水电站地下厂房的发展探讨

2015-05-30 04:26张健
科技创新与应用 2015年31期
关键词:发展

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).

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