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.

大型抽水蓄能电站地下厂房结构自振特性分析

自振特性分析是抽水蓄能电站地下厂房结构振动研究的基础。以丰宁抽水蓄能电站地下厂房为计算实例,建立了变速机组段地下厂房结构的三维有限元模型。首先采用模态分析方法研究了不同边界条件对地下厂房整体结构及楼板、立柱、楼梯、风罩和机墩等局部结构自振特性的影响,然后分析了丰宁地下厂房可能存在的振源,并对厂房整体及局部结构进行了共振复核。结果表明,上下游边墙弹簧约束条件的增强可以有效提高厂房整体结构自振频率,但对楼板局部自振频率的大小影响不大,对楼梯自振频率也无影响。固定边界使厂房整体结构各阶自振频率显著增大,对楼板、立柱、风罩和机墩等局部结构自振频率影响也较大。在可能的振源作用下,厂房整体结构和各局部结构发生共振的可能性很小。

水利水电工程信息模型通用几何造型系统研发及应用

水利水电工程信息模型在水工设计中面临异形构件多、机理模型嵌入难、模型跨平台、阶段应用难和程序化开发碎片化等问题。对此,提出了一种与造型软件无关的水利水电工程信息模型通用几何造型方法及系统。系统将水利水电工程设计过程解耦为造型机理表达、特征草图描述、特征变换和造型生成算法对象。针对国内水工设计常见单体异形构件和组合特征复合构件,在Autodesk Revit、Bentley Microstation、Dassault CATIA系统进行了程序化建模验证。系统成功应用于我国多个水利水电工程项目,极大地提高异形几何体的构型效率和复用率,验证了所提出系统的可靠性和可行性。研究成果为水利水电工程信息模型的设计数据跨平台交互和我国水利水电专业国产几何造型系统的研发具有借鉴价值。

某水电站地下厂房热湿环境测试与分析

地下水电站厂房内的热湿环境对工作人员身体健康以及设备安全运行有着重要影响。针对贵州某水电站进行了全年4个典型季节的地下厂房内热湿环境现场测试,发现该水电站地下厂房主要洞室全年干球温度10.2~26.7℃、相对湿度44.0~94.5%;热湿环境状况总体较好,但部分季节、部分洞室存在空气相对湿度偏高,部分低温设备及管道壁面存在不同程度“结露”现象。通过对地下厂房热湿环境存在问题的理论分析,提出了针对性的通风除湿改进方案,可以为类似水电站地下厂房的热湿环境调控提供一定的工程参考。

抽水蓄能电站地下厂房施工期污染物运移规律及通风效果研究

抽水蓄能电站地下厂房常使用钻爆法施工,易产生大量粉尘与有害气体等污染物,且由于地下厂房首层修建时各洞室未贯通,通风情况不利,污染物往往难以及时排出。为了揭示地下厂房内污染物运移规律,对比不同通风方案的通风效果,使用计算流体力学软件Fluent对地下厂房爆破通风过程中的污染物进行了三维非稳态气固两相流耦合数值模拟,分析了厂房内部流场分布规律和不同通风方案下厂房内污染物动态运移规律。结果表明,厂房内部风流场主要包含射流区、附壁流动区、涡流区和回流区等部分;粉尘运移过程出现糅合区、过渡沉降层、积聚峰等区域;爆破后初期,CO易受粉尘的流场耦合作用,随着通风的持续,CO出现壁面慢速扩散区,最终形成一条明确的运移路径;2号通风方案下的污染物运移距离优于1号通风方案,但粉尘出现分布聚集点,若同时使用粉尘净化系统,可在爆破后30 min内完成粉尘的净化,有效解决粉尘聚集问题。

抽水蓄能电站地下厂房防渗排水方案数值模拟研究

抽水蓄能电站地下厂房埋深较大,受排水廊道、隧洞充水、复杂地质条件、天然地下水等多种因素影响,常形成复杂渗流场。基于FEFLOW软件建立包含输水隧洞、地下厂房、排水廊道、围岩、断层的三维渗流稳态模型,根据模拟结果对初始防渗排水方案进行了优化,取消不必要的中平段排水廊道,并抬升下平段排水廊道,使其以自流方式排出渗水。厂房区排水廊道和洞室群渗流量合计8048.16 m^(3)/d,为地下厂房排水泵选型提供较大富余度。

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。

水电站地下厂房机械排烟对人员疏散影响的数值模拟研究

为了研究水电站地下厂房火灾条件下机械排烟对人员疏散的影响,利用计算流体力学软件FDS(Fire Dynamics Simulator)建立了水电站地下厂房的三维空间模型,通过数值模拟研究了不同工况条件下火灾烟气蔓延的一般规律,以及烟气高度和能见度对作业人员安全疏散的影响。结果表明:烟气高度是影响人员安全疏散的关键因素,烟气高度随时间变化关系呈线性方程。桥机是人员疏散的关键部位,极端条件下人员疏散控制时间为216 s。机械排烟能够有效控制烟气总量,最大可延长人员疏散的控制时间214 s,增加约54%的可用疏散时间,保证了各位置作业人员在可用疏散时间内完成疏散。研究成果可为水电工程地下厂房的防火性能化设计、安全评价以及事故应急预案的制定提供科学依据。

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。

昌波水电站引水式地下厂房及开关站布置研究

结合昌波水电站厂区地形地质、输水发电系统布置、工程施工及运行维护等条件,对引水式厂房及开关站布置进行了研究和比选,最终确定引水式厂房布置在莫曲河口上游约500 m山脊内,采用尾部式地下厂房,厂房纵轴线方向N73°W,开关站布置在莫曲河口上游侧公路拐弯处,采用地面开关站。

甘肃平川抽水蓄能电站地下厂房位置及轴线的选择

笔者根据厂房位置及轴线选择原则,结合工程区的地形地质条件、厂房围岩稳定计算及总体布置,对平川抽水蓄能电站地下厂房的位置及轴线进行比选分析。在输水发电系统布置顺畅及满足厂房轴线对地质结构面要求的前提下,择优选择地下厂房的位置及轴线,可为类似工程设计提供借鉴。

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。

某抽水蓄能电站水淹厂房风险与淹没过程初步分析

随着抽水蓄能电站布局范围和建设规模的扩大,地下厂房水患威胁日益严重。从抽水蓄能电站水淹厂房突发事件风险分析的角度出发,按不同泄漏源划分为上游引水系统透水、机组管路透水、尾水管透水和雨水倒灌等透水场景。以某抽水蓄能电站为例,结合闸门启闭情况对不同透水场景下的淹没过程进行了分析计算,并针对不同泄漏源提出了相应的应急处置措施。

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。

大型抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁施工技术

清原抽水蓄能电站通过对岩锚梁岩台爆破开挖、锚杆安装及混凝土施工等质量工艺的精细化管控,岩锚梁开挖轮廓成型规整,锚杆质量符合设计标准,混凝土质量综合评价为优良,满足电站安全稳定运行要求,其成果为国内地下厂房岩锚梁施工提供了工程实例和技术经验。

抽水蓄能电站地下厂房监测设计浅析

目前,抽水蓄能电站地下厂房监测设计无专门的设计规范,笔者结合相关设计规范及手册,总结十余座抽水蓄能电站地下厂房监测设计工程实践,提出厂房系统安全监测设计的目的和原则,以及围岩、支护结构、岩壁吊车梁等部位的监测设计方法,为抽水蓄能电站地下厂房安全监测设计提供参考。

岩体结构面和蚀变对地下厂房岩壁吊车梁的影响分析

岩壁吊车梁是地下厂房中常见的承载构件,由于直接支承在围岩上,岩壁吊车梁的稳定性受围岩地质条件影响较大。以丰宁抽水蓄能电站二期地下厂房岩壁吊车梁为例,通过对地下厂房岩体结构面特征、岩体蚀变效应及岩壁吊车梁原位观测资料进行深入解析,阐释了岩壁吊车梁锚杆应力和围岩变形的分布规律,并深入分析了吊车梁锚杆应力同围岩变形、地质条件、施工进程等之间的关联,解译了岩壁吊车梁锚杆应力和围岩变形偏大的原因,最终揭示了岩体结构面和蚀变对岩壁吊车梁稳定性的影响机理。研究结果可为岩壁吊车梁结构设计、施工组织和安全论证提供技术支撑,具有实际工程意义。

新疆阜康抽水蓄能电站地下主厂房结构振动特性分析

为了实现双碳目标,国家大力发展抽水蓄能电站。大型抽水蓄能电站由于具有转速高、水头高、双向运行及工况转换频繁等特点,其地下主厂房极易发生振动。为了复核新疆阜康抽水蓄能电站地下主厂房结构的抗振设计是否合理,通过建立地下主厂房结构的三维有限元模型,进行厂房固有振动频率计算和共振复核,采用瞬态分析方法,根据模型试验结果计算了水轮机脉动压力作用下厂房的振动反应。结果表明:局部立柱结构的自振频率与水轮机叶片数频率的错开度较小,有可能产生共振;但在脉动压力作用下,楼板和立柱结构的振动反应均在允许范围内,分析结果表明地下厂房结构设计是合理的。