水蓄能电站厂房结构三维有限元振动分

1. 工程概况
旁多水利枢纽工程位于拉萨河中游河段，地处西藏自治区林周县，是拉萨河干流水电梯级开发的龙头水库。工程开发任务以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水。水库正常蓄水位4095.0m，总库容2.3亿m3，总装机160MW，多年平均发电量5.76亿kW.h。
旁多水利枢纽工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型，枢纽由大坝、泄洪洞、泄洪兼导流洞、引水系统、发电厂房、灌溉输水洞等组成。大坝及泄水建筑物为1级建筑物，引水发电系统、灌溉输水洞及次要建筑物为3级建筑物。灌溉输水洞设计灌溉面积23.17万亩，设计引用流量10m3/s。
工程场地地震基本烈度为Ⅷ度。大坝提高1度，按Ⅸ度设防，其他建筑物按Ⅷ度设防。
2. 灌溉输水洞区地质条件
灌溉输水洞区属高山地形，洞身穿越的恰拉山，山顶高程5400m左右，进口（拉萨河）、出口（白曲）的河谷高程均为4030m左右，相对高差约为1370m。输水洞区出露的地层主要为白垩系上统林子宗火山岩组、上三迭系～侏罗系麦垄岗群（砂岩、灰岩）及第四系松散堆积层等。输水洞区位于拉萨地块中部，属相对稳定区，区内断裂不甚发育，仅在输水洞后部且宗朗沟有墨竹工卡断裂带北支直孔断裂通过。工程场地附近地块结构比较完整，构造相对稳定，不存在具有一定规模和工程意义的断裂，不会发生地表地震破裂。
3. 灌溉输水洞设计方案研究
3.1设计方案拟定
根据输水洞区地形条件、灌区灌溉要求及控制农田断面高程，拟将库水引至林周县松盘乡涅日库村附近的澎波曲支流白曲。输水洞出口布置在白曲岸边，库区至出口直线距离约17km，洞线较长，洞身将穿越念青唐拉山支脉喀拉山。
灌溉输水洞区属高山地形，海拔均在4000m高程以上，洞身段绝大部分埋深在700m以上，沿线通风、施工支洞的布置为洞线选择的制约因素，钻爆法施工时，为减少修建施工临时道路，洞线沿林周→旁多间公路傍山折线布置，施工支洞进口布置在公路附近，TBM施工时，尽可能采用直线布置，以减小隧洞长度。
综合考虑交通条件、施工方法、施工条件、施工支洞的布置，在进口位置、地质条件总体相似的情况下，根据不同施工方法及隧洞出口位置拟定了三个洞线比选方案，分别为：方案一（TBM与钻爆法联合施工洞线方案)、方案二（钻爆法施工洞线方案A)、方案三（钻爆法施工洞线方案B)，灌溉输水洞洞线比选平面见附图1。
附图1 灌溉输水洞洞线比选平面布置图
3.2 灌溉输水洞方案设计
a）方案一：TBM与钻爆法联合施工方案
本方案采用全断面岩石掘进机（以下简称为“TBM”） 与钻爆法联合施工，洞线近乎直线布置，进口布置于扒曲右岸、坝址上游约200m靠近泄洪洞进口附近，出口布置于白曲左岸，无名沟右侧约605m山坡坡脚处，隧洞全长16.813km，纵坡1‰, 进口型式采用竖井式，底板高程4061.6m，出口底板高程4044.87m。进口洞段及出口洞段采用钻爆法施工，为圆拱直墙断面，开挖尺寸4.0m×4.0m，其余洞段采用TBM施工，为圆形断面，开挖洞径4.0m。
根据国内外长隧洞的施工经验，结合本工程的地形地质条件，布置了#1和#2施工支洞，总长约1.99km。在#1～#2支洞之间因洞身埋藏深度过大，不具备布置施工支洞或竖井的条件。
b）方案二：钻爆法施工洞线方案A
本方案采用钻爆法施工，洞线沿林周→旁多间公路折线布置，进、出口位置与方案一相同，全长20.792km，隧洞纵坡0.85‰，采用开挖尺寸为4.0m×4.0m的圆拱直墙断面。进口型式采用竖井式，底板高程4061.6m，出口底板高程4044.0m。
结合本方案的地形、地质及洞线周边的交通条件，按照“长洞短挖”的思路，布置了#1～#5临时施工支洞，采用钻爆法将输水洞分成6段开挖，各支洞控制单段主洞长度在2.69km～3.83km，5条施工支洞总长约6.04km。
c）方案三：钻爆法施工洞线方案B
本方案采用钻爆法施工，洞线沿林周→旁多间公路折线布置，全长20.084km（比方案二短708m），与方案二相比，进口位置及洞身前半段与之相同，出口位置为白曲右岸坡脚处，隧洞纵坡0.85‰，采用开挖尺寸为4.0m×4.0m的圆拱直墙断面。进口型式采用竖井式，底板高程4061.6m，出口底板高程4044.6m。
结合本方案的地形地质及洞线周边的交通条件，布置了#1～#5临时施工支洞，采用钻爆法将输水洞分成6段开挖，各支洞控制单段主洞长度在2.10km～4.09km，5条施工支洞总长约6.59km。
4. 方案比选
a）地形及地质条件
灌溉输水洞区属高山地形，各方案洞身地质条件相近，均具备成洞条件，但方案二及方案三洞线长度明显大于方案一，且方案三出口段在碎石土层内通过，成洞条件差，相比之下，方案一较优。
b）进、出口位置
三个方案进口位置相同。方案一和方案二出口位置相同，均布置在白曲左岸，洞身需穿越且宗朗沟，隧洞基岩埋深均大于50m，具备成洞条件；方案三出口布置在白曲右岸，洞身可不穿越且宗朗沟，但出口约395m洞段穿越碎石混合土层，施工相对复杂。从进、出口位置上看，方案一及方案二较优。
c）洞线布置
方案一洞线长16.813km，采用直线布置，设有2条施工支洞；方案二洞线长20.792km，方案三洞线长20.084km，均沿林周→旁多间公路傍山折线布置，分别各布置5条施工支洞以实现长洞短打。由于地形和地质条件的限制，施工支洞布置困难，支洞都具有洞长、坡陡的问题。因此，从洞线长度及施工支洞的布置上看，方案一较优。
d）施工条件
施工的难易性：与方案一相比，方案二、三全部采用钻爆法施工，施工过程相对以人工为主，机械化程度较低，施工人员的体力劳动强度较大。方案二、三在施工支洞的布置上，受地形及地质条件的限制，选择困难，施工支洞条件都不甚理想，洞长、坡陡，增加了人员、材料的运输和通风、排水、出渣等方面困难，尤其是本工程地处海拔4000m以上的高原，洞内的作业环境更差，缺氧严重，对劳动者的身心健康有着严重威胁。与方案二、三相比，方案一有10km的洞身采用TBM施工，掘进的同时完成破岩、出渣、支护等流水线作业，机械化程度高，减少了洞内人员的数量，降低了作业人员的劳动强度；但使用TBM施工，同样也存在一定的问题，譬如设备一次性投资大、设备重量大，转移和装卸运输相对困难，对工人操作的要求标准较高；TBM施工对地质地层状况变化情况比较敏感，对于长破碎带、断层、塌陷、涌水等地段的施工适应性较差。另外，目前国内外尚无在4000m以上高海拔地区使用TBM施工隧洞的实例，缺少相关经验，具有一定的技术风险。
施工安全性：与方案一相比，方案二、三全部采用钻爆法施工，容易造成应力集中，引起岩爆的发生，施工环境的安全性较差。方案一采用TBM施工段，开挖方式为机械破岩，超挖量小，对围岩扰动小，抑制了岩爆，使隧洞施工相对更安全。
因此，从施工难易程度、安全性及对劳动者的保护方面看，方案一较优。
e）环境影响方面：与方案一相比，方案二、三沿洞长布置了5个支洞，共7个工作面，不但增加了施工协调管理的难度，而且临建设施布置分散，破坏植被较多，对环境的影响较大。因此，从环境保护的角度看，方案一较优。
f）工期及投资
从工期方面比较，方案一为72个月，方案二为69个月，方案三为68个月，各方案工期基本相同。从投资方面比较，TBM与钻爆法联合施工的方案一比钻爆法施工的方案二和方案三分别多7.8千万元和7.7千万元，方案二投资最低。从投资方面看，方案二较优。
5. 结论
综上所述，各方案均满足工程向澎波灌区调水灌溉的任务要求；工程场地附近地块结构比较完整，构造相对稳定，不存在具有一定规模和工程意义的断裂，进、出口部位无较大的边坡稳定问题，洞身岩体多属Ⅱ、Ⅲ类围岩，围岩稳定性较好，具备成洞条件。
通过对洞线布置、施工条件、工期和投资等方面的综合比较，考虑到钻爆法施工虽技术上相对简单成熟，但施工支洞布置的条件差，施工通风、排水及出渣均很困难，洞内的作业环境恶劣、施工安全性低，施工人员数量多，体力劳动强度大，尽管采用TBM施工一次性投资大、成本高，且具有一定的技术风险，但它在掘进速度、施工安全条件及对劳动者的健康保证方面是钻爆法施工无法比拟的。综合比较后采用方案一，即TBM与钻爆法联合施工洞线方案。







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