的流变性质。而Burgers模型不宜用来描述大理岩这样的硬质岩石的黏弹性性质,对于Burgers流变模型则应考察较长时间的试验数据。采用Hooke-Kelvin模型能够较好地解释锦屏一级水电站厂房洞室群开挖后变形最终趋于稳定的事实,试验所确定的流变模型及其参数可用于洞室群施工期和运行期的长期稳定性数值仿真模拟。

锦屏一级水电站地下厂房围岩变形与破坏特征分析

结合地质、监测、物探及施工资料,对地下厂房施工期围岩的变形与破坏特征进行分析。分析结果表明,高地应力和低强度应力比条件下,围岩的变形不再主要由地质结构面的张开变形构成,由岩块破坏产生的变形所占比重增加。围岩的变形量级和松弛深度相对较大,边墙的主要松弛深度为12～15m,部分大于15m。围岩变形量级与松弛深度成正比,而松弛深度呈现出渐进扩展的趋势,因此变形的时效性应理解为围岩破坏的渐进扩展过程,与常规的流变概念存在差别。主厂房及主变室下游拱腰部位混凝土喷层鼓胀性裂缝是层状岩体在高应力条件下的卸荷劈裂和向临空面的屈曲破坏的结果,这种破坏导致下游拱脚部位位移测值的增大。主变室上游边墙混凝土喷层裂缝表现为张性开裂,主要原因是母线洞开挖后岩体应力集中导致的岩体压裂破坏。在高地应力条件下,地下洞室群开挖是否可采用"先墙后洞"的施工方案是一个值得探讨的问题。

大岗山水电站地下厂房洞室群围岩开挖损伤区研究

以大岗山水电站地下厂房洞室为研究对象,通过施工阶段的围岩力学性状测试、开挖变形长期监测研究地下洞室开挖损伤区的分布范围和损伤劣化特征。以围岩变形和损伤区实测成果为基础,建立基于正交设计–支持向量机–粒子群算法的反演分析方法。通过对地下厂房洞室开挖损伤区的测试与监测、反演分析表明,损伤区分布范围约为临空面向岩体内部3～7 m范围,其中,围岩类别不同,其损伤区分布范围不同,损伤劣化程度也不同,具体表现为围岩质量越好,其损伤范围越小,但是损伤区岩体损伤劣化程度越高。相关认识是初步的,对类似重大工程的设计施工有一定的参考价值,但还需要进一步开展理论与工程实践研究。

大型水电站厂区三维地应力场回归反演分析

岩体初始地应力场是地下洞室围岩稳定与支护结构设计所需要的基本因素之一,初始地应力场是否可靠将直接影响到工程设计与施工的可靠性与安全性。结合某水电站厂区的地质条件及地应力实测资料,引入灰色控制系统理论,采用三维有限元法和采用静态的三因素灰色计算模型GM(0,3)对厂区岩体初始应力场进行回归反演分析。计算结果表明,厂区存在较大的水平向地质构造作用,岩体的地应力由自重和构造应力叠加而成。实测点的计算应力值与实测值在量值上和方向上都较为接近,表明经过回归得到的地应力场是合理的,从而获得地下厂房厂区初始应力场较为合理的分布规律,为地下厂房的开挖模拟及稳定性分析提供了合理的初始应力场。

高地应力区大型洞室锚索时效受力特征及长期承载风险分析

深层预应力锚索支护是大型地下洞室围岩稳定控制的主要工程措施。针对高应力区岩体开挖卸荷稳定与锚固支护系统长期承载安全问题,通过对系统锚索安全长期监测成果的深入分析,研究锦屏一级水电站地下厂房系统锚索开挖期和开挖完成后5 a时间的受力特征、时空变化规律,分析锚索预应力随时间演化的时效特征,探讨锚索结构受力影响因素和高应力下长期承载风险,同时辅以数值模拟等手段对锚固系统长期安全性进行综合评价。研究结果表明,与常规洞室表现不同,该地下洞室大部分深层锚索超过设计锁定值,锚索系统负载高,持续增长时间长,时效性十分显著,开挖全部完成后2 a内才逐步趋于收敛,2～5 a基本稳定;锚索长期承载能力影响因素主要有岩体蠕变、锚索初始张拉应力、锚索施工与应力不均匀等;锚索系统长期承载安全是有保障的。

锦屏一级水电站地下厂房围岩开裂变形机制研究

针对锦屏一级水电站地下厂房高应力、低强度应力比条件下开挖施工引起的围岩变形开裂及相关力学问题,从全空间赤平投影解析、平面投影应力特征等多角度全方位研究地下厂房区地应力场分布特征及规律;并结合力学定性分析和三维数值模拟等手段对地下洞室群围岩变形开裂机制进行深入分析,研究洞室群围岩开挖损伤演化规律。研究表明,锦屏一级地下厂房区域出现的围岩、喷层较大变形乃至破坏现象本质上是由高地应力和相对较低的岩体强度形成的不利组合所造成的,在主厂房、主变室的拱腰、拱座和边墙以及母线洞侧墙等部位出现的开裂破坏,属于典型的高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏。提出锦屏地下厂房围岩变形开裂概化模型,为地应力场反演和施工过程的数值仿真分析提供重要参考和定性依据;最后针对开挖维护围岩稳定性问题提出相应的建议,为锦屏一级地下厂房的开挖施工及动态支护设计提供技术支持。