常规法设计的地下厂房排水系统优化方案

图14-23　地下厂房外排水系统、28号排水洞平面布置与计算分区图

A'—A—横剖面线；Ⅰ—计算分区编号

地下厂房系统布置原则是在满足调节保证计算和机组稳定运行的前提下，尽可能使厂房靠近进水口，以缩短压力管道长度，取消调压塔，降低造价；地下厂房位置既要避开泄洪排沙建筑物，又要不影响单薄分水岭防渗帷幕和排水系统。选定的厂房位置北端距F28断层最小距离约150m，其南端距F240断层最小距离约140m，距F238断层大于260m。厂房南端与三号明流洞的最小水平距离23m，与三号排沙洞的水平距离56m，满足了相邻洞及上、下层洞室之间允许厚度的要求。厂房底板最低高程为103.60m，顶拱高程为165.05m，上覆岩体厚度为70～110m。主厂房布置在、和岩组中；主变室和尾闸室布置在岩组中。3大洞室的开挖尺寸如表14-9所示。

表14-9　厂房洞室基本情况

注　主厂房包括安装间和副厂房。

（一）岩体的透水性

与地下厂房、主变室和尾水闸室（简称地下厂房系统）建筑有关的有3 个岩组：岩组为巨厚层紫红色硅质细砂岩，夹少量薄层泥页岩（约5%），相变不大，砂岩中裂隙发育，透水性相对比较强，各向异性渗透性不太显著，总厚度约60m；岩组的上部以巨厚层紫红色泥质粉砂岩为主，下部为钙质、泥质砂岩与泥岩、砾岩等互层，裂隙不太发育，透水性相对微弱，各向异性渗透性不太显著，总厚度约30m；岩组为中厚、厚层状紫红色钙硅质细砂岩为主，夹薄层泥质粉砂岩及粘土岩，相变较小，砂岩中裂隙发育，透水性与岩组相似，总厚度约30m。

在如图14-23中所示的28号排水洞内，我们进行了系统的施工地质编录。为了解排水洞内各岩体的透水性，还作了桩号0+108～0+316间（洞向NW350°）和桩号0+316～0+483 间（洞向NE80°）的地质剖面图，在图上除表示了所遇的断层外，还特别对具有代表性的构造裂隙也予以了表示（图14-24）。从图中可以看出，这里的断层和构造裂隙都是陡倾的。同时，对两个洞向的排水洞内所遇到的结构面编制了分布密度图［图14-24（a）、图14-24（b）］。从两图可以看出，这里不同密度地分布着4组结构面，但分别来分析这两个图时就可以看出，与洞轴线呈小夹角相交的结构面，在编录中很少遇到［如图14-24（a）］，而与洞轴线呈大夹角相交的倾向NE80°～SE120°和倾向SW250°～NW320°两组结构面都有较多的分布［图14-24（b）］。同时，从两张密度图上都可以看出，这里绝大多数结构面的倾角大于80°。划分计算单元时，除了应考虑构造单元、岩性等条件外，还应考虑洞轴线方向的变化。

（二）渗流计算

计算区南以F238断层、北以F4 61断层、东以桥沟河和西以F28断层为界。整个渗流场底部以不透水的岩组为隔水层。

单薄分水岭275.0m等高线至F28断层之间为上游入渗区，下游基岩坡及消力塘构成下游排泄区，下游水位为134.65m，西沟水库按217.5m控制。

计算用有限元法，按各向同性多孔介质模型，将整个渗流场分成20 个剖面，每个剖面上布置260个结点，按不同排水幕高程、间距，分别进行了计算：

（1）在地下厂房区不设厂内外排水系统时，厂房前地下水位标高局部高达180m左右，高于厂房顶拱约15m。(www.xing528.com)

（2）有厂房内外排水系统时，厂房上游排水幕的地下水位标高在134.6～165.5m之间；右侧排水幕的地下水位标高在126.0～142.2m之间；下游排水幕的地下水位标高在126.6～133.9m之间。厂区内的地下水位标高在123.6～140.7m 间，平均为133.04m。平均地下水位在水轮机层（大体积混凝土底部标高为134.5m）以下，可满足主厂房防渗、永久性锚杆与锚索及洞室围岩稳定对地下水位的要求。

（三）地下厂房外围的地下水排水设计

渗流计算表明，水库蓄水后，在地下厂房外围上游侧的地下水位有可能上升到180m左右。在主厂房顶拱以上形成的15m 的水头是不能允许的，必须进行地下水排水。

1.排水洞

为便于地下厂房各洞室的施工，开挖了位于厂房顶拱的8 号施工交通洞，位于压力管道上平段附近的8B 号交通洞和位于主变室顶拱的33B 号交通洞。这些交通洞位于地下厂房区的左（北）侧，后将其改作为北侧排水隧洞（廊道）。其他三侧开挖28 号排水洞与北侧洞相通，这样就形成了围绕主厂房、主变压室和尾闸室周边，以底板高程158～163.5m的28 号排水洞为主的封闭排水洞系统。

图14-24　地下厂房排水洞地质剖面及其结构面分布密度图

由于一层排水系统的排水影响半径有限，又在压力管道下部，标高在117.0～126.0m之间开挖了30 号排水洞，它与尾水洞边墙连接，形成了另一层封闭的排水洞系统。

两层封闭的排水洞之间，通过8B交通洞、8 号交通洞以及3 号尾水洞中的落水孔将二者沟通，形成了一个排除地下厂房外围的两层排水洞系统。

2.排水帷幕

地下厂房系统周围的排水帷幕分为3层：28号排水洞与30 号排水洞之间用排水孔沟通而形成中层排水帷幕；从28 号排水洞顶部钻一系列至标高198m的排水孔而形成上层排水帷幕；从30号排水洞底部钻一系列排水孔，穿过微弱透水的岩组至较强透水的岩组的85m高程，形成可排除岩组中承压水的下层排水帷幕（图14-25、图14-26）。

图14-25　地下厂房（0+000～0+483.8 间）地下水排水系统剖面简图

图14-26　地下厂房（0+483.8～0+995.9 间）地下水排水系统剖面简图