南阳回龙抽水蓄能电站地下厂房设计

南阳回龙抽水蓄能电站地下厂房设计
　 史仁杰 熊 卫 孙全胜

[摘　要] 地下厂房采用一字形布置，由主洞室和尾闸室两条洞室平行布置。该电站面临着激振频率高、上部受力、基础薄弱等对抗振及结构设计十分不利的局面。通过多种工况的整体结构三维有限元动、静力分析,从而掌握了结构的受力特性,结构设计较为圆满。实践证明,地下厂房的布置和设计是合理的。
[关键词] 地下厂房 位置选择 结构设计 回龙抽水蓄能电站

南阳回龙抽水蓄能电站位于河南省南阳市南召县城东北16km的岳庄村附近回龙沟上游，是解决南阳地区的供电调峰问题而专设的调峰电站，装机规模 120MW，安装两台单机可逆混流式水泵水轮机，最大毛水头416m，最小毛水头374.4m。工程主要建筑物包括上库、下库、引水隧洞、地下厂房、地面开关站等。主体工程2001年6月开工，2004年底结束。

1 厂区布置设计

1.1 厂区地形、地质条件
电站区位于伏牛山南坡的回龙沟上游，接近分水岭部位，地形起伏较大，海拔高程在400～1 000m之间，属于中低山区。上、下库相对高差在500m左右，山体陡峻，具备了上、下库之间高差大、坡度陡、距高比小等有利地形条件。
区内出露岩体为中生代燕山晚期花岗岩，岩性致密、坚硬，力学强度高。受区域地质构造的控制，主要构造为断层和节理裂隙。区内发育大小断层共23条，其中规模较大的断层有两条，即回龙沟断层F20和岳庄断层F21。根据断层的走向划分，可归并成两组，即走向北北东和北北西，其中北北东向断层占主要。

1.2 地下厂房位置及轴线选择
厂房在输水系统中的位置，应根据地质条件、地形条件综合考虑高压输水道长度、低压尾水洞长度，以及交通、出线、通风、防潮、排水等因素，通过经济、技术、运行管理比较而定。
回龙抽水蓄能电站输水发电系统水平投影总长约1420m，0+850桩号以后，上覆岩体厚度不足50m，属III～IV类围岩区，受地形和地质构造等因素的影响，不适宜修建地下厂房。0+720桩号以前属I～II类围岩，岩体完整，适合修建地下厂房。本区域水平地应力最大，约10MPa，量级不高，远低于花岗岩的抗压强度，不是地下厂房位置选择的控制因素。根据厂区的地质情况和PD1探洞资料，设计在进行了两个方案的对比分析，论证厂房位置和厂区布置的经济性和合理性。
方案一属于首部式布置方案，厂房上游边墙桩号为0+300.0m，距竖井中心231.7m，长轴方位NE80.16°，置于裂隙L14的下盘；上游岔管桩号暂定为0+193.00(分岔交点)，距厂房107.00m；压力钢管起点桩号0+221.00，距厂房79.00m。厂房上覆岩体厚度约310m。该方案靠近上库，受上库水下渗影响较大，厂房防渗及排水工程量大，帷幕灌浆工程量可能还需增加。进厂交通洞和高压出线洞较长，增大了隧洞施工工程量及高压电缆的投资，并且与出口区的距离加大，不便于生产管理。
方案二属于中部式布置方案，上游边墙的桩号为0+556.18，距竖井中心487.88m，长轴方位NE80。16°，厂房布置在断层F25和节理密集L11之间；上游岔管桩号0+350，距厂房206m；压力钢管起点桩号0+391.00，距厂房165m。厂房上覆岩体厚度约170m。该方案的地下厂房靠近交通洞出口区，与方案一相比，进厂交通洞和高压出线洞的长度大幅度减小，同时，还取消了帷幕灌浆廊道，减少了帷幕灌浆的进尺和排水廊道的长度，而且便于生产管理。
从布置上看，方案二的厂房位置选在断层F25和L11的之间，避开L14节理密集带，厂房轴线走向NE80.16°，厂房端墙与该区域NW组长大节理也有一定的夹角，有利于厂房围岩的稳定。同时，避开了具体位置尚不确定的L36和L51节理密集带，岔管布置在L36与L15中间，最小地应力值相对较大，对岔管结构有利。从调节保证分析上看，整个输水发电系统没有出现负压，最小水锤压力值为2.89m，最大水锤压力值都在调节保证计算规范限制值范围内。从投资比较上看，两方案的差值较大，方案二比方案一少218.7万元，效益非常明显，具有较大的优越性。故设计最终选用方案二作为最终实施方案。