水电站地下厂房的发展探讨

张健

摘 要：随着我国水电事业的快速发展，水电站地下厂房建设的数量越来越多，其地下厂房的规模不断增大，周围的情况也变得复杂多变，因此，水电站地下厂房的发展受到水利工程开发者们的重点关注。文章通过介绍我国水电站地下厂房的情况，并结合某水电站地下厂房周围的岩石结构，运用先进的技术，模拟岩石结构的稳定性，得出相关数据，为水电站地下厂房的监测提供依据，更好的促进水电站地下厂房的发展。

关键词：水电站地下厂房；岩石结构；发展

随着我国经济和科学技术快速发展，水利水电工程已经取得很大的成就，逐渐成为世界水利发展的中心。其中，我国溪洛渡水电站被世界排名第三大水利发电站，世界最大规模的水电站地下厂房发电系统，这个水电站山体两侧都拥有着非常大规模的地下厂房，其内部有很多台水轮发电组，总装机容量也是相当庞大。我国的水电站地下厂房的特点：地下厂房的深度不断增加、边墙的高度不断加宽和断面尺寸不断增大；地下厂房的结构非常复杂；拥有自己的一套庞大的系统；水电站地下厂房的建设情况与岩石结构的稳定性紧密相连，关系着我国水利工程的发展进程。

1 水电站地下厂房的构造

水电站地下厂房工程包括主厂房、主变室、尾水调压室、引水系统、尾水排灌系统和通风系统共同组成。某水电站是一个抽水蓄能的调节型水电站，其水电站的构造由上水库、下水库、地下厂房等建筑物构成，内部有很多台水轮发电组，总装机容量超过1000MW，厂房内由主副厂房、各种水道系统等构成。

水电站地下厂房的稳定性关系其未来的发展，地下厂房的稳定性与岩石结构有着密切的关联。以前，以主干上的岩石为主要压力从而进行估计和测量，但是随着地下厂房的深度及其结构的复杂，以前的压力测量方法已经不能用于实际的工程当中，出现了以岩石散落为压力的散体压力理论；随着科技的进步，出现了利用弹塑性理论分析测量岩石压力的方法；直到六十年代，有人提出了支护和围岩共同作用的弹塑性理论，进而将围岩的各种算法、流变理论被广泛的应用到水利工程中。新出现的这种方法大大减少了岩石的破坏程度、增加了岩石的承受能力，可以加快施工的进度和增加经济收入。

2 岩石稳定的测量方法

2.1 围岩分类法

这个又被称为地质类比较法，在测量地下厂房岩石的稳定性中起着重要的作用。围岩分类方法从工程地质出发，结合实际情况，分析拟建的地下厂房的综合因素，对取得的资料进行综合分析，从而评估出来地下厂房的岩石稳定性。

2.2 解析法

在岩石稳定分析时，经常使用复变函数法来进行弹性解析，被广泛的应用到圆形隧洞的解析中。由于水电站地下厂房属于地下工程，对浅埋隧道受地表和地面边界荷载影响在数学上处理很困难，尤其对张裂状态的岩体，更加的不适用。

2.3 数值分析方法

数值分析法是理论与实验相结合，需要应用计算机技术作为依托的分析方法。以前的很多力学方法，比如古典结构力学和弹塑性力学，这些力学知识被应用到地下工程中，但存在着局限性，往往很多困难无法得到解决。数值分析法能对非常复杂的情况进行有效的分析，比如处在复杂的边界条件或者多种荷载存在的时候，数值分析方法都有着不可替代的优势。

2.4 物理模型分析法

这种分析方法和量纲分析法的原理相似，通过制作模型或者模拟实验来确定岩石的稳定性。使用物理模型分析法主要可以模拟地下厂房真实的情况，提前预测出遇到的问题，尤其是在非常重要的复杂工程中。

2.5 系统工程法

这种方法突破了传统的方法，传统的方法只是将实际的工程进行细化分析，对地下厂房岩石的结构、地质进行分析，建立数学模型。地下的工程越来越复杂，传统的方法无法克服其多变性和复杂性。这种系统工程法是将其分为很多个组成部分，再将其通过力学分析的方法将其进行系统的整合，建立起一个地下厂房内岩石稳定性控制的数学模型。这种系统工程方法与岩石力学的理论相结合，更加有效的对地下厂房做出分析。

3 水电站地下厂房的实际模型分析

（1）水电站地下厂房位于岩体中，使岩体中成为临空面，从而形成地下空间，使其原来的天然岩体发生改变。由于其原有的岩体强度和岩体之间的力度发生改变，极容易使岩体出现失稳和变形。岩体出现失稳和变形现象是造成地下厂房不安全很重的因素。

（2）工程概况介绍。水电站地下厂房有主副厂房、母线洞、主变洞和尾水闸门洞等几部分组成。主副厂房的长宽高分别为170m、22.5m、53.56m，主变洞长宽高分别问160m、76m、17.12m，其埋深均在200m以下。地下厂房的岩石结构主要由混合花岗岩石组成，贯穿在闪长沿脉、石英脉等山脉，厂房地址结构段层发育带良好，各结构断面之间没有太大的连接，工程地质很好。

（3）利用三维空间设计计算模型及其计算数据。计算模型主要指主副厂房、主变室、母线洞和尾水隧洞，将模型的相关信息使用特定的工具进行识别，并将计算模型导入到特定工具当中，进行分析。

a.坐标系选择：x轴为垂直于主厂房的方向（顺水流的方向），向下游为正；y轴为主厂房方向（垂直于水流的方向）；z轴为垂直方向，向上为正。计算范围（单位：m）为x值在-160到260之间，y值在-170到360之间，z方向取为负值，延伸至地面。b.模拟分析流程：首先，建立地下厂房、岩石围挡、断层的三维几何模型；对三维几何模型进行网格化分析；选择岩体材料的基本模型，输入地下厂房、岩石围挡、断层的相关数据；设置边界约束条件；重新设定重力方向和重力加速度的大小，同时输入岩石的密度；设定初始状态时，外界施加外力；模拟工作时，地下厂房的实际情况，输出相应的图形。根据相应的图形进行分析，预测出可能出现的状况，并及时的解决其方案。c.通过以上方法获得地下厂房的相关数据，用来判断和评估地下厂房的应用效果，并且能了解施工过程中可能遇到的情况，及时进行调整，确保其安全的运营；通过以上数据分析，可以得出其安全监测的结果，应用于理论研究和分析，从而验证当初的设计是否合理。

4 结束语

综上所述，虽然水电站地下厂房的建设过程中遇到很多的问题，但是随着科学技术的快速发展，很多问题都很好的解决，并且创造出很多先进的技术，文章当中，也对很多方法进行对比分析，并且进行总结，能够看出先进的技术应用到实际工程中表现出更加合理、细致。曾经建造出来的溪洛渡地下工程，很多专家给予了很高的评价称之为“艺术品”，其工程是世界的一大奇观，右岸地下电站更加称之为精品，是我国水电工程的骄傲之作。

参考文献

[1]卢薇.水电站地下厂房风罩结构有限元计算分析[J].甘肃水利水电技术，2012（8）.

[2]院淑芳.水电站地下厂房围岩稳定分析及安全评价[D].华北水利水电大学，2013（5）.