机窝隔离墩对三峡地下厂房开挖的影响

龙鹏伟 马双科 郑亚娜

(1.西北电力设计院 陕西 西安 710075；2.西安公路研究院 陕西 西安 710054；3.西安长庆科技工程有限责任公司建筑设计部 陕西 西安 710021)

1 工程概况

三峡水利枢纽位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，其右岸地下厂房位于白岩尖山体中，置发电机于山体内的隐蔽式电厂。三峡地下电站就是在三峡大坝右侧的山体“白岩尖”内，凿出一个大洞作为地下厂房，再在厂房内安装6台70万kW装机容量的机组发电。

三峡工程完工后，库内蓄水水位将升至175m；而到了每年5月至10月的汛期江水猛涨的时候，为了防洪安全，必须将蓄水高度降低到145m，这就要把30m高层的蓄水白白排放掉。为什么不能将弃水变废为宝化作电能呢？地下电站的修建构想便在专家们的脑海中跳了出来。2004年底，经国务院三峡建委批准，同意三峡地下电站土建工程开工。2005年1月，三峡地下电站经国务院相关部门批准开始施工；2012年9月工程将全部完工。

2 计算方案设计

根据三峡总公司提供的勘察设计文件，计算所用的坐标系如下：x轴与机组中心线重合，从1号机组指向6号机组，[-247 573]；y轴与厂房轴线垂直，水平指向下游为正，[-300 400]；z轴与高程坐标重合，[-250山顶]；坐标原点位于厂房轴线与靠近1号机组的端墙的交点处，开挖前后模型见图1。

相对位移指的是测线上的测点相对于其固定点在其测线方向上的位移量。D2L3P2、D2L5P1、D2L6P2、D4L1P2、D4L6P1、D4L6P2、D5L3P2、D5L5P1、D5L5P2、D5L6P2及D6L3P2共11个测点，其中D后的数字代表监测断面所在的机组号，L代表测线号，P代表测线上的测点号，如图2所示。其中最后一列是点(x,y,z)相对于点(x0,y0,z0)在该测线上的位移。

根据所提供的剖面图和坐标系，建立了有限元模型，模型考虑了以下几条重要的结构面：F20、F32、F22 和 F84，共有节 点 数7033个，单元数19497个。材料模型均采用Mohr-Coulomb准则，材料参数见表1。

3 机窝隔墩计算结果分析

3.1 有无机窝隔墩的塑性区对比分析

机窝隔墩是指厂房下面各机组之间为减少扩挖，增强整体性而预留的不开挖部分。本章主要考虑有无机窝隔墩对厂房的影响和预留的机窝隔墩本身的情况。图3机组纵向轴线平面塑性区图。

有机窝隔墩的情况下，厂房底部的塑性区主要集中在机窝隔墩内部，一般被断层穿过处要比没有断层穿过的要大。而无机窝隔墩情况下，塑性区下移到厂房底部，一般深度在机窝隔墩高的1/3左右；1#机组端墙下部塑性区增大；对厂房拱顶和安装场部位影响不大。

3.2 有无机窝隔墩位移分析

图4是无机窝隔墩情况下各测点相对位移增量图和相对位移总增图。测点D4L6P1是位移较大的一个测点，图5是该点在有无机窝隔墩情况下的相对位移和绝对位移随开挖步的比较图。

从中可以看出：①无机窝隔墩的位移要大于有机窝隔墩情况下的位移；②在厂房完全开挖完，有机窝隔墩的相对位移量为4.44mm，而无机窝隔墩的为4.67mm，大了约5%；③在厂房完全开挖完，有机窝隔墩的绝对位移量为12.03mm，而无机窝隔墩的为15.17mm，大了约26%。因此，隔墩的存在有效减小了相对位移和累积位移量，其中无隔离墩开挖应注意第4～6开挖步相对位移增加较快；有隔离墩在第2～3开挖步位移增加较快，应引起施工注意。

3 结论

预留机窝隔墩可以减少上下游边墙的收敛变形，增强整体稳定性，但由于隔墩承受了较多的来自上下游边墙的挤压荷载，产生了较大的塑性区，因此，如预留隔墩则应注意加强支护。陕西水利

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