機窩隔離墩對三峽地下廠房開挖的影響

龍鵬偉 馬雙科 鄭亞娜

(1.西北電力設計院 陜西 西安 710075；2.西安公路研究院 陜西 西安 710054；3.西安長慶科技工程有限責任公司建筑設計部 陜西 西安 710021)

1 工程概況

三峽水利樞紐位于西陵峽中段的湖北省宜昌市境內的三斗坪，其右岸地下廠房位于白巖尖山體中，置發電機于山體內的隱蔽式電廠。三峽地下電站就是在三峽大壩右側的山體“白巖尖”內，鑿出一個大洞作為地下廠房，再在廠房內安裝6臺70萬kW裝機容量的機組發電。

三峽工程完工后，庫內蓄水水位將升至175m；而到了每年5月至10月的汛期江水猛漲的時候，為了防洪安全，必須將蓄水高度降低到145m，這就要把30m高層的蓄水白白排放掉。為什么不能將棄水變廢為寶化作電能呢？地下電站的修建構想便在專家們的腦海中跳了出來。2004年底，經國務院三峽建委批準，同意三峽地下電站土建工程開工。2005年1月，三峽地下電站經國務院相關部門批準開始施工；2012年9月工程將全部完工。

2 計算方案設計

根據三峽總公司提供的勘察設計文件，計算所用的坐標系如下：x軸與機組中心線重合，從1號機組指向6號機組，[-247 573]；y軸與廠房軸線垂直，水平指向下游為正，[-300 400]；z軸與高程坐標重合，[-250山頂]；坐標原點位于廠房軸線與靠近1號機組的端墻的交點處，開挖前后模型見圖1。

相對位移指的是測線上的測點相對于其固定點在其測線方向上的位移量。D2L3P2、D2L5P1、D2L6P2、D4L1P2、D4L6P1、D4L6P2、D5L3P2、D5L5P1、D5L5P2、D5L6P2及D6L3P2共11個測點，其中D后的數字代表監測斷面所在的機組號，L代表測線號，P代表測線上的測點號，如圖2所示。其中最后一列是點(x,y,z)相對于點(x0,y0,z0)在該測線上的位移。

根據所提供的剖面圖和坐標系，建立了有限元模型，模型考慮了以下幾條重要的結構面：F20、F32、F22 和 F84，共有節 點 數7033個，單元數19497個。材料模型均采用Mohr-Coulomb準則，材料參數見表1。

3 機窩隔墩計算結果分析

3.1 有無機窩隔墩的塑性區對比分析

機窩隔墩是指廠房下面各機組之間為減少擴挖，增強整體性而預留的不開挖部分。本章主要考慮有無機窩隔墩對廠房的影響和預留的機窩隔墩本身的情況。圖3機組縱向軸線平面塑性區圖。

有機窩隔墩的情況下，廠房底部的塑性區主要集中在機窩隔墩內部，一般被斷層穿過處要比沒有斷層穿過的要大。而無機窩隔墩情況下，塑性區下移到廠房底部，一般深度在機窩隔墩高的1/3左右；1#機組端墻下部塑性區增大；對廠房拱頂和安裝場部位影響不大。

3.2 有無機窩隔墩位移分析

圖4是無機窩隔墩情況下各測點相對位移增量圖和相對位移總增圖。測點D4L6P1是位移較大的一個測點，圖5是該點在有無機窩隔墩情況下的相對位移和絕對位移隨開挖步的比較圖。

從中可以看出：①無機窩隔墩的位移要大于有機窩隔墩情況下的位移；②在廠房完全開挖完，有機窩隔墩的相對位移量為4.44mm，而無機窩隔墩的為4.67mm，大了約5%；③在廠房完全開挖完，有機窩隔墩的絕對位移量為12.03mm，而無機窩隔墩的為15.17mm，大了約26%。因此，隔墩的存在有效減小了相對位移和累積位移量，其中無隔離墩開挖應注意第4～6開挖步相對位移增加較快；有隔離墩在第2～3開挖步位移增加較快，應引起施工注意。

3 結論

預留機窩隔墩可以減少上下游邊墻的收斂變形，增強整體穩定性，但由于隔墩承受了較多的來自上下游邊墻的擠壓荷載，產生了較大的塑性區，因此，如預留隔墩則應注意加強支護。陜西水利

[1]張小剛,唐田余.走進三峽右岸地下謎宮——三峽工程地下電站解讀[J].中國三峽建設,2005(5).

[2]長江科學院,三峽工程地下廠房區域1995年地應力測量研究報告[R].1996.

[3]劉志寶,寧海龍,張海濤.巖土工程中位移反分析方法及其進展 [J].路基工程,2006(128)∶p4.

[4]鄭宏等.關于巖土工程有限元分析中的若干問題[J].巖土力學,1995,16(3)∶p6.

[5]豐定祥,吳家秀,葛修潤.邊坡穩定性分析中幾個問題的探討 [J].巖土工程學報,1990,12(3).

[6]葛修潤,用PC型微機對巖體工程課題進行有限元分析 [C].第一屆全國計算巖土力學研討會論文集,1987.

[7]劉艷章,邊坡與壩基抗滑穩定的矢量和分析法研究[D].中國科學院研究生院博士學位論文,2007.