地下式厂房
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厂房系统施工特点、重点、难点及相应对策根据大华桥水电站地下厂房系统工程洞室布置特点、厂区工程地质条件、招标文件及现场踏勘综合分析,地下厂房系统工程施工主要有以下特点、重点、难点:一、施工特点1、厂房开挖工程量大,工期紧,为关键工期,洞室开挖必须围绕厂房展开;2、地下洞室群洞室多,布置密集,各部位开挖进度要相互协调,施工程序比较复杂;3、地下洞室群局部裂隙密集带发育,不利于洞室稳定;地下洞室群大多位于地下水位以下,洞室围岩以极微透水~弱透水岩体为主,局部洞段在裂隙发育处有渗水、滴水及线状流水等现象,存在局部涌水问题;4、施工通道比较单一,大多洞室由通风兼安全洞、交通洞派生。
二、施工重点、难点1、地下厂房洞室多、结构复杂,同时施工的工作面多,支护型式多样,工艺复杂,开挖支护工期紧,施工强度高,各洞室之间在施工中相互制约,开挖施工主要运输通道,车辆流量大;同时三大洞室(厂房、主变、尾调)开挖体型大,且布置比较集中,顶拱开挖安全问题突出。
为加快施工进度,同时保证洞室群的整体稳定和开挖安全,合理的布设施工通道,合理的安排洞室群的开挖支护施工程序是重点。
2、厂房系统洞室围岩主要由石英砂岩及板岩组成,洞室围岩整体稳定,但局部位置裂隙密集带发育,受裂隙组合切割可能形成不稳定块体(其中主厂房部位Ⅳ类围岩约占34%~40.1%,主变洞Ⅳ类围岩占45%);另外,地下厂房洞室群位于地下水位以下,主要洞室跨度大,边墙高,随着主要洞室下卧,在中、下部开挖时地下水逐渐增多,遇裂隙、挤压带可能出现涌水。
上述裂隙、地下水等都对施工有不利的影响,在开挖过程中如何保证顶拱和边墙围岩稳定,严防顶拱及边墙随机的块体坍塌是施工中的重点和难点。
3、地下厂房洞室群中,洞与洞、洞与井交叉、相贯部位较多,洞室交叉部位洞间岩层(岩柱)厚度薄,应力集中,这些部位的围岩稳定及施工安全问题突出,必须采取措施确保施工安全和围岩的稳定,这是施工中的重点。
4、不良地质洞段,高边墙及岩锚梁对最大允许质点振动速度要求高,施工中如何优化爆破参数,控制爆破单响药量,控制爆破质点振动速度,确保围岩稳定是施工中的重点。
地下厂房系统工程的施工特点、难点及对策刘连新 胡兆东 尚崇伟(中国水利水电第一工程局有限公司,吉林 长春 130062)摘要:文章通过分析地下厂房系统工程的特点,综合论述了施工中的重点、难点及应采取的相应对策,为中国水利水电第一工程局有限公司承览后续工程施工及其他类似工程提供可行的施工经验。
关键词:地下厂房系统工程;大跨度洞室;混泥土施工中图分类号:TU923 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2011)24-0055-02近几年来,随着我国水电工程的大力开发,地下厂房系统工程在高山峡谷地区和蓄能电站设计中得到了广泛应用,在厂房系统中占有相当大的比重,文章针对地下厂房系统工程施工中的特点、重点和难点及对策,浅谈几点体会。
一、地下厂房系统工程的特点1.地下厂房工程系统庞大。
地下厂房系统一般由引水系统、主、副厂房系统、尾水系统等组成。
在有限的山体内大小平洞纵横交错,平洞和竖井相贯,立体交叉,形成庞大的地下洞室群。
2.地下建筑物布置紧凑,结构复杂。
主厂房、主变室、尾调室三大洞室平行布置,母线洞与尾水管扩散段及尾水连接洞上下重合布置,尾水和引水洞平行布置,各相关洞室之间岩体厚度较小,通风洞、交通洞、排水洞等辅助洞室布置在厂房主要洞室两端和其他部位。
3.地质条件复杂。
由于厂房系统规模大,局部断层、错动带及裂隙发育等组合可形成不稳定岩块,洞室稳定性差。
部分电站厂房系统埋深大,初始地应力水平相对较高,所以洞室开挖过程中易发生岩爆,还经常受到地下水的影响。
4.工期紧,施工强度高。
地下厂房系统暗挖工程量大,且目前从招标文件来看,施工工期有越来越短的趋势。
在合同工期内,洞挖和混凝土施工月高峰强度高。
5.施工协调及衔接问题突出。
由于合同工期较紧,为了保证工期,电站各分项工程必须平行交叉作业,紧密衔接,减少各工序间的干扰。
二、地下厂房系统工程施工中的重点、难点及对策1.地下厂房系统施工相互之间关联和影响大,工期紧,合理的施工通道布置是进行大型地下工程连续快速施工的重点和难点。
瓮安县清水电站地下式厂房设计秦 宇,程梦觉(贵州省黔南州水利水电勘测设计院,贵州 都匀 558000)摘 要:建成于1992年的清水电站是贵州省水利系统试办的首座地下式水电站,设计中充分研究岩体工程地质特性,合理布置前池以下至尾水的洞室群,地下厂房设计中采用了先进的锚喷支护、岩壁吊车梁等新技术,并在防潮、排水、隔音、通风的设计中力求作到简易可行且具互补性。
工程布置紧凑,设计合理,造价低。
关键词:清水电站;地下厂房;洞室群;岩壁吊车梁;防潮;排水;隔音;通风中图分类号:T V73116 文献标识码:B 文章编号:1007-0133(2001)S0-0020-041 工程概况清水电站是乌江支流瓮安河水电梯级开发的第七级电站,流域面积833km 2,设计水头68m,设计发电引用流量915m 3/s,装机容量2@215MW,保证出力116MW,年发电量2600万kW #h,年利用小时5230h,安装2台HL -200-WJ -71配SFW2500-8/1730水轮发电机组。
电站位于瓮安县龙塘乡,距乌江江界河大桥10km,是贵州省水利系统试办的首座地下式水电站。
工程于1986年冬动工,1992年秋建成发电。
工程所在区域属亚热带高原岩溶峰丛)))沟谷地貌,河谷深切,河道狭窄。
主要构造为天文复式倒转向斜及花帚状构造。
厂区处在天文复式向斜北西翼次一级清水)))焦园向斜北西翼,地层为二叠系下统栖霞灰黑色微晶硅质灰岩,厚度大于200m,图1 清水电站地下式厂区平面布置(高程单位:m;其他为:mm)与上覆茅口组灰岩及下覆梁山组砂页岩均为整合接触,岩层走向N35b E,倾向SE,倾角40b 。
厂区范围无断层破坏,软弱结构面裂隙均为硅、钙质胶结。
经取样物理力学试验表明,硅质灰岩结构致收稿日期:2001-01-09作者简介:秦 宇(1965-),男,四川省万源市人,工程师,从事水工建筑设计工作;程梦觉(1940-),男,江西省广丰县人,高级工程师,从事水工建筑设计工作。
百色水利枢纽地下厂房设计优化方案介绍招标设计阶段百色水电站设计优化情况,重点介绍地下GIS 升压站选择、地下洞室布置、厂房防渗排水布置及洞室围岩稳定分析等方面的研究和优化情况,并对采用岩锚梁、取消伸缩节、应用钢纤维喷混凝土、雾化防护等问题进行探讨。
1设计优化概况百色水电站为地下式水电站,装机容量4×135MW,电站建筑物布置于主坝区左岸。
招标设计阶段,除将主变及升压站由地面布置改为地下布置外,电站总体布置维持初设阶段的布置格局。
水电站建筑物包括:进水口、引水隧洞、地下主厂房和主变洞及母线廊道、高压电缆廊道、灌浆排水廊道、交通洞、疏散洞、排风竖井等附属洞室、尾水隧洞及尾水渠等。
除进水口、引水隧洞、尾水渠及交通洞部分洞段等部位的岩层主要为岩性较差的榴江组硅质岩、硅质泥岩、泥岩外,其余地下厂房洞室即主厂房和主变洞及其附属洞室、尾水隧洞等均布置在岩体抗压强度较高、渗透系数较小但裂隙较发育且出露宽度仅约150m的辉绿岩带内。
招标设计阶段主要进行了以下几个方面的设计优化:(1)主变和升压站由初设的地面布置改为地下布置。
进一步开展了升压配电设备的选型和布置方案的比较,论证了采用地下GIS升压站的合理性,选择了往左岸挡水坝段出线的高压出线方案。
(2)地下厂房设置独立的防渗排水系统。
进行了厂区地下洞室群的渗流场分析,设置了独立的厂房防渗排水系统,加强了厂房渗流控制措施。
(3)尾水隧洞布置的优化。
进行了电站调保及尾水系统水力学计算,为避免明满流交替,尾水主洞由等断面顺坡式改为变断面上翘式。
(4)地下洞室布置的优化。
采用地下GIS升压站方案后,洞室布置从初设的“主厂房+尾闸室”一大一小两洞布置改为“主厂房+主变洞”两大洞室布置。
2建筑物设计优化研究2.1地下GIS升压站方案的研究虽然SF6全封闭组合电器(GIS)的性能和可靠性优于常规设备,但鉴于初设阶段时期其设备造价较高,电站升压站型式推荐采用地面敞开式升压站方案,升压配电装置采用SF6瓷柱式断路器和敞开的隔离开关等常规设备。
地下厂房梭式可逆布料机混凝土浇筑系统施工技术研究与应用摘要:我国的水电项目多集中在高山峡谷中,而水电施工项目中的地下厂房工程以其独有的结构特点使其混凝土施工难度大、干扰多,传统的混凝土浇筑手段已无法满足新时期地下厂房建设工作的需求。
基于此,我公司从减少土建与机电施工干扰,实现混凝土浇筑系统的便捷安拆及混凝土的全覆盖、无盲区快速浇筑的角度出发点,充分利用地下厂房狭小的空间特点,研制出一种新型的悬挂梭式可逆布料机混凝土浇筑系统。
关键词:地下厂房;梭式可逆布料机;混凝土浇筑;施工技术混凝土布料机浇筑系统是混凝土施工中的垂直运输手段,在实际开展地下厂房建设工作时,应当确保布料机运行状态的安全与稳定。
并应当关注于如何提高混凝土浇筑工作的质量和效率,保证地下厂房建设工作的顺利开展。
一、梭式布料机混凝土浇注系统施工技术的基本原理及操作特点为了推动地下厂房施工建设工作的有序运行,真正发挥出梭式布料机的应用价值,施工单位还应当结合这种混凝土浇筑系统的建设背景、施工原理及操作的实际特点展开分析,了解工作的目标和方向。
1、系统建设背景我公司依托乌弄龙水电站工程,以地下厂房混凝土施工为背景,对传统的布料机系统进行了详细的研究。
根据类似工程及以往的施工经验,发现传统的布料机工作系统施工操作难度比较大,施工环节复杂繁琐。
不仅容易影响施工效率,而且无法达到实际的施工建设需求。
在地下厂房施工建设工作规模不断扩大的当下,为了满足自身地下厂房建设工作的实际需求,有效提高施工工作质量和效率。
我公司技术人员自主研发设计了一种梭式可逆的布料机浇筑系统,从实际使用效果来看,这种混凝土浇筑系统在目前有着良好的应用前景。
2、基本工作原理从工作原理方面来看,梭式可逆布料机混凝土浇筑系统主要是由上料皮带机、梭式可逆供料机及梭式可逆布料机、数字程控系统四大部分组成。
其中梭式可逆布料机横跨地下厂房上下游墙,梭式可逆供料机的运输胶带系统可在悬挂式供料线桁架内移动,而且供料方向具有可逆性,依靠数字程控系统实现上料皮带机、梭式可逆供料机及布料机三大系统同步联动,从而实现地下厂房纵向无盲区供料工作的有序运行。
主厂房Ⅰ层开挖支护施工技术措施1 概述1.1 工程概况1.1.1 工程特性澜沧江糯扎渡水电站厂房系统布置在坝址左岸,由主副厂房及安装间、主变室及母线洞、出线竖井及500kV地面开关站、通风系统、厂区防渗排水系统、运输交通洞及回车场等组成。
主、副厂房及安装间工程由地下厂房、1#~9#尾水管及1#、2#空调机室组成,其中地下厂房从右至左为副安装场、机组段、主安装场和地下副厂房。
主厂房开挖分层见附图1。
主厂房主要工作内容包括:石方洞挖、喷锚支护(含预应力锚索)、排水孔、混凝土浇筑、灌浆、砖砌体、金属结构制作和安装、预埋管件、厂房初装修施工等。
主厂房建筑物工程特性及施工内容见表1,工程量见表2。
表1 厂房系统主要建筑物工程特性表建筑物名称典型开挖尺寸(长×宽×高m)数量主要施工内容地下主副厂房及安装间地下厂房副安装场20×31×84.61洞挖、砂浆锚杆、预应力锚杆、自进式锚杆、预应力锚索、对穿锚索、挂钢筋网、挂钢筋网片、喷混凝土、喷钢纤维混凝土、喷微纤维混凝土、回填灌浆、排水孔、混凝土浇筑、钢筋制安、止水、预埋件、钢网架及压型彩钢板屋面安装、砖砌体、建筑与装修等。
机组段306×31×81.61主安装场70×31×43.11地下副厂房22×29×43.111#空调机室44.5×17×10.51洞挖、砂浆锚杆、预应力锚杆、预应力锚索、挂钢筋网、挂钢筋网片、喷混凝土、喷钢纤维混凝土、混凝土浇筑、钢筋制安、砖砌体等。
2#空调机室45×18×10.51表2 厂房系统主要工程量汇总表工程项目洞挖喷混凝土喷钢纤维混凝土锚杆锚索钢锚墩混凝土浇筑单位m3m3m3根103kN.m t m3工程量84562610767394933066102084.2793.34204966工程项目钢筋回填灌浆排水孔砖砌体钢网架压型彩钢板屋面盲沟单位t m2m m3t t m 工程量15609.9236010006218328.216607.8550其中,Ⅰ层工程量统计见下表:工程项目洞挖喷混凝土喷钢纤维混凝土锚杆混凝土浇筑钢筋排水孔单位m3m3m3根m3t m 工程量923342772394983707105310001.1.2 地质条件本工程洞室主要位于弱风化~新鲜的坚硬花岗岩体(γ43~γ51)地层中,主要为块状结构或整体结构岩体。
杨家湾水电站地面与地下厂房方案比选四川省阿坝州小金县抚边河杨家湾水电站厂房在设计过程中厂房布置方案有两种方案,一种是地面厂房、另一种是地下厂房,本文通过从地形地质条件、水工建筑物布置、施工组织设计、工程占地、水土保持、工程运行安全及工程投资等方面对两种方案进行综合比较,给出两个方案的优缺点以及建议,选定最优方案,其分析结果可供同类工程设计参考。
标签:水电站;地下厂房;设计方案1、工程概况及地质条件1.1 工程概况杨家湾水电站位于四川省阿坝州小金县,为小金川支流抚边河水电梯级规划中第四级电站,上游为木坡电站,下游为猛固桥电站。
电站为Ⅲ等中型工程,采用闸坝引水式开发,引水隧洞长11366.4m,额定引用流量53.4m3/s,装机3×20MW,年发电量25752万kW.h,年利用小时数4292h。
1.2 厂址地质条件在可行性研究阶段,主要考虑地下厂房和地面厂房两种方案,两个方案布置位置均处于抚边河左岸耿大地沟下游约800m处,具体部位的地质条件分别如下:(1)地下厂房方案地质条件主厂房一带地面高程2420~2580m,地形坡度35~45°。
表层覆盖约1m厚的崩坡积的块碎石土,主要分布于周边小的冲沟一带,下伏基岩为侏倭组(T3zh)的变质砂岩与砂质板岩不等厚互层岩体,含炭质板岩。
厂房顶拱上伏岩体厚度110~140m,微新岩体厚度为厂房最大跨度的7~9倍。
侧向水平埋深130~155m。
厂房顶拱和四周厂壁均位于新鲜的侏倭组(T3zh)变质砂岩与砂质板岩夹炭质板岩不等厚互层岩体中,厂壁岩体主要为薄~互厚层状结构。
根据围岩分类评判标准,顶拱、长轴边墙主要为Ⅲ类,短轴边墙为Ⅳ类,具备地下厂房的开挖条件。
(2)地面厂房方案地质条件厂房外侧紧靠主河道,傍山侧为一凹槽地形,溝口宽度8~10m,切割深度3~5m,冲沟沟口覆盖层厚度2~3m,组成物质为坡洪积堆积之块碎石土,下伏基岩为三叠系侏倭组(T3zh)之变质砂岩与砂质板岩不等厚互层岩体,且以砂质板岩为主,岩层产状为N45°W/NE∠85°。
地下厂房系统开挖程序及方法主厂房开挖:⑧施工支洞交面→主厂房左端上层进洞→②施工支洞开挖支护施工→主厂房右端上层进洞→主厂房岩锚梁开挖支护施工→进厂交通洞→主厂房中层开挖支护→③施工支洞开挖支护→主厂房下层开挖支护→尾水洞贯通→肘管段开挖支护。
主变室开挖:主变顶拱施工支洞(兼排风洞)开挖支护→主变室上层开挖支护→纵向降坡→主变室中层开挖支护→母线洞开挖。
1、厂房、主变室平行布置,先开挖厂房顶拱,主变室顶拱待厂房顶拱开挖支护完成后再进行开挖。
2、对主副厂房、安装间及空调机房开挖,根据洞室稳定需要、施工质量及施工进度要求、施工机械设备性能等分层、分部开挖,每层开挖过程中,及时按施工详图和监理的指令进行支护。
3、厂房岩壁吊车梁混凝土浇筑前,确保厂房IV层的开挖全部完成。
母线洞靠近主厂房侧10m范围的洞挖支护完成,已作好洞口的锁口支护。
为避免母线洞开挖占用厂房直线工期,拟提前利用主变运输洞穿过主厂房进入母线洞开挖掌子面,进行母线洞开挖。
4、进场后即安排主变运输洞的开挖支护,为母线洞的提前开挖提供条件。
5、厂房第VI层开挖前,引水平洞岔管段开挖完成,且已做好洞口锁口支护,厂房第Ⅷ层开挖前,确保尾水管开挖完成且已做好洞口锁口支护。
6、厂房相应高程的排水廊道先于厂房的开挖支护进行,达到降低地下水位,提高围岩稳定的目的。
7、在渗漏集水井正导井形成前,完成6#机左端墙与渗漏集水井之间的主厂房渗排廊道的开挖支护,为渗漏集水井的扩挖出渣创造条件。
一.上、下平洞段开挖(1)施工方法引水洞上平段的开挖与支护施工,在⑤施工支洞开挖支护完成后进行,下平段开挖与支护施工,在①施工支洞交付使用且①施工支洞延长段贯通后进行。
上平段开挖时,优先向⑤施工支洞下游竖井方向开挖,下平段优先向①施工支洞上游游竖井方向开挖,尽早为反井钻的施工提供工作面。
然后从⑤施工支洞向引水上平段开挖,①施工支洞向引水下平段开挖。
岔管开挖顺序为,先开挖形成近端的③、①大岔管,然后向远端继续开挖,形成④、②小岔管。
某水电站地下厂房施工方案目录第一章总说明 (2)第二章施工规划 (5)第三章施工总布置 (6)第四章施工期水流控制 (29)第五章施工通道及支洞设置 (33)第六章排风洞、交通洞工程 (38)第七章地下厂房工程施工 (48)第八章调压室和压力管道工程 (58)第九章出线洞及辅助洞室工程 (65)第十章尾水系统工程 (74)第十一章主变室及GIS楼、场内公路工程 (82)第十二章钻孔、灌浆工程 (87)第十三章压力钢管的制造和安装 (94)第十四章闸门及启闭机的安装 (106)第十五章原型观测 (113)第十六章施工总进度计划 (116)第十七章施工组织机构 (119)第十八章质量保证措施 (120)第十九章环境保护及文明施工 (130)第二十章施工期内外关系协调 (136)第一章总说明1.1 工程概述1.1.1 工程概况XXX水电站为引水式电站,位于XXX省甘孜藏族自治州境内,系瓦斯河干流梯级开发的第二级水电站。
闸首位于柳杨沟口上游约700m 处,厂房位于熊家沟口下游约700m 处,闸首上行约9km 至康定,厂房下行约33km 至泸定。
本工程以发电为主,无灌溉等综合利用要求。
电站共装机3 台,单机容量80MW,总装机容量为240MW。
本工程由首部枢纽、引水系统及地下厂房系统组成,工程等级为中型III 等工程,永久性主要水工建筑物为3 级,永久性次要水工建筑物为4 级,临时建筑物为5 级。
本标是本工程的第三标,主要包括调压室、压力管道和地下厂房系统。
调压室为气垫式调压室,由气垫室、水幕室及水幕室交通洞组成,气垫室和水幕室均为L 型布置,长边长72.5m,短边长3.0m,气垫室尺寸为12.0×14.74m(宽×高),水幕室尺寸为4.5×5.0m (宽×高)。
压力管道为地下埋管,主管内径4.0m,为钢板衬砌,回填混凝土厚0.6m,压力管道长483.831m,斜管的坡度为i=0.0564。
抽水蓄能电站地下厂房通风方案优化探析河北丰宁抽水蓄能有限公司河北承德068350摘要:地下厂房是抽水蓄能电站的重要组合,发挥地下厂房的功能,保持地下厂房良好的通风环境,则需要着重优化通风方案,控制好厂房内部温度与湿度,科学调整送风口的数量,改善送风口布置方案,合理控制气流参数,确保工作人员的生命安全。
本文将举例分析抽水蓄能电站地下厂房通风方案优化策略,希望能为地下厂房通风方案设计工作提供借鉴。
关键词:抽水蓄能电站;地下厂房;通风方案;优化策略对于抽水蓄能电站来说,其地下厂房有三大特征:第一,地下厂房通常深埋于地下100米以下,其周围都是岩体壁面,几乎和外界大气环境处于隔绝状态。
因为深埋地层具有恒温作用,比较潮湿,也具有冬暖夏凉的效果,所以在冬季和夏季选用的送风模式不同。
第二,地下厂房内部所安装的各种设备不同于普通工业建筑和民用建筑,其内部设备在运行过程会产生比较大的热量,有时需要做好除湿工作。
确保地下厂房设备的正常运转,按照标准要求营造厂房卫生条件,维护工作人员的生命安全,则必须控制好厂房内部环境参数。
第三,因为地下厂房外部环境与围护结构非常特殊,所以无法直接运用传统模式下的地上高大空间理论设计通风空调,同时,也给负荷计算与气流组织设计工作带来了不容小觑的挑战。
对此,应注意结合实际情况改善地下厂房通风空调系统,优化气流组织方案,融合节能理念,科学调整通风控制策略。
一、抽水蓄能电站地下厂房通风设计方法据调查了解,当前地下抽水蓄能电站地下厂房内部通风空调气流组织设计方法大致可分为两种:第一,分层空调。
第二,拱顶送风。
前者主要是采用侧送风。
后者属于一种拱顶均匀送风设计方案,这种设计方式兼具施工操作简便,能够均匀分布内部温度的优势,因而在厂房通风设计中的应用更为普遍。
龙滩水电站和白鹤滩水电站都采用了拱顶送风方式。
但不可忽视的是,地下高大空间建筑设计之前普遍缺乏送风方案,其顶部送风模式须待优化,风口布置缺乏科学性,出口风速控制不合理。
地下建筑“消防”的特殊要求一、耐火等级及防火分区划分1.民用建筑1)地下或半地下建筑的耐火等级不应低于一级。
2)地下或半地下建筑的防火分区最大允许建筑面积为500 ㎡。
3)地下或半地下建筑设备用房的防火分区最大允许建筑面积为1000 ㎡。
4)一、二级耐火等级建筑内的商店营业厅、展览厅,当设置自动灭火系统和火灾自动报警系统并采用不燃或难燃装修材料时,其每个防火分区的最大允许建筑面积应符合下列规定:设置在高层建筑内时,不应大于4000 ㎡。
设置在单层建筑或仅设置在多层建筑的首层内时,不应大于10000㎡。
设置在地下或半地下时,不应大于2000 ㎡。
5)总建筑面积大于20000 ㎡的地下或半地下商店,应采用无门、窗、洞口的防火墙、耐火极限不低于2.00h 的楼板分隔为多个建筑面积不大于20000 ㎡的区域。
相邻区域确需局部连通时,应采用下沉式广场等室外开敞空间、防火隔间、避难走道、防烟楼梯间等方式进行连通,并应符合相关规定。
2.厂房要求1)一、二级耐火等级的丙类厂房设置在地下,每个防火分区的最大允许建筑面积为500 ㎡。
2)一、二级耐火等级的丁、戊类厂房设置在地下,每个防火分区的最大允许建筑面积为1000 ㎡。
3.仓库要求1)地下或半地下仓库(包括地下或半地下室)的最大允许占地面积,不应大于相应类别地上仓库的最大允许占地面积。
2)一、二级耐火等级丙类1 项仓库设置在地下,每个防火分区的最大允许建筑面积为150 ㎡。
3)一、二级耐火等级丙类2 项仓库设置在地下,每个防火分区的最大允许建筑面积为300 ㎡。
4)一、二级耐火等级丁类仓库设置在地下,每个防火分区的最大允许建筑面积为500 ㎡。
5)一、二级耐火等级戊类仓库设置在地下,每个防火分区的最大允许建筑面积为1000 ㎡。
二、平面布置1.不能设置在地下1)托儿所、幼儿园的儿童用房和儿童游乐厅等儿童活动场所宜设置在独立的建筑内,且不应设置在地下或半地下。
2)医院和疗养院的住院部分不应设置在地下或半地下。
地下厂房支护施工方案1. 引言地下厂房是在地下进行建设的一种特殊类型建筑,通常用于承载机械设备、储存物资等用途。
由于地下厂房所处的地下环境复杂,需要进行支护施工来确保其结构的稳定性和安全性。
本文将介绍地下厂房支护施工方案,包括支护材料、支护方法以及施工过程中的安全注意事项。
2. 支护材料地下厂房支护材料主要包括以下几种: - 钢筋:用于加固地下厂房的混凝土结构,增强其抗压和抗拉强度。
- 混凝土:用于浇筑地下厂房的结构墙、地板等部位,提供承重和稳定性。
- 支撑杆:用于支撑地下厂房的侧壁,防止其坍塌。
- 地下注浆材料:用于填充地下厂房侧壁与土壤之间的空隙,加固地下厂房的支护结构。
3. 支护方法地下厂房支护的主要方法有以下几种: - 桩基础:通过打入地下深层的钢筋混凝土桩来增加地下厂房的承载力和稳定性。
- 地下连续墙:在地下厂房侧壁周围,挖掘形成深而连续的墙体,用钢筋混凝土加固,以增强地下结构的稳定性。
- 地下承台:在地下厂房底部,建设一层坚固的混凝土承台,以分担和承受地下厂房的重量,确保地下结构的稳定。
- 注浆加固:在地下厂房侧壁与土壤之间的空隙中注入特殊材料,以增加地下厂房的支撑力,提高整体稳定性。
4. 施工过程地下厂房支护施工的主要过程包括以下几个步骤: ### 4.1 地下勘察和设计在施工开始前,需要进行地下厂房的勘察和设计工作,包括地质调查、地下结构设计等,以确定合适的支护方法和材料。
4.2 地面准备工作在施工前,需要清理地下厂房周围的地面,确保施工区域的平整,为支护施工做好准备。
4.3 支护材料准备根据设计要求,准备好所需的支护材料,包括钢筋、混凝土、支撑杆等,并进行检查和质量合格评审。
4.4 施工作业根据支护设计方案,先进行桩基础的施工,打入钢筋混凝土桩,固定地下厂房的基础支撑。
然后,根据设计要求进行地下连续墙的施工,将混凝土挖掘并浇筑于地下厂房侧壁周围。
接着,进行地下承台的施工,浇筑坚固的混凝土承台,并进行必要的抹灰和防水处理。
第三节地下式厂房布置在地下洞室内的厂房称为地下式厂房,除主厂房布置在地下,主变以及开关站也往往同时布置在地下;图17-10所示为鲁布革水电站的地下厂房布置图;图17-10 鲁布革水电站布置图鲁布革水电站装机容量为600MW,共四台机组,水轮机最大水头为,额定转速为r/min,额定流量为,直径为;鲁布革水电站的地下厂房位于引水系统的尾部,见图17-10a;该电站的引水隧洞全长9382m,直径8m,引水流214;隧洞末端接其有阻抗孔的上室差动式调压井;调压井以下为两条地下高压管道,中心距35m,管道倾角为48°,管径为,每条管道的起点各布置一扇事故闸门;每条管道末端分为二支,四条支管斜向进厂向四台机组供水,在水轮机前各布置一个Φ的球形阀;鲁布革水电站地下广房的洞室布置平面图见图17-10a,厂房横剖面图见图17-10b;每台水轮机用一条内径的尾水洞出水,以便于运行和维修,洞间岩柱厚度;尾水闸门设于尾水洞中部,尾水闸门室位于地下;鲁布革水电站主变压器及开关布置于平行主厂房的主变开关洞内,电站出线由四回220kV和三回110kV组成,分别由出线洞和主变运输洞引出到出线窑洞;主变开关室底板高程为785m,在校核洪水位下冷却水能自流排出;鲁布革水电站水轮机前的球阀布置于主厂房内,在主厂房布置上采取了一系列措施减小厂房的宽度;主厂房洞室跨度为18m,高度为,地下副厂房布置于厂房一端,两者总长度为125m,全部采用喷锚支护;根据厂区的地形地质条件和实测地应力的情况,结合布置需要,确定主厂房位置距岸边约150m,处于坚硬和整体稳定性较好的岩体中,主厂房纵轴线为N45°W,与最大主应力方向保持了较小的夹角,同时与厂区内主要的两组小断层的走向也有一定的夹角;一、地下厂房布置类型采用地下厂房的水电站通常称为地下水电站;1、引水式水电站地下厂房布置类型根据地下厂房在引水系统中的位置,地下厂房有首部式、中部式和尾部式三种,即地下厂房分别位于引水系统的首部、中部和尾部;地下厂房布置类型的选择与地形、地质条件密切相关,并要考虑施工和运行条件;1首部式地下厂房;图17-11所示为首部式地下厂房的布置图;图中所示电站的引水系统,其首部位于坚固完整的玄武岩中,尾部则处在岩溶严重的石灰岩中,因而采用首部式地下厂房,使厂房坐落于稳定性好的岩体内,避免了在石灰岩中建有压引水隧洞,而代之以用无压的尾水隧洞穿过石灰岩地段;该电站地下厂房的布置反映了首部式地下厂房常见的一些特点;该电站厂房内装有两台机组,用两条竖井式压力管道直接从水库向水轮机,供水,在进水口上设快速工作闸门,省去了下端阀门;该电站的副厂房建于地面,厂房设备先运人该副厂房,再通过运输井将设备吊人地下厂房的装配场;装配场布置在两台机组的中间,从而可以加大机组和压力管道竖井的间距,这对竖井受力有利,而且使两台机组的安装运行检修互不干扰,地下厂房的高度也可得到减小;该电站运输井中设有地下厂房的通风道、母线道、电缆道以及楼梯和电梯;厂房的新鲜空气由通风道鼓人,热空气则径直由运输井排出;该电站的下游有两个梯级电站利用本电站的尾水发电,因而为了不致因本站事故检修停机影响下级电站的发电,在厂房的甫端设有一条旁通水道,旁通水道下设有消力池,本站停机时,由旁通水道将水通过尾水隧洞下泄;图17-11 首部式地下厂房首部式地下厂房的特点是不建引水隧洞,而用较长的尾水隧洞,尾水隧洞承压较小或为无压隧洞,压力管道以单元供水方式向水轮机供水,可不设下端阀门,因而可以降低造价;但这种地下厂房靠近水库,需注意处理水库渗水对厂房的影响;由于厂房的交通、出线及通风一般采用竖井,因而水电站水头过大时,采用首部式地下厂房会使厂房埋藏于地下过深,从而增加了交通、出线及通风等洞井的费用,也给施工和运行带来困难;2尾部式地下厂房;尾部式地下厂房见图17-10;这种厂房位于引水系统的尾部,靠近地表,尾水洞短,厂房的交通、出线及通风等辅助洞室的布置及施工运行比较方便,因而采用较多;3中部式地下广房;中部式地下厂房见图17-12当水电站引水系统中部的地质地形条件适宜,对外联系如运输、出线以及施工场地布置方便时,可采用中部式地下厂房;这种电站往往同时具有较长的上游引水道和下游尾水道,当引水道和尾水道均为有压时需要同时建引水调压室及尾水调压室;图17-12 中部式地下厂房图17-12中的电站水头近,采用首部式布置时地下厂房的埋深过大,而引水系统-尾部2000m范围的地段内,地面高程较低,不宜布置引水隧洞,所以不采用首部和尾部式地下厂房;该电站引水系统中部的地形和地质条件适于布置地下厂房和便于布置辅助洞井,所以采用了中部式布置方式;该电站尾水洞为无压,交通运输用平洞,通风洞为斜井,而出线则用竖井;2、坝式水电站地下厂房布置类型图17-13所示为坝式地下水电站的一种布置型式;该电站的大坝为拱坝,地下厂房位于右岸坝下约90m的山体内,内装3台300MW机组;用三条压力管道从水库向水轮机供水,三条尾水洞将水轮机尾水排向河道,每条尾水洞设一尾水调压井;地下广房洞室长m、宽25 m、高55 m;该厂房主变及开关站均设子地下,见图12-13a和图17-13b;铁路经交通平洞进到地下厂房的卸货平台;该电站地卞厂房靠近水库,为减少水库渗水影响厂房,在厂房与水库间的岩体丙设一有排水孔和排水廊道;图17-13采用土石坝的坝式地下水电站,引水系统较长,这时也可采用类似尾部式地下厂房的布置方式;二、地下厂房的洞室组成除了主厂房布置在地下洞室内之外,地下厂房还需要开挖各种洞室,以布置机电设备和作交通运输、出线以及通风的通道;1、交通运输洞和装配场交通运输洞是地下厂房的主要对外通道;交通运输洞一般采用平洞,当受地形条件限制,用平洞作交通运输洞有困难时,可采用竖井作交通运输井;运输洞或井的位置与装配场位置直接关连,两者应一起考虑确定;地下厂房的装配场可布置在主厂房一端,还可考虑布置在厂房中间机组段之间,后者除了具有图17-11首部式地下厂房有关说明中所分析的优点外,还有利于主厂房洞室高边墙的稳定;因为装配场段装配场高程以下的岩石可以保留不挖,边墙高度较两边机组段小得多,有助于整个厂房边墙的围岩稳定;除交通运输洞外,地下厂房至少还应另有一个对外交通的通道,以策安全;2.地下副厂房地下厂房中,一部分必须靠近主机的附属设备可集中布置在紧靠主机房的地下副厂房内,其他则可以利用已有洞室分散布置或放在地面副厂房内;为避免增加主洞室的跨度,地下副厂房往往设于主厂房的一端,由于中控室等电气用房最好不与装配场在同一端,地下副厂房往往布置在另一端;机组尺寸不大,围岩稳定性好时,也可将地下副厂房放在主厂房一侧,主副厂房集中布置在同一主洞室内;3、阀门洞室水轮机前设有快速阀门时,阀门往往布置在主厂房内,利用厂房桥吊吊运,以免另开阀门洞和增设专用桥吊;阀门放在厂房内,阀门爆破的后果严重,所以在阀门的设计和制造上必须确保安全;有需要时,也可将阀门布置在单独的阀门洞室内;这种布置有利于减小主厂房洞的跨度,阀门爆破的后果可以减轻,在以往的地下厂房中常有采用;在这种地下厂房中,阀门洞还设有事故排水道,在与主厂房连接的通道上还设置事故密闭门;4、尾水闸门洞室确定地下厂房机组段长度时,应使尾水管扩散段间岩体有一定的厚度,以有利于岩体稳定,需要时也可选用窄高型的扩散断面;尾水隧洞比较长时,可以采用联合出水或分组出水方式,即所有机组尾水管出水后汇合成一条尾水洞或几台机组由一条尾水洞出水;尾水隧洞不长时则采用单独出水,即一机一洞出水;每台机组尾水管出口一般均应设置尾水闸门井,上部设有尾水闸门洞室,用以吊运和操纵启闭尾水闸门;采用单独出水方式时,洞口一般需设检修闸门,尾水管出口的尾水闸门井和洞可以不设;尾水闸门洞底应高出下游校核洪水位和负荷变化时闸门井内可能出现的涌浪高度;尾水隧洞为有压而长度又较长时,尾水隧洞首部还需建尾水调压井;5、主变洞、开关洞和出线洞地下厂房主变压器和开关的位置与地形地质条件有关;在大中型地下水电站中,主变往往放在地下主变洞内,以缩短发电机母线长度,这时需采取专门的通风、排烟、防火和防爆措施,洞内设防爆门和防爆隔墙;主变洞应靠近主厂房以便于变压器的运输、安装和维修,减小母线长度;地面地形陡峻时,开关站也可放在开关洞内,这时需选用高压封闭绝缘组合电气装置;地下厂房输电线由出线洞引出,引出线为母线时即称母线洞;出线洞可以采用平洞、斜井或竖井;地下厂房内为了敷夜电缆和引出母线去主变洞,需要设置相应的电缆和母线支洞;6、通风洞地下厂房应设有完善的通风系统,包括进风洞、出风洞以及通风机室;进风洞应安排在较低的位置上,便于通过风管将新鲜空气从厂房各层的底部进入厂房;出风洞的位置则应较高,因为热空气比重轻,热空气上升经厂房顶棚上的出风管引出汇合,由出风洞排出比较方便;通风机噪声大,通\风机室应远离主、副厂房,一般可放在洞口或单独的洞室内;在地下厂房的洞室安排上,往往考虑一洞多用,减少洞数;通风洞一般应充分利用交通运输洞井大出线洞井以及无压尾水洞,例如利用交通运输洞或无压尾水洞进风,利用出线洞井出风;三、地下厂房的洞室布置1、地下厂房的位置选择地下厂房的位置选择,不仅要考虑主洞室的需要,还要兼顾各辅助洞室的要求;应尽可能将地下厂房放在地质构造简单、岩体完整坚硬、地应力较小、开挖和运行中岩体稳定以及地下水微弱的地段;地下洞室的上覆岩体应有一定的厚度;应尽量避开较大断层带、节理裂隙发育区和破碎带;此外,地表岸坡应该稳定,便于设置洞、井的出口;在地形上应考虑能缩短地下厂房对外连系的洞井线路长度;2、主洞室纵轴线方位选择地下厂房主洞室纵轴线的方位应考虑地质构造面和地应力场的情况确定;纵轴线的走应尽量与围岩中存在的主要构造弱面如断层、节理、裂隙和层面等保持较大的夹角;同时,还要分析次要构造面对洞室稳定的不利影响;在地应力方面,洞室纵轴线应与水平大主应力方向保持较小的夹角;3、洞室布置的一般要求1洞顶的最小埋藏深度,根据岩体的完整和坚硬程度,可取洞室开挖宽度的倍;2洞室的最小允许间距,与地质条件、洞室规模和施工方法有关,一般不小于相邻洞室中大者开挖宽度的倍;3洞室相交应尽量保持正交;4上下层洞室之间的岩石厚度,一般不小于洞室开挖宽度的1-2倍;5洞室布置应考虑勘探和施工的需要,尽可能互相结合;4、有限元分析在地下厂房洞室布置中的应用地下厂房洞室布置对洞室围岩的稳定有很大影响,为了安全合理地砷定洞室间距,除了工程地质评价外,目前往往需用地下洞室围岩稳定分析有限元法进行分析研究;用线弹性有限元法分析计算应用方便,化机时少,目前在工程初步计算中仍有应用;用弹性有限元法进行地下厂房洞室围岩稳定分析时,往往用拉应力区的大小进行评估;图17-14 丘吉尔瀑布地下厂房围岩拉应力区分布图弹性有限元计算结果图17-14所示为邱吉尔瀑布水电站用平面弹性有限元法计算得到的地下厂房洞室围岩拉应力区的分布图;该电站水头为313m,首部式地下厂房,总装机5220MW;内装11台机组,主厂房下游平行布置有尾水调压室,厂房主洞长297m、宽、高,厂区水平地应力与垂直地应力之比为;图17-14a;为洞室布置的初始方案,图17-14b为修正方案;计算结果表明主厂房与调压室洞室间距增大时,中间岩柱的拉应力区深度减小;调压室顶的高程降低到接近主厂房洞顶高程时,厂房顶拱下游边的局部拉应力区减小,拱顶应力场比较均匀;调压室宽度增加时,主厂房与调压室间岩柱承担的垂直荷载增大;最后采用的主厂房与调压室洞室间距为;调压室下游边墙倾斜,一方面可以减小调压室下游高边墙围岩的拉应力区,另一方面对水流条件也有利;线弹性有限元法认为介质为线弹性体,这与地下洞室围岩所处的力学性状不符合;地下厂房洞室开挖前,岩体中存在初始地应力,随着洞室的开挖和支护,围岩应力重分布;应力达到屈服准则时,岩石进人塑性状态;此外,拉应力达到抗拉强度的地方会出现拉破裂,岩体中存在的断层、软弱夹层和节理裂隙等构造对洞室围岩应力也有很大影响,沿结构面会产生剪切变形和滑移;所以,要更确切地反映围岩的应力和变位状态,必须采用非线性有限元法,如弹塑性有限元法、粘弹塑性有限元法等;采用什么岩体模型应根据围岩情况和可能确定;在非线性分析中,围岩的稳定性用塑性松弛区的大小和洞壁位移来评估;图17-15 某水电站厂房洞室围岩松弛区分布图非线性有限元分析图17-15所示为某水电站厂房洞室布置的一个方案,用非线性平面有限元计算得到的围岩松弛区分布图;四、主厂房的洞形和吊车支承结构1、主厂房的洞形主厂房洞形的确定,除要适应机组设备布置的需要外,应着重考虑围岩的稳定性和地应力的大小;主洞室最常采用的断面形状为直墙拱顶形,其边墙为垂直,洞顶为拱形,如图17-10b和图17-13b所示,适用于围岩坚固完整且地应力不大的情况,机组为立式时边墙往往很高;地应力的侧压力系数较小时,洞室开挖中洞顶容易出现拉应力,如洞顶岩体稳定性较差,抗拉强度低,侗顶岩石会出现拉破坏,在自重作用下松动岩石会塌落冒顶,拱形洞顶可改善洞顶岩体失稳的情况;洞顶岩体稳定性较差时,拱的矢跨比应取得大些;反之矢跨比可取得小一些;顶拱曲线一般为圆形和抛物线形;地应力的侧压力系数较大时,洞室开挖中侧墙容易出现拉应力;在开始开挖洞室顶拱部分的岩石时,拱顶会出现拉应力;随着洞室的向下扩大开挖,拱顶拉应力会减小和转变为压应力,而侧墙则出现拉应力并增大;如侧墙岩体稳定性较差、抗拉强度低,侧墙岩石会松动坍落而失稳;有的地下厂房为改善侧墙的稳定性,将下部直墙做成略向洞室倾斜;图17-16 椭圆形断面的厂房剖面图另一类常见的洞形为椭圆形或马蹄形断面,图17-16所示为这类洞形的一种情况;这种洞形主要用于软弱破碎的围岩,或水平地应力较大的中等质量围岩;由于应力集中的存在,洞室轮廓有突变或锐角的部位最易失稳,在洞室轮廓的确定上应尽量避免;有限元可用以分析洞室的断面形状;图17-16所示厂房采用椭圆形断面的洞室,经过有限元分析确定椭圆的长短轴之比为32,这时周壁围岩不出现拉应力;为避免出现局部拉应力和应力集中,特别要注意保持轮廓光滑,因而采用锚着式支承梁支承厂房吊顶析架,在洞壁上不开座槽,同时在施工时采用光面爆破,减少开挖面的凹凸不平度;在主厂房布置上,应特别注意紧凑合理,以减小洞室尺寸,尤其是洞室跨度;2、吊车支承结构地下厂房中的吊车支承结构除通常地面厂房中采用的吊车梁、柱这种结构型式外,还可有下面几种结构型式;1悬挂式吊车梁,见图17-17a,吊车梁悬挂在厂房顶拱的拱座上;2锚着式吊车梁,见图17-17b,吊车梁用锚杆、锚索锚固于岩壁上;3岩台式吊车梁,见图17-17C,吊车梁敷设在岩台上;4带形牛腿吊车梁,见图17-18,在整体式钢筋混凝土衬砌上伸出带形牛腿作为吊车梁;吊车梁也可直接建于钢筋混凝土衬砌墙顶;悬挂式、锚着式和岩台式吊车梁结构的最大优点是不建吊车柱,可在厂房洞室尚未向下扩大开挖时提前施工吊车梁,提早组装吊车,还可以减小厂房的开挖跨度;五、地下厂房支护结构地下厂房洞室的永久性支护结构,其作用是提高或充分发挥围岩自身的承载能力,确保围岩稳定,防止岩壁风化,阻止岩块脱落和阻截地下水进人厂房等;洞室围岩完整、密致、干燥、稳定性好时可不建永久性支护结构;地下厂房洞室常用的支护结构型式有以下几种;1、喷锚支护水电站地下厂房中近年来广泛采用喷锚作永久性支护结构;喷锚支护的措施有喷混凝土、钢筋网喷混凝土、锚杆、预应力锚杆和预应力锚索等;喷混凝土的作用是粘结松散岩石颗粒,充填裂缝和凹陷,减少洞室岩壁的应力集中;钢筋网喷混凝土可提高喷层的承载力;锚杆可以将围岩松弛区的岩块连成整体,提高洞室围岩传递应力的能力,在洞顶围岩中形成承载拱,增加层面及裂隙面上的粘结力和摩擦力;喷锚支护为柔性支护结构;它的优点是可以适应和调整围岩的变形,从而可以充分利用岩体本身的承载能力,减小支护结构承受的围岩压力;喷锚支护施工方便,可以及早地发挥支护作用,可以根据围岩变形发展的情况及时调整支护参数,充分利用支护结构的承载能力,便于分次实施;喷锚支护结构的待定参数有喷层的厚度、锚杆的直径、间距和长度等等;参数的确定目前主要是根据围岩类别和工程类比先初步确定,再在洞室开挖的过程中通过现场监测,如喷层和锚杆的应力测量、围岩变形量测以及断面收敛量测等,及时控制调整支护参数,确定是否需要实施二次喷混凝土层和提高锚杆参数;在不同的围岩中,喷锚支护结构所起的作用不完全相同,可以根据围岩的条件、失稳的机理和支护的作用,选择一定的方法,对喷锚参数进行计算确定,但是目前在喷锚参数的确定中,计算只起辅助作用;应用有限元法可以分析喷锚支护对围岩应力和稳定性的影响;图17-10中所示地下厂房完全用喷锚为永久支护结构;图17-16中所示厂房主要用喷锚支护围岩,另在岩石软弱地段每隔一定距离加建钢筋混凝土拱肋支护;该电站主厂房位于带裂隙的页岩和花岗岩中,开挖几天后立即装置锚杆和实施钢筋网喷混凝土,喷层的厚度在坚固岩石的部位为3-5cm,在软弱岩石的部位为7-10cm;2、钢筋混凝土拱肋支护单一的钢筋混凝土拱肋支护适用于稳定或基本稳定的围岩,利用设置拱肋支护的空间效应,提高洞顶围岩的稳定性;3、钢筋混凝土顶拱衬砌采用钢筋棍凝土顶拱衬砌的洞室洞顶全部用现浇钢筋混凝土衬砌,边墙如不予支护或者采用喷锚支护;这种支护结构在以往的地下厂房中最为常见,主要用于洞顶围岩稳定性差和洞顶围岩压力大的情况;采用这种衬砌的地下厂房横剖面见图17-15;由图17-15可见在顶拱衬砌的拱座处,围岩开掘较深,轮廓突变,应力集中严重,该处附近最易出现岩石松动坍塌;图17-15表示了该地下厂房用有限元分析计算得到的洞室围岩松弛区分布图,由图可见,顶拱部位的松弛区深度为2-3m,而拱座附近边墙的松弛区深度达11m;为了改善拱座附近的这种不利条件,拱的矢跨比不能过大,一般在14左右;此外,钢筋混凝土顶拱在洞室拱顶部开挖后往往立即进行浇筑,开始时顶拱主要承受垂直的围岩压力,如围岩中水平地应力较大,随着洞室的向下扩大开挖,侧墙向洞室变形位移,拱座内移,顶拱在水平围岩压力作用下,拱顶衬砌断面会产生较大的压应力,设计不周时拱顶衬砌断面处会出现压裂破坏,在顶拱衬砌结构设计中应考虑这方面的荷载;4、全断面钢筋混凝土整体衬砌全断面钢筋混凝土整体衬砌的厂房,顶拱和边墙全部用钢筋混凝土衬砌支护,见图17-18;这种支护结构应用于围岩稳定性较差、岩石松软破碎、节理发育、地下水较丰或水平围岩压力较大的情况;图17-18所示地下厂房位于泥灰岩内,不仅采用卵形洞室断面,厂房的端墙也略具拱形,每台机组的水轮机和主阀布置在各自的井内,发电机层下面井外部分的岩体保留不挖,这样厂房洞室边墙的高度得以大大减小;以上2、3和4三种支护结构为刚性支护结构;遇到复杂的地质结构时应研究采用专门的支护措施;在永久性支护结构的内侧一般顶部建有顶棚,四边建有隔墙,用以防潮、排除渗水、防止岩石碎片掉人厂房和装饰;顶棚上和隔墙背后的空间作检查岩壁和支护结构情况的通道,布置通风管,敷设排水沟管;顶棚一般吊于顶拱下,称为吊顶;有的电站地下厂房围岩很坚固,地下水很少,不设永久性支护,隔墙也仅用高1-2m的矮墙代替;。
第三节地下式厂房布置在地下洞室内的厂房称为地下式厂房,除主厂房布置在地下,主变以及开关站也往往同时布置在地下。
图17-10所示为鲁布革水电站的地下厂房布置图。
图17-10 鲁布革水电站布置图鲁布革水电站装机容量为600MW,共四台机组,水轮机最大水头为372.5m,额定转速为333.3 r/min,额定流量为53.5,直径为3.442m。
鲁布革水电站的地下厂房位于引水系统的尾部,见图17-10(a)。
该电站的引水隧洞全长9382m,直径8m,引水流214。
隧洞末端接其有阻抗孔的上室差动式调压井。
调压井以下为两条地下高压管道,中心距35m,管道倾角为48°,管径为4.6m,每条管道的起点各布置一扇事故闸门。
每条管道末端分为二支,四条支管斜向进厂向四台机组供水,在水轮机前各布置一个Φ2.2m 的球形阀。
鲁布革水电站地下广房的洞室布置平面图见图17-10(a),厂房横剖面图见图17-10(b)。
每台水轮机用一条内径5.8m的尾水洞出水,以便于运行和维修,洞间岩柱厚度19.7m。
尾水闸门设于尾水洞中部,尾水闸门室位于地下。
鲁布革水电站主变压器及开关布置于平行主厂房的主变开关洞内,电站出线由四回220kV和三回110kV组成,分别由出线洞和主变运输洞引出到出线窑洞。
主变开关室底板高程为785m,在校核洪水位下冷却水能自流排出。
鲁布革水电站水轮机前的球阀布置于主厂房内,在主厂房布置上采取了一系列措施减小厂房的宽度。
主厂房洞室跨度为18m,高度为39.4m,地下副厂房布置于厂房一端,两者总长度为125m,全部采用喷锚支护。
根据厂区的地形地质条件和实测地应力的情况,结合布置需要,确定主厂房位置距岸边约150m,处于坚硬和整体稳定性较好的岩体中,主厂房纵轴线为N45°W,与最大主应力方向保持了较小的夹角,同时与厂区内主要的两组小断层的走向也有一定的夹角。
一、地下厂房布置类型采用地下厂房的水电站通常称为地下水电站。
1、引水式水电站地下厂房布置类型根据地下厂房在引水系统中的位置,地下厂房有首部式、中部式和尾部式三种,即地下厂房分别位于引水系统的首部、中部和尾部。
地下厂房布置类型的选择与地形、地质条件密切相关,并要考虑施工和运行条件。
(1)首部式地下厂房。
图17-11所示为首部式地下厂房的布置图。
图中所示电站的引水系统,其首部位于坚固完整的玄武岩中,尾部则处在岩溶严重的石灰岩中,因而采用首部式地下厂房,使厂房坐落于稳定性好的岩体内,避免了在石灰岩中建有压引水隧洞,而代之以用无压的尾水隧洞穿过石灰岩地段。
该电站地下厂房的布置反映了首部式地下厂房常见的一些特点。
该电站厂房内装有两台机组,用两条竖井式压力管道直接从水库向水轮机,供水,在进水口上设快速工作闸门,省去了下端阀门。
该电站的副厂房建于地面,厂房设备先运人该副厂房,再通过运输井将设备吊人地下厂房的装配场。
装配场布置在两台机组的中间,从而可以加大机组和压力管道竖井的间距,这对竖井受力有利,而且使两台机组的安装运行检修互不干扰,地下厂房的高度也可得到减小。
该电站运输井中设有地下厂房的通风道、母线道、电缆道以及楼梯和电梯。
厂房的新鲜空气由通风道鼓人,热空气则径直由运输井排出。
该电站的下游有两个梯级电站利用本电站的尾水发电,因而为了不致因本站事故检修停机影响下级电站的发电,在厂房的甫端设有一条旁通水道,旁通水道下设有消力池,本站停机时,由旁通水道将水通过尾水隧洞下泄。
图17-11 首部式地下厂房首部式地下厂房的特点是不建引水隧洞,而用较长的尾水隧洞,尾水隧洞承压较小或为无压隧洞,压力管道以单元供水方式向水轮机供水,可不设下端阀门,因而可以降低造价。
但这种地下厂房靠近水库,需注意处理水库渗水对厂房的影响。
由于厂房的交通、出线及通风一般采用竖井,因而水电站水头过大时,采用首部式地下厂房会使厂房埋藏于地下过深,从而增加了交通、出线及通风等洞井的费用,也给施工和运行带来困难。
(2)尾部式地下厂房。
尾部式地下厂房见图17-10。
这种厂房位于引水系统的尾部,靠近地表,尾水洞短,厂房的交通、出线及通风等辅助洞室的布置及施工运行比较方便,因而采用较多。
(3)中部式地下广房。
中部式地下厂房见图17-12当水电站引水系统中部的地质地形条件适宜,对外联系如运输、出线以及施工场地布置方便时,可采用中部式地下厂房。
这种电站往往同时具有较长的上游引水道和下游尾水道,当引水道和尾水道均为有压时需要同时建引水调压室及尾水调压室。
图17-12 中部式地下厂房图17-12中的电站水头近40.0m,采用首部式布置时地下厂房的埋深过大,而引水系统-尾部2000m范围的地段内,地面高程较低,不宜布置引水隧洞,所以不采用首部和尾部式地下厂房。
该电站引水系统中部的地形和地质条件适于布置地下厂房和便于布置辅助洞井,所以采用了中部式布置方式。
该电站尾水洞为无压,交通运输用平洞,通风洞为斜井,而出线则用竖井。
2、坝式水电站地下厂房布置类型图17-13所示为坝式地下水电站的一种布置型式。
该电站的大坝为拱坝,地下厂房位于右岸坝下约90m 的山体内,内装3台300MW机组。
用三条压力管道从水库向水轮机供水,三条尾水洞将水轮机尾水排向河道,每条尾水洞设一尾水调压井。
地下广房洞室长121.5 m、宽25 m、高55 m。
该厂房主变及开关站均设子地下,见图12-13(a)和图17-13(b)。
铁路经交通平洞进到地下厂房的卸货平台。
该电站地卞厂房靠近水库,为减少水库渗水影响厂房,在厂房与水库间的岩体丙设一有排水孔和排水廊道。
图17-13采用土石坝的坝式地下水电站,引水系统较长,这时也可采用类似尾部式地下厂房的布置方式。
二、地下厂房的洞室组成除了主厂房布置在地下洞室内之外,地下厂房还需要开挖各种洞室,以布置机电设备和作交通运输、出线以及通风的通道。
1、交通运输洞和装配场交通运输洞是地下厂房的主要对外通道。
交通运输洞一般采用平洞,当受地形条件限制,用平洞作交通运输洞有困难时,可采用竖井作交通运输井。
运输洞或井的位置与装配场位置直接关连,两者应一起考虑确定。
地下厂房的装配场可布置在主厂房一端,还可考虑布置在厂房中间机组段之间,后者除了具有图17-11首部式地下厂房有关说明中所分析的优点外,还有利于主厂房洞室高边墙的稳定。
因为装配场段装配场高程以下的岩石可以保留不挖,边墙高度较两边机组段小得多,有助于整个厂房边墙的围岩稳定。
除交通运输洞外,地下厂房至少还应另有一个对外交通的通道,以策安全。
2.地下副厂房地下厂房中,一部分必须靠近主机的附属设备可集中布置在紧靠主机房的地下副厂房内,其他则可以利用已有洞室分散布置或放在地面副厂房内。
为避免增加主洞室的跨度,地下副厂房往往设于主厂房的一端,由于中控室等电气用房最好不与装配场在同一端,地下副厂房往往布置在另一端。
机组尺寸不大,围岩稳定性好时,也可将地下副厂房放在主厂房一侧,主副厂房集中布置在同一主洞室内。
3、阀门洞(室)水轮机前设有快速阀门时,阀门往往布置在主厂房内,利用厂房桥吊吊运,以免另开阀门洞和增设专用桥吊。
阀门放在厂房内,阀门爆破的后果严重,所以在阀门的设计和制造上必须确保安全。
有需要时,也可将阀门布置在单独的阀门洞(室)内。
这种布置有利于减小主厂房洞的跨度,阀门爆破的后果可以减轻,在以往的地下厂房中常有采用。
在这种地下厂房中,阀门洞还设有事故排水道,在与主厂房连接的通道上还设置事故密闭门。
4、尾水闸门洞(室)确定地下厂房机组段长度时,应使尾水管扩散段间岩体有一定的厚度,以有利于岩体稳定,需要时也可选用窄高型的扩散断面。
尾水隧洞比较长时,可以采用联合出水或分组出水方式,即所有机组尾水管出水后汇合成一条尾水洞或几台机组由一条尾水洞出水。
尾水隧洞不长时则采用单独出水,即一机一洞出水。
每台机组尾水管出口一般均应设置尾水闸门井,上部设有尾水闸门洞(室),用以吊运和操纵启闭尾水闸门。
采用单独出水方式时,洞口一般需设检修闸门,尾水管出口的尾水闸门井和洞可以不设。
尾水闸门洞底应高出下游校核洪水位和负荷变化时闸门井内可能出现的涌浪高度。
尾水隧洞为有压而长度又较长时,尾水隧洞首部还需建尾水调压井。
5、主变洞、开关洞和出线洞地下厂房主变压器和开关的位置与地形地质条件有关。
在大中型地下水电站中,主变往往放在地下主变洞内,以缩短发电机母线长度,这时需采取专门的通风、排烟、防火和防爆措施,洞内设防爆门和防爆隔墙。
主变洞应靠近主厂房以便于变压器的运输、安装和维修,减小母线长度。
地面地形陡峻时,开关站也可放在开关洞内,这时需选用高压封闭绝缘组合电气装置。
地下厂房输电线由出线洞引出,引出线为母线时即称母线洞。
出线洞可以采用平洞、斜井或竖井。
地下厂房内为了敷夜电缆和引出母线去主变洞,需要设置相应的电缆和母线支洞。
6、通风洞地下厂房应设有完善的通风系统,包括进风洞、出风洞以及通风机室。
进风洞应安排在较低的位置上,便于通过风管将新鲜空气从厂房各层的底部进入厂房。
出风洞的位置则应较高,因为热空气比重轻,热空气上升经厂房顶棚上的出风管引出汇合,由出风洞排出比较方便。
通风机噪声大,通\风机室应远离主、副厂房,一般可放在洞口或单独的洞室内。
在地下厂房的洞室安排上,往往考虑一洞多用,减少洞数。
通风洞一般应充分利用交通运输洞(井大出线洞(井)以及无压尾水洞,例如利用交通运输洞或无压尾水洞进风,利用出线洞(井)出风。
三、地下厂房的洞室布置1、地下厂房的位置选择地下厂房的位置选择,不仅要考虑主洞室的需要,还要兼顾各辅助洞室的要求。
应尽可能将地下厂房放在地质构造简单、岩体完整坚硬、地应力较小、开挖和运行中岩体稳定以及地下水微弱的地段。
地下洞室的上覆岩体应有一定的厚度。
应尽量避开较大断层带、节理裂隙发育区和破碎带。
此外,地表岸坡应该稳定,便于设置洞、井的出口。
在地形上应考虑能缩短地下厂房对外连系的洞井线路长度。
2、主洞室纵轴线方位选择地下厂房主洞室纵轴线的方位应考虑地质构造面和地应力场的情况确定。
纵轴线的走应尽量与围岩中存在的主要构造弱面如断层、节理、裂隙和层面等保持较大的夹角。
同时,还要分析次要构造面对洞室稳定的不利影响。
在地应力方面,洞室纵轴线应与水平大主应力方向保持较小的夹角。
3、洞室布置的一般要求(1)洞顶的最小埋藏深度,根据岩体的完整和坚硬程度,可取洞室开挖宽度的1.5-3倍。
(2)洞室的最小允许间距,与地质条件、洞室规模和施工方法有关,一般不小于相邻洞室中大者开挖宽度的1-1.5倍。
(3)洞室相交应尽量保持正交。
(4)上下层洞室之间的岩石厚度,一般不小于洞室开挖宽度的1-2倍。
(5)洞室布置应考虑勘探和施工的需要,尽可能互相结合。
4、有限元分析在地下厂房洞室布置中的应用地下厂房洞室布置对洞室围岩的稳定有很大影响,为了安全合理地砷定洞室间距,除了工程地质评价外,目前往往需用地下洞室围岩稳定分析有限元法进行分析研究。