1、第十四章 地下厂房,14.1 地下厂房的优越性 (1)在深峡谷、大泄量的河道内，采用地下厂房有利于水工枢纽的总体布置。 (2)在山岩不稳定地区，厂房和压力管道可避免山坡崩坍的危害，并且具有良好的人防条件。 (3)有可能降低建筑物的工程造价。 (4)在严寒、酷热或多雨地区，厂房的施工和运行可不受气候的影响。 (5)有利于保持地面景观。,地下厂房的缺点： (1)地下岩石开挖量很大，增加了工程的开挖费用。 (2)通风、防潮、照明条件较差，要有专门措施，否则对设备和管理人员都不利。 (3)地质条件较差时，用于支护方面的费用将要增加。,14.2地下厂房的总体布置 一 、地下厂房的布置型式,根据地下厂房在
2、引水发电系统中的位置，地下水电站可分为： 首部式 中部式 尾部式,1、首部式地下厂房 厂房位于电站引水系统的首部。其特点为： 有压引水隧洞较短，尾水隧洞较长。 不设上游调压室，单元供水，可不设下端阀门。 因而可以降低造价。,首部式,2、尾部式地下厂房:厂房位于引水系统的尾部。 具有较长的引水隧洞和较短的尾水隧洞， 一般均设有上游调压室。 尾部厂房靠近地表，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。 适用水头范围较大，最高水头达1000m以上，目前高水头电站多采用尾部布置方式，我国已建成的地下水电站尾部式占70%以上。,尾部式,3、中部式地下厂房 厂房位于引水系统的中部。 上游引
3、水道和下游尾水道均较长。,中部式,二、地下厂房的洞室组成 主厂房洞室+附属洞室洞室群。 附属洞室主要布置： 1、交通运输洞 是地下厂房的主要对外通道。形式为平洞或竖井。与安装间位置直接关连，两者应一起考虑确定。,首部式,2、安装间：主厂房一端、厂房中间机组段之间。,3、地下副厂房 必须靠近主机的附属设备集中布置在紧靠主机室的地下副厂房内。 其他可以利用己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。 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。,4、主阀门洞室 可布置在主厂房内或靠近厂房上游侧的单独
4、阀门室内。,5、尾水洞、尾水闸门洞 尾水隧洞较长时，可采用联合出水或分组出水方式；尾水隧洞不长时，采用单独出水。 每台机组一般均应设置尾水闸门井，上部设有尾水闸门洞室,6、主变洞 一般倾向于布置于地下，以缩短发电机母线长度。需设专门的通风、排烟、防火防爆措施，洞内设防爆门和防爆隔墙。 布置一：主变压器洞与主厂房平行，较常用。 布置二：主变压器布置在主厂房一端。,7、开关洞 一般布置在地面，通过竖井或斜井与主变相连。 因地形限制也可将其布置在地下洞室内。地下开关站尽量利用废弃的洞室(如施工支洞、导流洞)或与其它洞室(排风洞)合用。 8、,8、出线洞 地下厂房输电线由出线洞引出，引出线为母线时即称
5、母线洞。出线洞可以采用平洞、斜井或竖井。地下厂房内为了敷设电缆和引出母线至主变洞，需要设置相应的电缆和母线支洞。,9、通风洞 进风洞、出风洞以及通风机室。 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。 通风洞一般应充分利用交通运输洞、出线洞以及无压尾水洞，例如利用交通运输洞或无压尾水洞进风，利用出线洞出风。 10、其他辅助洞室。包括排水洞、安全人行洞、施工洞等。,14.3地下厂房的布置 一、厂房位置的选择 (1)厂房位置应选择在岩性均一完整、强度高、构造单一的岩体内，并有足够的埋藏深度以利于厂房顶拱的稳定。 (2)厂房纵轴的布置方位应考虑岩体的层面、节理等结构面的产状
6、，厂房的纵轴应和这些主要薄弱面垂直或具有较大的夹角。,(3) 厂房纵轴方向与地应力的主方向的水平投影布置成交角为15-30，以减少高边墙上的水平构造地应力。 但这样布置方式，有可能使其他洞室，如母线洞、交通运输洞等与地应力的主方向垂直，从而引起这些洞室 的稳定问题。因此，必须综合分析和兼顾各种因素，力求总体上最合理。,(4)在层状围岩中，若主压应力方向与层面方向接近，则厂房的纵轴方向与层面的交角，一般不宜小于35。 (5)在深切峡谷边，由于受到地形切割的影响，山体内的地应力主方向发生很大的偏转。布置地下厂房时，厂房位置除了要避开邻近峡谷的卸荷裂隙带外，还应避开地应力集中、转折和易于发生岩爆的地
7、段。见P251图14-8。,二、厂房洞型和洞室间距选择 1、厂房洞型选择 地下厂房顶拱：做成曲线型，目前倾向采用无拱座的喷锚支护顶拱。若岩体比较完整坚硬，也可以不作支护或只作局部的喷锚支护措施。,地下厂房的边墙：一般直立。岩性较差而水平构造应力又比较大的情况则采用曲线型边墙或倾斜边墙。,2、洞室间距选择 一般在岩性较好的情况下，岩壁厚度要大于主机洞的宽度。 从机电布置要求而言，在洞室围岩稳定有保证的情况下，应尽量缩短主机室与主变洞之间的距离，以缩短母线的长度。 尾水管水平段之间以及尾水管与母线洞之间的岩壁，在布置中应设法将这一部位岩体加宽加厚。解决办法可以是采用窄而高的尾水管。,其他各种辅助洞
8、室，如交通运输洞、高压出线洞、通风洞等，在满足功能和尽量缩短长度的基础上，也应尽量避免交叉，扩大洞室间距。洞室出口应尽量布置在边坡稳定地段。,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1.52.0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最大开挖宽度的1.01.5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，不小于洞室开挖宽度的l2倍。 (5) 洞室布置应考虑勘探和施工的需要，尽可能互相结合，减少地下开挖。,三、地下厂房的开挖 大断面洞室多自上而下分层开挖。过程为：
9、 开挖顶部中间导洞横向开挖出厂房顶拱后立即做好支护用台阶法开挖下一层并做好支护。 施工方法多为钻孔爆破法，必要时可采取预裂爆破或打防震孔。,地下厂房分层开挖示意图,第层：考虑顶拱的稳定成型，便于顶拱支护施工和观测仪器的埋设、顶拱拱角网架支撑砼的施工及施工设备的工作性能，第层高度定为8.2m。 第层：该层为岩壁吊车梁的施工部位。为便于岩壁吊车梁的施工，第层开挖至岩壁吊车梁下部2m高程处，开挖高度为8.4m。 第层：该层开挖的施工通道为进厂交通洞，开挖条件较好；主变运输洞、油罐室、低压电缆洞在本层，母线洞的洞顶在此层出露，为了便于主变运输洞、低压电缆洞、母线洞的开挖，做好油罐室、低压电缆洞的锁口支
10、护和母线洞的洞顶锁口支护；此层开挖高度定为6.1m。,第层：该层施工通道仍为进厂交通洞，且此层母线洞出露，为便于此层开挖与母线洞开挖平行作业，此层开挖高度定为6.6m。 第层：该层开挖的施工通道为高压支管、压力管道施工支洞，其开挖高度取6.0m。 第层：该层与高压支管在同一层，施工通道仍为为高压支管、压力管道施工支洞，故此层开挖高度取5.0m。 第层：该层开挖与尾水隧洞联通，故将剩余部分以高压支管和尾水隧洞为施工通道，本层开挖高度为8.85m。,四、地下厂房的内部布置(自学) 14.4 地下厂房的防潮、通风和照明(不要求) 14.5 地下洞室的围岩稳定分析(不要求) 14.6 围岩稳定分析的有
11、限单元法(不要求),14.7 洞室的支护分析 一、喷锚支护的工作原理 1、喷锚支护的定义 是利用锚杆和喷混凝土进行围岩加固的总称。 两者可单独或联合使用，还可附加钢筋网。,2、喷锚衬砌的工作原理 隧洞开挖岩层平衡状态破坏，洞壁一定塑性区范围内形成了一个承重圈。此时山岩压力继续增加岩体将产生裂缝、滑移、掉块以至大面积坍塌，从而失去稳定。 在岩体变形过程中，喷锚衬砌能及时将围岩予以封闭加固，给予其一定的反力，阻止其变形的发展，可以发挥围岩的自承能力，保持围岩的稳定。 喷锚衬砌与围岩紧密联合，它具有一定的柔性，衬砌承受的载荷仅为抑制围岩继续变形所产生的压力，这种变形压力与松散压力相比要小得多。,二、
12、喷锚支护的优缺点及应用 1、优点：适用各种岩层条件，使用灵活，施工速度快，喷砼厚度也远常规砼衬砌厚度，可大大节省工程量，降低造价，缩短工期，与常用衬砌比较有支护快、顶部紧帖、柔性大等特点。 2、缺点：表面不够光滑，糙率大，尤其当开挖施工中超、欠挖较大时更难由混凝土填平。 3、应用： a.施工期临时支护及导流隧洞等临时工程。 b.永久性工程：无压隧洞的顶部部分、有压隧洞的低水头、低流速部分。,三、喷锚支护的类型 1、锚杆支护(节理发育的围岩常采用)： 锚杆支护是有特定形式的锚杆锚固于岩石内部，把原来不够完整的围岩固结起来，从而增加围岩的整体性和稳定性。,锚杆工作原理 悬吊作用、组合(销钉)作用、
13、固结(承拱)作用。锚杆三种作用机制是综合发生的。,锚杆尺寸 锚杆直径一般为16-28mm，长度为2-4m，钢楔子长15-23cm，间距不大于锚杆长度的二分之一（不良围岩不大于1.25m），一般与周边垂直，能找到主结构面应尽量与之垂直。 锚杆本身有各种形式，较常用的 是楔缝式钢锚杆(锚杆的嵌入端外有长 约160-200 mm，宽约3 -5mm的缝)。,锚杆施工 钻孔 在孔中插入锚杆和楔子 外端撞击锚杆，使楔子挤入杆端楔缝中 通过风钻对锚杆外端螺帽的不断冲击，就使楔缝更加被挤张而嵌入孔壁岩石中 最后通过拧紧螺母，对锚杆张拉，施加一定的预压应力 为防锚杆锈蚀，通常通过预留灌浆管向孔内灌注水泥浆。,2
14、、喷混凝土支护 喷混凝土支护与围岩共同工作，改善支护工作条件，也加固了围岩。喷混凝土能紧跟掘进工作面施工，缩短了围岩的暴露时间，使围岩的风化、潮解和应力松驰等不致有大的发展，堵塞渗水通道。所以喷混凝土给围岩的稳定创造了有利条件。 喷混凝土的作用 充填岩体表面张开的裂隙，使围岩结成整体。 填补不平整表面，缓和应力集中。 保护岩体表面，阻止岩块松动或被侵蚀。,喷砼支护的施工 喷混凝土施工时，应先撬除危石，清洗岩面，然后喷一层厚约1cm的小水灰比的水泥浆或厚约2-3cm的富水泥混凝土。 喷完上述底层后，即可分次喷混凝土，每次厚3-8cm。如同时采用锚杆，则可在第一层混凝土喷完后设置，必要时还可加设钢筋网，然后再喷第二、三层，直到达到预定设计厚度。喷混凝土衬砌的厚度一般不小于5cm，最大不宜超过20cm。,3、喷混凝土+锚杆支护： 用于强度不高或完整性很差的岩层。 4、喷混凝土+锚杆+钢筋网支护： 对于软弱的不良地质岩层的喷锚支护中，一般加设钢筋网以承受拉应力，提高喷混凝土层的强度，并减少温度裂缝。,四、喷锚支护能够最大限度地利用围岩的自承能力的原因： (1)及时性 (2)粘结性。 (3)柔性。 (4)深入性。 (5)密封性。 (6)灵活性。,
