1、水電站地下廠房水電站地下廠房14.1 14.1 地下廠房的優越性地下廠房的優越性(1)在深峽谷、大泄量的河道內，采用地下廠在深峽谷、大泄量的河道內，采用地下廠房有利于水工樞紐的總體布置。房有利于水工樞紐的總體布置。 (2)在山巖不穩定地區，廠房和壓力管道可避在山巖不穩定地區，廠房和壓力管道可避免山坡崩坍的危害，并且具有良好的人防條件。免山坡崩坍的危害，并且具有良好的人防條件。(3)有可能降低建筑物的工程造價。有可能降低建筑物的工程造價。(4)在嚴寒、酷熱或多雨地區，廠房的施工和在嚴寒、酷熱或多雨地區，廠房的施工和運行可不受氣候的影響。運行可不受氣候的影響。(5)有利于保持地面景觀。有利于保持地

2、面景觀。地下廠房的缺點地下廠房的缺點：(1)地下巖石開挖量很大，增加了工程的開挖費地下巖石開挖量很大，增加了工程的開挖費用。用。(2)通風、防潮、照明條件較差，要有專門措施，通風、防潮、照明條件較差，要有專門措施，否則對設備和管理人員都不利。否則對設備和管理人員都不利。(3)地質條件較差時，用于支護方面的費用將要地質條件較差時，用于支護方面的費用將要增加。增加。14.214.2地下廠房的總體布置地下廠房的總體布置一一 、地下廠房的布置型式、地下廠房的布置型式 首部式首部式尾部式尾部式中部式中部式根據地下根據地下廠房在引水發廠房在引水發電系統中的位電系統中的位置，地下水電置，地下水電站可分為站可

3、分為：首部式首部式中部式中部式尾部式尾部式1、首部式地下廠房、首部式地下廠房 廠房位于電站引水系統的首部。廠房位于電站引水系統的首部。其特點為其特點為：有壓引水隧洞較短，尾水隧洞較長。有壓引水隧洞較短，尾水隧洞較長。不設上游調壓室，單元供水，可不設下端閥不設上游調壓室，單元供水，可不設下端閥門。門。 因而可以降低造價。因而可以降低造價。 首部式首部式2、尾部式地下廠房、尾部式地下廠房:廠房位于引水系統的尾部。廠房位于引水系統的尾部。 具有較長的引水隧洞和較短的尾水隧洞，具有較長的引水隧洞和較短的尾水隧洞， 一一般均設有上游調壓室。般均設有上游調壓室。尾部廠房靠近地表，廠房的交通、出線及通尾部廠

4、房靠近地表，廠房的交通、出線及通風等輔助洞室的布置及施工運行比較方便。風等輔助洞室的布置及施工運行比較方便。適用水頭范圍較大，最高水頭達適用水頭范圍較大，最高水頭達1000m以上，以上，目目前高水頭電站多采用尾部布置方式，我國已建成前高水頭電站多采用尾部布置方式，我國已建成的地下水電站尾部式占的地下水電站尾部式占70%以上以上。 尾部式尾部式3、中部式地下廠房、中部式地下廠房廠房位于引水系統的中部。廠房位于引水系統的中部。上游引水道和下游尾水道均較長。上游引水道和下游尾水道均較長。中部式中部式二、地下廠房的洞室組成二、地下廠房的洞室組成主廠房洞室主廠房洞室+附屬洞室附屬洞室洞室群。洞室群。附屬

5、洞室主要布置附屬洞室主要布置：1、交通運輸洞、交通運輸洞是地下廠房的主要對外通道。是地下廠房的主要對外通道。形式形式為平洞或豎為平洞或豎井。與安裝間位置直接關連，兩者應一起考慮確定。井。與安裝間位置直接關連，兩者應一起考慮確定。首部式首部式2、安裝間、安裝間：主廠房一端、廠房中間機組段之間。：主廠房一端、廠房中間機組段之間。 3、地下副廠房、地下副廠房必須靠近主機的附屬設備集中布置在緊靠主必須靠近主機的附屬設備集中布置在緊靠主機室的地下副廠房內。機室的地下副廠房內。其他可以利用己有洞室分散布置或放在地面其他可以利用己有洞室分散布置或放在地面副廠房內。副廠房內。為避免增加主洞室的跨度，地下副廠房

6、往往為避免增加主洞室的跨度，地下副廠房往往設于主廠房的一端。設于主廠房的一端。機組尺寸不大，圍巖穩定性好時，也可將地機組尺寸不大，圍巖穩定性好時，也可將地下副廠房放在主廠房一側，主副廠房集中布置在同下副廠房放在主廠房一側，主副廠房集中布置在同一主洞室內。一主洞室內。 4、主閥門洞室、主閥門洞室可布置在主廠房內或靠近廠房上游側的單獨閥可布置在主廠房內或靠近廠房上游側的單獨閥門室內。門室內。5、尾水洞、尾水閘門洞、尾水洞、尾水閘門洞尾水隧洞較長時，可采用聯合出水或分組出尾水隧洞較長時，可采用聯合出水或分組出水方式；尾水隧洞不長時，采用單獨出水。水方式；尾水隧洞不長時，采用單獨出水。每臺機組一般均應

7、設置尾水閘門井，上部設每臺機組一般均應設置尾水閘門井，上部設有尾水閘門洞室有尾水閘門洞室6、主變洞、主變洞一般傾向于布置于地下，以縮短發電機母線長一般傾向于布置于地下，以縮短發電機母線長度。需設專門的通風、排煙、防火防爆措施，洞內度。需設專門的通風、排煙、防火防爆措施，洞內設防爆門和防爆隔墻。設防爆門和防爆隔墻。布置一布置一：主變壓器洞與主廠房平行，較常用。：主變壓器洞與主廠房平行，較常用。布置二布置二：主變壓器布置在主廠房一端。：主變壓器布置在主廠房一端。7、開關洞、開關洞因地形限制也可將其布置在地下洞室內。地下因地形限制也可將其布置在地下洞室內。地下開關站盡量利用廢棄的洞室開關站盡量利用廢

8、棄的洞室(如施工支洞、導流洞如施工支洞、導流洞)或與其它洞室或與其它洞室(排風洞排風洞)合用。合用。8、8、出線洞、出線洞地下廠房輸電線由出線洞引出，引出線為母地下廠房輸電線由出線洞引出，引出線為母線時即稱母線洞。出線洞可以采用平洞、斜井或線時即稱母線洞。出線洞可以采用平洞、斜井或豎井。地下廠房內為了敷設電纜和引出母線至主豎井。地下廠房內為了敷設電纜和引出母線至主變洞，需要設置相應的電纜和母線支洞。變洞，需要設置相應的電纜和母線支洞。 9、通風洞、通風洞進風洞、出風洞以及通風機室。進風洞、出風洞以及通風機室。通風機噪聲大，通風機室應遠離主、副廠房，通風機噪聲大，通風機室應遠離主、副廠房，一般可

9、放在洞口或單獨的洞室內。一般可放在洞口或單獨的洞室內。通風洞一般應充分利用交通運輸洞、出線洞通風洞一般應充分利用交通運輸洞、出線洞以及無壓尾水洞，例如利用交通運輸洞或無壓尾以及無壓尾水洞，例如利用交通運輸洞或無壓尾水洞進風，利用出線洞出風。水洞進風，利用出線洞出風。10、其他輔助洞室、其他輔助洞室。包括排水洞、安全人行。包括排水洞、安全人行洞、施工洞等。洞、施工洞等。 14.314.3地下廠房的布置地下廠房的布置一、廠房位置的選擇一、廠房位置的選擇(1)廠房位置應選擇在巖性均一完整、強度高、廠房位置應選擇在巖性均一完整、強度高、構造單一的巖體內，并有足夠的埋藏深度以利于廠構造單一的巖體內，并有

10、足夠的埋藏深度以利于廠房頂拱的穩定。房頂拱的穩定。(2)廠房縱軸的布置方位應考慮巖體的層面、節廠房縱軸的布置方位應考慮巖體的層面、節理等結構面的產狀，廠房的縱軸應和這些主要薄弱理等結構面的產狀，廠房的縱軸應和這些主要薄弱面垂直或具有較大的夾角。面垂直或具有較大的夾角。(3) 廠房縱軸方向與地應力的主方向的水平投影廠房縱軸方向與地應力的主方向的水平投影布置成交角為布置成交角為15-30，以減少高邊墻上的水平構造，以減少高邊墻上的水平構造地應力。地應力。但這樣布置方式，有可能使其他洞室，如母線但這樣布置方式，有可能使其他洞室，如母線洞、交通運輸洞等與地應力的主方向垂直，從而引洞、交通運輸洞等與地應

11、力的主方向垂直，從而引起這些洞室起這些洞室 的穩定問題。因此，必須綜合分析和兼的穩定問題。因此，必須綜合分析和兼顧各種因素，力求總體上最合理。顧各種因素，力求總體上最合理。 (4)在層狀圍巖中，若主壓應力方向與層面方向在層狀圍巖中，若主壓應力方向與層面方向接近，則廠房的縱軸方向與層面的交角，一般不宜接近，則廠房的縱軸方向與層面的交角，一般不宜小于小于35。(5)在深切峽谷邊，由于受到地形切割的影響，在深切峽谷邊，由于受到地形切割的影響，山體內的地應力主方向發生很大的偏轉。布置地下山體內的地應力主方向發生很大的偏轉。布置地下廠房時，廠房位置除了要避開鄰近峽谷的卸荷裂隙廠房時，廠房位置除了要避開鄰

12、近峽谷的卸荷裂隙帶外，還應避開地應力集中、轉折和易于發生巖爆帶外，還應避開地應力集中、轉折和易于發生巖爆的地段。見的地段。見P251圖圖14-8。二、廠房洞型和洞室間距選擇二、廠房洞型和洞室間距選擇1、廠房洞型選擇、廠房洞型選擇地下廠房頂拱地下廠房頂拱：做成曲線型，目前傾向采用無：做成曲線型，目前傾向采用無拱座的噴錨支護頂拱。若巖體比較完整堅硬，也可拱座的噴錨支護頂拱。若巖體比較完整堅硬，也可以不作支護或只作局部的噴錨支護措施。以不作支護或只作局部的噴錨支護措施。地下廠房的邊墻地下廠房的邊墻：一般直立。巖性較差一般直立。巖性較差而水平構造應力又比而水平構造應力又比較大的情況則采用曲較大的情況則

13、采用曲線型邊墻或傾斜邊墻。線型邊墻或傾斜邊墻。2、洞室間距選擇、洞室間距選擇一般在巖性較好的情況下，巖壁厚度要大于一般在巖性較好的情況下，巖壁厚度要大于主機洞的寬度。主機洞的寬度。從機電布置要求而言，在洞室圍巖穩定有保從機電布置要求而言，在洞室圍巖穩定有保證的情況下，應盡量縮短主機室與主變洞之間的距證的情況下，應盡量縮短主機室與主變洞之間的距離，以縮短母線的長度。離，以縮短母線的長度。尾水管水平段之間以及尾水管與母線洞之間尾水管水平段之間以及尾水管與母線洞之間的巖壁，在布置中應設法將這一部位巖體加寬加厚。的巖壁，在布置中應設法將這一部位巖體加寬加厚。解決辦法可以是采用窄而高的尾水管解決辦法可以

14、是采用窄而高的尾水管。其他各種輔助洞室，如交通運輸洞、高壓出其他各種輔助洞室，如交通運輸洞、高壓出線洞、通風洞等，在滿足功能和盡量縮短長度的基線洞、通風洞等，在滿足功能和盡量縮短長度的基礎上，也應盡量避免交叉，擴大洞室間距。洞室出礎上，也應盡量避免交叉，擴大洞室間距。洞室出口應盡量布置在邊坡穩定地段。口應盡量布置在邊坡穩定地段。3、洞室布置的一般要求、洞室布置的一般要求(1) 洞頂的最小埋藏深度，根據巖體的完整和堅洞頂的最小埋藏深度，根據巖體的完整和堅硬程度，可取洞室開挖寬度的硬程度，可取洞室開挖寬度的1.52.0倍。倍。(2) 洞室的最小允許間距，與地質條件、洞室規洞室的最小允許間距，與地質

15、條件、洞室規模和施工方法有關，一般不小于相鄰洞室中最大開模和施工方法有關，一般不小于相鄰洞室中最大開挖寬度的挖寬度的1.01.5倍。倍。(3) 洞室相交應盡量保持正交。洞室相交應盡量保持正交。(4) 上下層洞室之間的巖石厚度，不小于洞室開上下層洞室之間的巖石厚度，不小于洞室開挖寬度的挖寬度的l2倍。倍。(5) 洞室布置應考慮勘探和施工的需要，盡可能洞室布置應考慮勘探和施工的需要，盡可能互相結合，減少地下開挖。互相結合，減少地下開挖。三、地下廠房的開挖三、地下廠房的開挖大斷面洞室多自上而下分層開挖。大斷面洞室多自上而下分層開挖。過程為：過程為：開挖頂部中間導洞開挖頂部中間導洞橫向開挖出廠房頂拱后

16、立橫向開挖出廠房頂拱后立即做好支護即做好支護用臺階法開挖下一層并做好支護用臺階法開挖下一層并做好支護。施工方法多為鉆孔爆破法，必要時可采取預裂施工方法多為鉆孔爆破法，必要時可采取預裂爆破或打防震孔。爆破或打防震孔。地下廠地下廠房分層房分層開挖示開挖示意圖意圖分層分層起起/止高程止高程 (m)高度高度(m)開挖方法簡述開挖方法簡述支護方法支護方法452.9/447.08.2中導洞先行開挖，兩側擴挖錯距跟進的方式，噴錨支護視巖石情況隨后跟進。臺車造錨桿孔，優先采用先注漿后插桿的施工方式，注漿機注漿，平臺車配合人工安插錨桿，鋼筋網片安裝利用平臺車或自制臺架，采用噴混凝土臺車以濕噴方式進行混凝土和鋼纖

17、維混凝土噴護，潛孔鉆機鉆設錨索孔。錨索的安裝施壓采用自制臺架或打設施工平臺，錨索的編制在后方綜合加工廠進行。444.7/436.38.4先中部進行預裂梯段拉槽爆破，兩邊預留巖壁梁保護層，巖壁梁開挖采用垂直鉆孔和水平鉆孔相結合周邊光爆的方式。436.3/430.26.1在層巖壁梁澆筑前先進行邊墻的預裂爆破，待巖壁梁混凝土達到強度后，采用潛孔鉆進行梯段爆破430.2/423.66.6開挖方式同層，本層穿插進行母線洞的鎖口支護及開挖，母線洞的開挖采用小導洞、短進尺的開挖方式。423.6/417.66.0先中部梯段拉槽爆破，兩邊進行光面爆破的施工方式417.6/412.65.0412.6/403.75

18、8.85本層基礎保護層開挖采用鉆孔直接至建基面，孔底設置柔性墊層一次爆破的開挖方式。第第層：考慮頂拱的穩定成型，便于頂拱支護層：考慮頂拱的穩定成型，便于頂拱支護施工和觀測儀器的埋設、頂拱拱角網架支撐砼的施施工和觀測儀器的埋設、頂拱拱角網架支撐砼的施工及施工設備的工作性能，第工及施工設備的工作性能，第層高度定為層高度定為8.2m。第第層：該層為巖壁吊車梁的施工部位。為便層：該層為巖壁吊車梁的施工部位。為便于巖壁吊車梁的施工，第于巖壁吊車梁的施工，第層開挖至巖壁吊車梁下層開挖至巖壁吊車梁下部部2m高程處，開挖高度為高程處，開挖高度為8.4m。第第層：該層開挖的施工通道為進廠交通洞，層：該層開挖的施

19、工通道為進廠交通洞，開挖條件較好；主變運輸洞、油罐室、低壓電纜洞開挖條件較好；主變運輸洞、油罐室、低壓電纜洞在本層，母線洞的洞頂在此層出露，為了便于主變在本層，母線洞的洞頂在此層出露，為了便于主變運輸洞、低壓電纜洞、母線洞的開挖，做好油罐室、運輸洞、低壓電纜洞、母線洞的開挖，做好油罐室、低壓電纜洞的鎖口支護和母線洞的洞頂鎖口支護；低壓電纜洞的鎖口支護和母線洞的洞頂鎖口支護；此層開挖高度定為此層開挖高度定為6.1m。第第層：該層施工通道仍為進廠交通洞，且此層：該層施工通道仍為進廠交通洞，且此層母線洞出露，為便于此層開挖與母線洞開挖平行層母線洞出露，為便于此層開挖與母線洞開挖平行作業，此層開挖高度

20、定為作業，此層開挖高度定為6.6m。第第層：該層開挖的施工通道為高壓支管、壓層：該層開挖的施工通道為高壓支管、壓力管道施工支洞，其開挖高度取力管道施工支洞，其開挖高度取6.0m。第第層：該層與高壓支管在同一層，施工通道層：該層與高壓支管在同一層，施工通道仍為為高壓支管、壓力管道施工支洞，故此層開挖仍為為高壓支管、壓力管道施工支洞，故此層開挖高度取高度取5.0m。第第層：該層開挖與尾水隧洞聯通，故將剩余層：該層開挖與尾水隧洞聯通，故將剩余部分以高壓支管和尾水隧洞為施工通道，本層開挖部分以高壓支管和尾水隧洞為施工通道，本層開挖高度為高度為8.85m。四、地下廠房的內部布置四、地下廠房的內部布置(自

21、學自學)14.4 14.4 地下廠房的防潮、通風和照明地下廠房的防潮、通風和照明( (不不要求要求) )14.5 14.5 地下洞室的圍巖穩定分析地下洞室的圍巖穩定分析( (不要求不要求) )14.6 14.6 圍巖穩定分析的有限單元法圍巖穩定分析的有限單元法( (不要不要求求) )14.7 14.7 洞室的支護分析洞室的支護分析一、噴錨支護的工作原理一、噴錨支護的工作原理1、噴錨支護的定義、噴錨支護的定義是利用錨桿和噴混凝土進行圍巖加固的總稱是利用錨桿和噴混凝土進行圍巖加固的總稱。兩者可兩者可單獨或聯合使用單獨或聯合使用，還可，還可附加鋼筋網附加鋼筋網。2、噴錨襯砌的工作原理、噴錨襯砌的工作

22、原理隧洞開挖隧洞開挖巖層平衡狀態破壞，洞壁一定塑性巖層平衡狀態破壞，洞壁一定塑性區范圍內形成了一個承重圈。此時山巖壓力繼續增區范圍內形成了一個承重圈。此時山巖壓力繼續增加加巖體將產生裂縫、滑移、掉塊以至大面積坍塌，巖體將產生裂縫、滑移、掉塊以至大面積坍塌，從而失去穩定。從而失去穩定。在巖體變形過程中，噴錨襯砌能及時將圍巖予在巖體變形過程中，噴錨襯砌能及時將圍巖予以以封閉加固封閉加固，給予其一定的反力，阻止其變形的發，給予其一定的反力，阻止其變形的發展，可以展，可以發揮圍巖的自承能力發揮圍巖的自承能力，保持圍巖的穩定。，保持圍巖的穩定。噴錨襯砌與圍巖緊密聯合，它具有一定的柔性，噴錨襯砌與圍巖緊密

23、聯合，它具有一定的柔性，襯砌承受的載荷僅為抑制圍巖繼續變形所產生的壓襯砌承受的載荷僅為抑制圍巖繼續變形所產生的壓力，這種變形壓力與松散壓力相比要小得多。力，這種變形壓力與松散壓力相比要小得多。二、噴錨支護的優缺點及應用二、噴錨支護的優缺點及應用1、優點、優點：適用各種巖層條件，使用靈活，施：適用各種巖層條件，使用靈活，施工速度快，噴砼厚度也遠工速度快，噴砼厚度也遠常規砼襯砌厚度，可大常規砼襯砌厚度，可大大節省工程量，降低造價，縮短工期，與常用襯砌大節省工程量，降低造價，縮短工期，與常用襯砌比較有支護快、頂部緊帖、柔性大等特點。比較有支護快、頂部緊帖、柔性大等特點。2、缺點、缺點：表面不夠光滑，

24、糙率大，尤其當開：表面不夠光滑，糙率大，尤其當開挖施工中超、欠挖較大時更難由混凝土填平。挖施工中超、欠挖較大時更難由混凝土填平。3、應用、應用：a.施工期臨時支護及導流隧洞等施工期臨時支護及導流隧洞等臨時工程臨時工程。b.永久性工程永久性工程：無壓隧洞的頂部部分、有壓隧：無壓隧洞的頂部部分、有壓隧洞的低水頭、低流速部分。洞的低水頭、低流速部分。 三、噴錨支護的類型三、噴錨支護的類型1、錨桿支護、錨桿支護(節理發育的圍巖常采用節理發育的圍巖常采用)：錨桿支護是有特定形式的錨桿錨固于巖石內部，錨桿支護是有特定形式的錨桿錨固于巖石內部，把原來不夠完整的圍巖固結起來，從而增加圍巖的把原來不夠完整的圍巖

25、固結起來，從而增加圍巖的整體性和穩定性。整體性和穩定性。錨桿工作原理錨桿工作原理懸吊作用懸吊作用、組合組合(銷釘銷釘)作用作用、固結固結(承拱承拱)作用作用。錨桿三種作用機制是錨桿三種作用機制是綜合發生綜合發生的。的。錨桿尺寸錨桿尺寸錨桿直徑錨桿直徑一般為一般為16-28mm，長度長度為為2-4m，鋼楔鋼楔子子長長15-23cm，間距不大于錨桿長度的二分之一，間距不大于錨桿長度的二分之一（不良圍巖不大于（不良圍巖不大于1.25m），一般與周邊垂直，能），一般與周邊垂直，能找到主結構面應盡量與之垂直。找到主結構面應盡量與之垂直。錨桿本身有各種形式，較常用的錨桿本身有各種形式，較常用的是楔縫式鋼錨

26、桿是楔縫式鋼錨桿(錨桿的嵌入端外有長錨桿的嵌入端外有長約約160-200mm，寬約，寬約3-5mm的縫的縫)。錨桿施工錨桿施工鉆孔鉆孔在孔中插入錨桿和楔子在孔中插入錨桿和楔子外端撞擊錨桿外端撞擊錨桿，使楔子擠入桿端楔縫中，使楔子擠入桿端楔縫中通過風鉆通過風鉆對錨桿外端螺帽的不斷沖擊對錨桿外端螺帽的不斷沖擊，就，就使楔使楔縫更加被擠張而嵌入孔壁巖石中縫更加被擠張而嵌入孔壁巖石中最后通過最后通過擰緊螺母擰緊螺母，對錨桿張拉，施加一定的，對錨桿張拉，施加一定的預壓應力預壓應力 為防錨桿銹蝕，通常通過為防錨桿銹蝕，通常通過預留灌漿管向孔內灌預留灌漿管向孔內灌注水泥漿注水泥漿。2、噴混凝土支護、噴混凝土支護噴混凝土支護與圍巖共同工作，改善支護工作噴混凝土支護與圍巖共同工作，改善支護工作條件，也加固了圍巖。噴混凝土能緊跟掘進工作面條件，也加固了圍巖。噴混