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溪洛渡电站设计中的重大技术问题研究（下）
3.3 坝体应力分析、(1)应力控制标准 应力控制标准系根据《混凝土拱坝设计规范》和《水工建筑物抗震设计规范》的有关规定，以国内外高拱坝容许应力标准为基础，结合我国近期高拱坝的建设经验及溪洛渡拱坝工程特点，本着安全可靠、经济合理、施工方便等要求而确定的。溪洛渡拱坝应力分析以拱梁分载法为主。相配套的容许应力控制标准见表2和表3。
(2)坝体应力分析
坝体应力分析以多拱梁法为主，有限元法及模型试验为辅。通过对各种工况包括施下：期的坝体应力分析以及甚础特性等参数的敏感性分析，拱坝应力分布良好，应力水与二滩拱坝相当，不仅满足设汁要求，而且对基础变模的浮动具有较好的适应能力。坝身设有表孔、中孔后，对大坝整体应力分布从拱坝整体稳定无影响，仪导致孔口附近局部应力集中，通过配筋即可解决。大坝混凝土强度以R180 350控制。
采用拱梁分载法(9拱17梁)，在荷载基本组合工况和特殊荷载组合工况下，坝体应力位移汁算成果见表
4、表5
从计算结果可知：
在基本组合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工况作用下，坝体最大径向位移12.6cm，坝基河床最大径向位移3.8Cm，坝体位移平顺光滑；坝休应力状态良好，坝体大部分处于受压状态，只在中部高程坝踵部位局部出现拉应力，最大主拉、主压应力值满足应力控制标准。说明抛物线体型设计符合要求。
在特殊荷载组合工况下，坝体应力满足应力控制标准，应力分布规律及最大位移、最大应力出现部位与基本组合相似，主要差别在于上游坝踵拉应力增大，增幅约30％。线弹性有限元法计算结果表明：坝体位移对称、均匀与拱梁分载法计算成果一致；坝体拉应力主要受上游面控制，从拉应力区分布及拉应力值综合判断，坝体拉应力满足设计要求；坝体压应力主要受下游面控制，从压力区分布及压应力值总和判断，坝体压应力满足设计要求。
3.4 坝肩稳定分析
从坝址区的地形地质分析，对拱坝坝肩稳定有利，主要表现为：河谷狭窄，地形完整对称，山体雄厚；坝肩出露的岩体为坚硬、完整的去武岩，具有较高的强度。坝肩岩体内无特定的陡倾角结构面发育，只有稀疏、短小、挤压紧密的陡倾角裂隙发育(其连通率
溪洛渡水电站坝址河谷形态为对称的窄“U”型，枯水期水面宽70～1lOm，河床420m高程以下的坡度较缓，仅为20°～25°，420m以上则为55°～75°陡坡。从适应河谷形态，减少岸坡的开挖，增加底板稳定的安全度考虑，采用反拱形底板水垫塘。
为研究水垫塘内的水流特性，专门制作了枢纽整体模型，并开展了反拱型水垫塘底板的整体稳定和局部稳定的试验研
究，得出以下结论：
①反拱型水垫塘的流态与平底板水垫塘没有本质的区别，坝身多股射流，在水垫塘内形成复杂的流动结构，塘内水流紊动和混掺剧烈，消能比较充分。采用先进的测试手段，细致地分析了水垫塘复杂的三元流动结构，按照不同的受力情况对水垫塘各部位进行适当的保护，可以保证工程的安全运行。②反拱型底板的受力特性与平底板不同。平底板块以升浮稳定为控制条件，其抗力主要是单块的自重和锚固力，一旦止水破坏，抽排系统失效，动水压力沿裂缝传到板块底部，对底板稳定形成直接危险，特别是水垫塘动水压力较大的水舌入水区，容易产生底板块失稳。反拱型水垫塘底板，当动水压力产生的上举力超过底板块自重时，底板块间形成拱，靠拱端产生的推力来维持其稳定。反拱型底板在上举力作用下产生的推力在摩擦力和锚筋剪切的力的耗损下传至拱底，因此拱端产生的推力不会很大，拱座容易保持稳定。③反拱各底板块上举力相关性差，各单块底板稳定失稳受相邻两块底板制约大，从而保证了各单块底板有足够大的稳定性；反拱型底板较之平底板有更大的安全度，在模型上不设抽排和止水措施，也末见底板块发生失稳。
(3)大泄量的“龙落尾”泄洪隧洞
溪洛渡工程40％的泄量山两岸多条泄洪洞负担，单洞泄量高达4 000m3/s。泄洪隧洞分流后可减轻坝下消能防冲的负担和泄洪雾化的影响，增大枢纽泄洪设施运行的灵活性利可靠性。由于水库设有46.5亿m3防洪库容，汛期库水位基本上要维持在560m运行，汛期泄洪设备主要为泄洪洞和坝身深孔。泄洪洞加上部分机组运行可以宣泄常年洪水。因此，对泄洪洞的安全运行要求颇高。
根据枢纽布置，泄洪隧洞长1.3～1.8km，平面上布置要转弯，泄洪洞水头高，反弧段流速达45m/s以上。在总结国内外大型泄洪洞设计和运行经验的基础上，提出进口为有压段，后经地下工作闸门室接无压洞，无压洞洞内“龙落尾”型式，将总能量的80％左右集中在尾部占全洞洞长的15％的洞段之内。泄洪隧洞洞内流速大多控制在25m／s左右，仅在龙落尾段流速才由25m／s增加至反弧段末端的45m/s。这种布置型式的优点：绝大多数洞段由于流速低，不致产生空化空蚀，衬砌要求低；高速水流集中，减少衬砌工程量，增加了洞身运行的安全度。由于出口水流流速较大，挑射水舌能挑至主河床，水流归槽条件好；加之高流速无压段短且与大气连通条件好，水流表层自掺气充分，提高了水流的空化数，增加高流速段抗空化空蚀能力。
(4)将一条导流洞改建为泄洪洞溪洛渡电站采用全年断流围堰隧洞导流的导流方式，左布岸各设3条18mX20m导流隧洞。其中左右岸各2条导流洞拟与厂房尾水洞相结合，将剩下的2条中的1条改建为泄洪隧洞。山于水头高(约200m)、泄量大(3000m3/s)、技术难度大，在“八五”、九五”攻关基础上，进行了多种体型的对比试验，深入研究改建中存在的关键技术难题，提出采用竖井旋流与孔板消能整流相结合的消能方式和竖井与洞塞相站合消能的方式，并经模型试验验证，消能率达90％，洞内流速控制在25m/s左右，这两种改建方式都是可行的。由于导流洞结合段内流速低、压力小，在结构上不需要作特殊处理，完全可以利用原导流洞。竖井段结构简单，投资不入片：可以提前施了，改建占用直线工期少，因此被设计采纳。
枢纽整体模型试验和单体水力模型试验表明，这会枢纽泄洪建筑物的设计方案，其泄洪能力、消能效果和布置格局是安全可行的，完全可以在遭遇特大洪水时投入使用。
3.7 超大型地下洞室群设计
溪洛渡水电站装机容量12 600MW，发电厂房分左、右两岸对称布置。每个厂房各装机9台，单机700MW。左、右岸地下工程包括地下厂房、主变室、尾水调压室、引水隧洞、尾水隧洞、母线洞、电缆竖井以及交通洞、通风洞等辅助洞室，形成规模巨大的地下洞室群。主厂房尺、(长X宽X高)430.3mX28.4mX75.1m，地下洞室总开挖量近1 500万m3，超过已建的二滩、拉格朗德二级以及丘吉尔电站地下厂房。厂区洞室多、尺寸大、布置密集、立体交叉，在世界上是没有先例的。参见图3。
在地下工程的设计中，工程布置、围岩稳定评价以及加固处理措施等都属关键技术问题，对工程建设的安全性和经济性影响甚大，设计给予了充分重视。溪洛渡工程两岸地下厂房洞室群的水平和垂直埋深均大于300m。围岩新鲜坚硬、完整性好，呈块状结构，断层不发育，以Ⅰ、Ⅱ类围岩为主，围岩成洞条件好。初始地应力场以构造应力为主，最大主应力为15.0～20.0MPa属中等地应力水平。岩层近水平展布、垂直裂隙不发育，主要构造形迹为近水平的岩流层层间层内构造错动带。岩体内地下水活动弱，透水性低，水文地质条件相对较简单。两岸均具备修建大型地下洞室群的良好工程地质条件。
缓倾角层间、层内错动带对大跨度顶拱、高边墙及洞室交叉部位围岩的稳定不利。影响围岩稳定的因素很多，结构面的组合、地下水的运移规律、施工程序、开挖方法、围岩力学参数等都有一定的不确定性，这些不确定因素给超大型地下洞室群的设计、施工及围岩临时与永久支护带来极大的困难。在溪洛渡工程的研究设计中，结合“九五”国家科技攻关和特殊专题研究，开展了前所未有的分析、试验研究工作，重点研究地下厂房洞室群围岩稳定与支护、合理的施工顺序、无支护时围岩静力稳定特性、有支护时围岩静力稳定特性(包括弹塑性损伤有限元分析、FLAC3D拉格朗日元分析及三维地质力学模型试验)和洞室群的抗震稳定分析。建立了地下洞室群的动力分析系统和施工动态仿真分析模拟系统。利用这些先进方法和手段能充分考虑优化开挖顺序、确定加锚支护参数、施工爆破参数，对地下厂房洞室群的围岩稳定作出合理的评价，使地下厂房的设计有较大的提升和突破。结束语
成都勘测设计院积几十年的经验，集中优势力量，针对工程规模大、技术难度高、设计周期短等问题，在可研设计中注意采用国内外最新的科研成果和新技术。针对重大技术问题列出专题，与国内的科研单位和大专院校通力合作，并依托国家“九五”科技攻关，攻克了这些技术难题，保证了可研报告的质量。目前溪洛渡工程已批准立项开工，我们将在下阶段设计和工程实施的过程中，继续深化研究和落实这些重大技术问题。
