三峡右岸电站24号--26号机组段厂房型式及提前施工方案研究

　　一、前　言

　　为保留抗力岩体，有利于厂房坝段深层抗滑稳定，长江水利委员会曾对三峡右岸电站24号～26号机组段厂房型式进行专题研究。研究了半地下厂房型式布置，计算分析了半地下厂房型式对厂房坝段深层抗滑稳定所起的作用，并且对提前施工的条件及提前发电的可能性进行了分析研究。研究结论表明，虽然三峡工程不采用半地下厂房型式也能保证大坝稳定，但半地下厂房型式对大坝深层抗滑稳定是非常有利的。本文对该研究成果进行简要介绍，以供类似工程参考。

　　二、三峡枢纽及右岸电站布置

　　在批准的《三峡水利枢纽初步设计报告(枢纽工程)》中，枢纽建筑物总体布置方案为：河床中部布置泄洪建筑物；两侧布置电站坝段和坝后厂房，左、右厂房分别设置14台和12台单机容量700MW的水轮发电机组，右岸预留6台机组的地下厂房；通航建筑物布置在左岸。

　　从纵向围堰坝段向有，右岸依次布置辅助安装场、15号～20号机组段、安Ⅲ段、21号～26号机组段、安Ⅱ段、安Ⅰ段及其相应的厂房坝段。辅助安装场长20m，对应坝段长15.9m，布置有4号排沙孔。

　　15号～26号机组段，每段长38.3m，基础开挖高程约22m；对应每个机组段的厂房坝段，分25m长的钢管坝段和13.3m长的实体坝段。

　　安Ⅲ段长38.3m，最低开挖高程]7m；对应坝段分2个长19.15m的安Ⅲ坝段，布置有5号、6号排沙孔。

　　安Ⅱ段长38.3m，布置有7号排沙孔和3号排漂孔；7号排沙孔坝段长24.5m，3号排漂孔的右非1号坝段长20m。

　　安Ⅰ段长28m，为厂房的人口，最低开挖高程66m。

　　厂房水轮机层高程67m，发电机层高程75.3m，尾水平台、厂坝平台、厂前区、安Ⅰ段及进厂公路高程82m，厂房顶高程114.5m。

　　二期工程导流明渠为一复式断面，总宽350m。左侧为低渠，渠底高程45m，宽250m；右侧为高渠，渠底高程58m，宽100m。右岸电站安Ⅲ段以左机组段处于低渠范围，安Ⅲ段以及21号、22号机组段处于高渠范围，23号机组段以右处于导流明渠右侧岸坡。

　　三、地形地质条件

　　1.右岸厂房坝段

　　右岸23号～26号厂房坝段，位于山体前坡，地表坡角15°～20°，地面高程85～140m。岩体风化壳较厚，为松软状态；岩性为闪长岩包裹体，含花岗岩脉，可利用基岩面高程为65～120m。地表断层发育，盲断层多见，铅直厚一般小于3m，最厚达24.5m(25号厂房坝段)。平洞中揭示的长大缓倾角结构面为潜在深层滑移面，该缓倾角结构面走向355°，倾SEE，倾角280，构造岩宽10cm，胶结较差，将影响右厂25号、26号坝段的深层抗滑稳定。

　　2.右岸厂房及尾渠

　　右岸23号机组以右厂房，位于山体前坡，为沟梁相间地貌，地面高程为80～125m，弱风化下层基岩面高程为60～100m；基岩为闪云斜长花岗岩，并有少量花岗岩脉和伟晶岩脉。断层规模较小，多数胶结亦较好，不会有大的不利影响。

　　尾渠地段风化壳较厚，弱风化下层基岩面高程为60～100m，下部以微新岩体为主，未见断层形成的不利块体，整体稳定性较好。

　　四、24号～26号机组段厂房型式

　　1.设计原则

　　尽量利用半地下厂房基础保留的抗力岩体，作为解决大坝基础长大缓倾角结构面抗滑稳定问题的措施之一。

　　研究右岸电站岸边机组段提前施工及提前发电的可能性，尽量为提前兴建的岸边机组段提供机组安装条件。

　　2.右岸大坝及电站布置调整

　　(1)半地下厂房
　　25号～26号厂房坝段基础存在长大缓倾角结构面抗滑稳定问题，其滑移模式是在厂房建基面高程22m出露时最危险。为简化处理措施，并保证大坝稳定，在相应的坝后厂房基坑一定高程以下应尽量保留抗力岩体，减少结构面临空出露的概率，以利于大坝的稳定。为此，25号、26号机组尾水管采取洞挖成型，保留尾水管之间的岩体。

　　要使机组尾水管洞挖成型，必须保证尾水管侧面具有一定岩体厚度，因此，半地下厂房机组段不能紧临开挖高程较低的明厂房机组段，必须将安Ⅱ段布置在25号机组段左侧，即原24号机组段的位置上，相应24号～26号机组段向右移一个安Ⅱ段的长度38.3m，安Ⅱ段将半地下厂房机组段与明厂房机组段分隔开，由于安Ⅱ段及其尾水渠明挖建基面高程均较高，提供了半地下厂房机组尾水管洞挖成型的可能性。这样，存在缓倾角结构面的厂房坝段下游是布置调整后的24号、25号机组段，而24号～26号机组段为半地下厂房，因此对大坝稳定是有利的。

　　为了防止对三峡枢纽排沙、排漂方案带来大的不利影响，7号排沙孔和3号排漂孔仍布置在安Ⅱ段下部。

　　(2)提前施工条件
　　所谓提前施工，这里指在二期工程施工期内施工，分土建工程和机电安装。要具备土建工程提前施工的条件，必须在导流明渠右侧预留一个挡水石埂，将需提前施工部位围在挡水石埂内，以形成干地施工条件。根据布置，位置调整后的安Ⅱ段被挡水石埂压占，不能提前施工，因而可将24号机组以右部分土建工程提前施工。

　　要具备机电提前安装条件，必须具备安装场地。因位置调整后的安Ⅱ段不能提前施工，也无法为提前施工的24号～26号机组提供机组安装场地。因此，如果要提前安装机组，必须在26号机组右侧增设一段安装场，称为新安Ⅱ段，长38.3m，安Ⅰ段相应右移。

　　增设新安Ⅱ段后，除自身的工程量外，还使得厂前区边坡整体后退，投资增加较多。

　　(3)关于提前发电
　　提前发电的概念有两个，一是提前到与二期工程同期发电，二是使三期工程提前若干时间发电。

　　①提前到与二期工程同期发电。鉴于目前导流明渠及右岸电站的布置，导流明渠以右的岸边机组，在形成挡水石埂后，大坝及厂房提前施工是可行的；在增设新安Ⅱ段后，提前装机和提前发电在安装条件及副厂房布置上也是可行的。若要提前到与二期工程同期发电，也就是说，在三期围堰未拆除之前发电，尾水出流条件是存在的，但上游进水条件存在极大问题：

　　三期基坑右侧与进水渠之间需布置纵向围堰，围堰顶高程140m，由于地形所限，预留石埂顶高程只到82m，土石围堰断面太大，无法布置，只有做碾压混凝土围堰，上游与碾压混凝土横向围堰相接，下游与大坝相接，形成三期基坑。三期工程土石方施工时，将严重危及该纵向围堰稳定，安全无法保障。

　　碾压混凝土纵向围堰底高程约75m，顶高程140m，布置在24号钢管坝段左侧，初期运行时影响24号机组进水口的过流。碾压混凝土纵向围堰在三期工程发电前需全部拆除，并且该段拦污栅需进行水下施工，影响到已发电机组的运行。

　　②三期工程提前若干时间发电。根据初步设计方案，三期工程于2007年拆除围堰，机组开始发电。由于增设纵向围堰方案不可行，需拆除围堰后才能发电；但由于提前施工、提前装机，2007年机组投入台数可由1台增加为4台，缓解了三期工程施工工期的紧张程度，从某种意义上也可以说是提前发电。或许各项工程均进展顺利，有可能提前拆除围堰，真正实现提前发电，进而实现三峡工程提前完工。

　　3.尾水系统布置型式

　　根据电站厂房地质资料，尾水成洞长度有限，加之半地下厂房为三台机组，尾水洞考虑按一机一洞布置，有压出流。下游最低尾水位为62m，尾水洞出口顶定在高程60m以下。采用三峡地下电站窄高型尾水管，高32m，宽18m，长94.56m，尾水洞断面高20.4m，宽18m。

　　从25号机组顺流向地质剖面图上看，机组中心线下游约150m处，微新岩体高程约77m，弱风化下层岩体高程约80m。尾水洞开挖宽度约20m，上覆岩体厚度约20m，相当于1倍开挖洞宽，具备成洞条件，因此，半地下厂房尾水有压洞出口按机组中心线下游150m位置布置。

　　24号机组左侧是安Ⅱ段，其下布置有排沙孔及排漂孔各一个，出口高程60m，尾水渠边坡形成高程58m的马道，再由排漂孔右边起坡。这样，24号机组尾水洞左侧最小岩体厚度约20～13m，相当于1～0.65倍尾水洞开挖洞宽。24号机组尾水洞施工时，其左侧预留的挡水石埂未开挖，岩体较厚，成洞有保证。但尾水洞开挖完成后，需在洞内对左侧岩体进行加固，并加强衬砌结构，以确保左侧边坡开挖时洞室稳定。左侧边坡开挖时，需采取控制爆破、加强支护等措施，以防危及已建工程的安全。

　　4.主副厂房布置调整

　　(1)主厂房
　　根据现有的地质资料，按左岸1号～5号厂房坝段缓倾角结构面的滑动模式，稳定控制出现在滑动面出露较低的情况。主厂房断面在高程46m处布置有贯穿全厂的交通廊道，并布置有蜗壳、压力钢管、水轮机井以及下游副厂房，因此考虑高程46m以下提供抗力，高程46m以上厂坝之间设置变形缝。对半地下厂房结构来说，高程46m以下尾水管之间保留有近20m的岩体，抗力效果较好，且对尾水管结构影响较小。

　　(2)下游副厂房
　　尾水管以下采用洞挖布置方案，为保证成洞条件，取消了高程63.5m以下的两层下游副厂房，考虑设备布置需要，在25号机组段原下游副厂房的下游侧、高程82m以下.增设了一层副厂房。

　　(3)尾水检修闸门
　　尾、水洞采用一机一洞，洞出口布置有检修闸门，由于尾水洞长度较短，取消了原布置在下游副厂房下游侧的检修闸门，对保证围岩稳定、简化厂房结构等都是有利的。

　　五、24号、25号厂房坝段稳定分析

　　根据左厂1号～5号坝段研究成果，抗滑稳定由基本组合控制，计算荷载包括坝体(岩体)自重、水压力、扬压力等。上游水位175m，下游水位62m，上游帷幕处扬压力折减系数取0.25。

　　取单个坝段为计算对象，沿底部滑面滑动，不计两侧面的阻滑力；滑动面抗剪断参数按面积加权法计算。对于单滑面情况，直接计算滑面上的抗滑稳定安全系数；对于多滑面情况，采用刚体极限平衡等K法求得安全系数。计算结果见表1。

　　右厂24号～26号坝段地质勘探的深度与左厂1号～5号坝段基本相当，计算结果表明，右厂缓倾角结构面性状比左厂好，连通率为43%～50%，比左厂的83.1%低。抗滑稳定计算结果表明，半地下厂房型式对大坝抗滑稳定十分有利，但按连通率50%计算，在大坝单独作用条件下，深层抗滑稳定安全系数已大于3.0，满足设计要求，因而大坝深层抗滑稳定并不一定要求采用半地下厂房方案。

　　六、结　语

　　①半地下厂房型式在技术上是可行的，对大坝抗滑稳定十分有利。右岸缓倾角结构面性状比左岸好，深层抗滑稳定安全系数满足设计要求，说明不必要采用半地下厂房方案。

　　②半地下厂房方案土建工程可以提前施工，机组安装如果要求提前，需增设一段安装场，增加投资较多。提前到三期围堰拆除之前发电，综合考虑是不可行的。当然明厂房也可以提前施工，并可以提前安装机组，还不必增加投资。

　　因此，既然三峡大坝稳定不需要半地下厂房方案，那么其他方面便没有理由在三峡选择半地下厂房方案。但鉴于半地下厂房型式对大坝深层抗滑稳定十分有利，其研究成果可供类似工程借鉴。　■

(作者刘宁原为长江水利委员会副总工程师(该项目负责人)，现为水利部总工程师；谢红兵、周述达为长委设计院)
责任编辑 邓淑珍