【正文】 優(yōu)化開挖順序、確定加錨支護(hù)參數(shù)、施工爆破參數(shù)，對(duì)地下廠房洞室群的圍巖穩(wěn)定作出合理的評(píng)價(jià)，使地下廠房的設(shè)計(jì)有較大的提升和突破。在溪洛渡工程的研究設(shè)計(jì)中，結(jié)合“九五”國家科技攻關(guān)和特殊專題研究，開展了前所未有的分析、試驗(yàn)研究工作，重點(diǎn)研究地下廠房洞室群圍巖穩(wěn)定與支護(hù)、合理的施工順序、無支護(hù)時(shí)圍巖靜力穩(wěn)定特性、有支護(hù)時(shí)圍巖靜力穩(wěn)定特性(包括彈塑性損傷有限元分析、FLAC3D拉格朗日元分析及三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn))和洞室群的抗震穩(wěn)定分析。緩傾角層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶對(duì)大跨度頂拱、高邊墻及洞室交叉部位圍巖的穩(wěn)定不利。巖體內(nèi)地下水活動(dòng)弱，透水性低，水文地質(zhì)條件相對(duì)較簡(jiǎn)單。初始地應(yīng)力場(chǎng)以構(gòu)造應(yīng)力為主，～。溪洛渡工程兩岸地下廠房洞室群的水平和垂直埋深均大于300m。參見圖3。主廠房尺、(長X寬X高)，地下洞室總開挖量近1 500萬m3，超過已建的二灘、拉格朗德二級(jí)以及丘吉爾電站地下廠房。每個(gè)廠房各裝機(jī)9臺(tái)，單機(jī)700MW。樞紐整體模型試驗(yàn)和單體水力模型試驗(yàn)表明，這會(huì)樞紐泄洪建筑物的設(shè)計(jì)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時(shí)投入使用。由于導(dǎo)流洞結(jié)合段內(nèi)流速低、壓力小，在結(jié)構(gòu)上不需要作特殊處理，完全可以利用原導(dǎo)流洞。其中左右岸各2條導(dǎo)流洞擬與廠房尾水洞相結(jié)合，將剩下的2條中的1條改建為泄洪隧洞。由于出口水流流速較大，挑射水舌能挑至主河床，水流歸槽條件好；加之高流速無壓段短且與大氣連通條件好，水流表層自摻氣充分，提高了水流的空化數(shù)，增加高流 速段抗空化空蝕能力。泄洪隧洞洞內(nèi)流速大多控制在25m／s左右，僅在龍落尾段流速才由25m／s增加至反弧段末端的45m/s。根據(jù)樞紐布置，～，平面上布置要轉(zhuǎn)彎，泄洪洞水頭高，反弧段流速達(dá)45m/s以上。泄洪洞加上部分機(jī)組運(yùn)行可以宣泄常年洪水。泄洪隧洞分流后可減輕壩下消能防沖的負(fù)擔(dān)和泄洪霧化的影響，增大樞紐泄洪設(shè)施運(yùn)行的靈活性利可靠性。③反拱各底板塊上舉力相關(guān)性差，各單塊底板穩(wěn)定失穩(wěn)受相鄰兩塊底板制約大，從而保證了各單塊底板有足夠大的穩(wěn)定性；反拱型底板較之平底板有更大的安全度，在模型上不設(shè)抽排和止水措施，也末見底板塊發(fā)生失穩(wěn)。反拱型水墊塘底板，當(dāng)動(dòng)水壓力產(chǎn)生的上舉力超過底板塊自重時(shí)，底板塊間形成拱，靠拱端產(chǎn)生的推力來維持其穩(wěn)定。②反拱型底板的受力特性與平底板不同。為研究水墊塘內(nèi)的水流特性，專門制作了樞紐整體模型，并開展了反拱型水墊塘底板的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的試驗(yàn)研 究，得出以下結(jié)論：①反拱型水墊塘的流態(tài)與平底板水墊塘沒有本質(zhì)的區(qū)別，壩身多股射流，在水墊塘內(nèi)形成復(fù)雜的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，塘內(nèi)水流紊動(dòng)和混摻劇烈，消能比較充分。注：L一水墊塘長度；b1b2一水墊塘頂?shù)讓挘篢一水墊塘水深。陡坡。420m以上則為55176。溪洛渡水電站壩址河谷形態(tài)為對(duì)稱的窄“U”型，枯水期水面寬70～1lOm，河床420m高程以下的坡度較緩，僅為20176。在設(shè)計(jì)中首先注意水墊塘的開挖不能危及大壩的壩肩安全，水墊塘的邊坡不宜太高；其次，水墊塘底板的穩(wěn)定性。(2)采用反拱型水墊塘溪洛渡工程的泄洪消能設(shè)計(jì)采用壩身設(shè)兩層孔口，壩后設(shè)水墊塘消能的布置方式。因此設(shè)計(jì)采用壩身孔口宣泄30 000m3／s流量是可行的。再通過拱壩泄洪振動(dòng)水彈性模型試驗(yàn)，壩身泄洪時(shí)誘發(fā)的壩體振動(dòng)是有感振動(dòng)，其數(shù)量級(jí)不會(huì)對(duì)壩體安全構(gòu)成威脅，也不會(huì)對(duì)環(huán)境和人造成危害。在設(shè)計(jì)的允許范圍之內(nèi)。多股水流入射壩下水墊塘后，在水墊塘內(nèi)形成復(fù)雜的三元水流，在水墊塘內(nèi)縱向、橫向和垂向擴(kuò)散，加之與水墊塘邊壁的碰撞折沖，下泄水流劇烈紊動(dòng)消能。多個(gè)水力學(xué)模型試驗(yàn)的成果表明，通過表孔采用舌形坎或差動(dòng)坎，縮短表孔閘墩、優(yōu)化表孔和深孔體型等工程措施后，當(dāng)壩身宣泄30 000m3／s流量時(shí)，表孔和深孔水舌能適當(dāng)碰撞、剪切形成散落狀水股，水舌擴(kuò)散充分。形成“分層出流、水舌碰撞、水墊塘消能”的消能方式。射流水舌在入水處縱向盡可能的分散；在水舌不砸岸坡的條件下，充分利用下游水深大的特點(diǎn)，使水舌橫向拉開與擴(kuò)散，有效地削弱人水射流的集中程度；利用射流和淹沒水躍的消能原理在水墊塘中集中消剎下泄洪水的能量，并減少水舌沖擊壓力，以減輕射流對(duì)水墊塘底板的沖刷破壞。在設(shè)計(jì)中解決了以下關(guān)鍵技術(shù)問題：(1)增大壩身孔口泄量溪洛渡河道順直，基巖裸露，抗沖流速高，有條件增大壩身孔口泄洪流量，減輕壩外泄洪任務(wù)，從而縮小泄洪洞的規(guī)模，或者保持原有泄洪洞的規(guī)模，減少泄洪洞數(shù)量，降低工程造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。表7 國內(nèi)外部分高拱壩樞紐泄洪功率比較序號(hào) 工程名稱 國家 壩高/（m）落差Z（m）Q（m3?s)流量（m3?s)泄洪功率 N（MW）河槽寬B（m）巖基巖性 完建年份設(shè)計(jì)1 溪洛渡 中國 278 205 52300 10000 枯水期 70～110 率武巖 2 二灘樞紐 中國 240 23900 39000 80～100 正長巖 1998年 3 二灘壩身 中國 240 16300 26500 80～100 正長巖 1998年 4 唉而卡洪 洪都拉斯 231 184 8590 15500 ≈100 石灰?guī)r 1985年 5 里?羅克斯 南非 107 21500 14800 135 泥巖 已建 卡博拉?巴薩 莫桑比克 13300 13400 100 片麻巖 1975年 7 莫西洛克 美國 185 7800 8100 ≈70 玄武巖卡里巴 贊比亞 128 85 9500 8080 120 片麻巖 1962年 9 英古里 前蘇聯(lián) 272 230 2500 5040 25 白云巖 石灰?guī)r 1982年 卡瓦基 日本 140 100 4400 4570 30 1981年 11 莫拉丁其 南斯拉夫 220 175 2200 3890 35 1975年 12 隔河巖 中國 151 100 2780 20700 120 石灰?guī)r 1997年 13 東風(fēng) 中國 173 110 14200 15000 50 石灰?guī)r 1994年 14 李家峽 中國 165 119 6300 73500 ≈50片 巖、混合巖為解決泄洪消能問題，結(jié)合壩址區(qū)地形地質(zhì)條件，溪洛渡工程泄洪消能設(shè)計(jì)以“分散泄洪、分區(qū)消能、按需防護(hù)”為原則，采用壩身孔口、兩岸泄洪洞和適當(dāng)臺(tái)數(shù)機(jī)組共同承擔(dān)泄洪任務(wù)的布置方案。國外高拱壩工程的泄洪功率相對(duì)較小，已建薄拱壩中泄洪功率最大的是洪都拉斯的唉爾卡洪拱壩，泄洪功率15 500MW；國內(nèi)已建工程中，泄洪功率最大的是二灘水電站，泄洪功率為39 000MW，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溪洛渡工程100 000MW的泄洪功率。電站千年一遇洪水洪峰流量43 700m3/s，萬年一遇洪水洪峰流量52 300m3／s泄洪功率近100 000MW，位居世界高拱壩之首，約為已建的二灘電站泄洪功率的3倍，與國內(nèi)外部分已建成的高拱壩泄洪功率比較參見表7。 泄洪消能金沙扛：徑流豐沛，洪水峰高量大，洪水過程較長，洪水過程線多呈復(fù)峰型。(10)按照壩體混凝土分區(qū)方案，在拱冠梁附近中上部區(qū)域及壩基附近區(qū)域采用180d齡期抗壓強(qiáng)度為36MPa的混凝土，其動(dòng)、靜迭加的抗壓、計(jì)算及模型試驗(yàn)成果均表明，拱壩強(qiáng)度滿足抗震設(shè)計(jì)要求。壩體發(fā)生明顯損傷跡象之后，其震后靜承載能力末見異常，表明拱壩自身有優(yōu)異的抗震性能。(8)模型試驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)地震時(shí)，壩體最大應(yīng)力不超過壩體材料強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)。(7)設(shè)計(jì)地震作用下，壩踵出現(xiàn)局部開裂，計(jì)算深度〈5m。綜合高拉應(yīng)力區(qū)分布范圍及應(yīng)力集中影響區(qū)以外的壩體應(yīng)力值，壩體應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。(6)強(qiáng)震作用下，壩體橫縫張開，壩體應(yīng)力重分布，頂部拱冠梁附近的高拉應(yīng)力被釋放。最大拱向應(yīng)力值減小25％～40％，最大梁向應(yīng)力值減小25％～50％。輸入不同的地震時(shí)間歷程，對(duì)動(dòng)應(yīng)力的分布規(guī)律影響不大。壩體的高拉應(yīng)力區(qū)集中出現(xiàn)在壩體中上部，由地震時(shí)的拱向拉應(yīng)力產(chǎn)生。(2)采用拱梁分載反應(yīng)譜法和線彈性有限元反應(yīng)譜法的分析結(jié)果基本一致，僅數(shù)值上有一定的差異。在正常蓄水位及低水位運(yùn)行時(shí)，大壩第一階振型呈反對(duì)稱，第二、三階振型呈正對(duì)稱。研究工作聯(lián)合了國內(nèi)高水平的科研單位、大專院校及知名專家共同完成。因此，在遭遇強(qiáng)震時(shí)應(yīng)考慮波動(dòng)能量向遠(yuǎn)域地基逸散的輻射阻尼影響；③地震動(dòng)非均勻輸入對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響：采用柯依納波作為輸入地震波，分析地震運(yùn)動(dòng)沿壩的相差幅差、分析對(duì)拱壩動(dòng)力反應(yīng)的影響；④綜合考慮地基輻射阻尼，壩體橫縫張開對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響；⑤動(dòng)力模型試驗(yàn)，模型壩體模擬了橫縫布置并設(shè)置人工阻尼邊界。圍繞以下幾個(gè)問題開展專題研究：①壩體橫縫張開對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響：在強(qiáng)震作用下，拱壩中、上部會(huì)產(chǎn)生很大的拱向拉應(yīng)力，抵消靜態(tài)壓應(yīng)力的拉應(yīng)力，將使基本不能抗拉的橫縫張開，并隨著突變的地震作用而反復(fù)開合，使壩體應(yīng)力重分布，拱向應(yīng)力顯著降低，拱壩的強(qiáng)度反應(yīng)成為一個(gè)復(fù)雜的三維邊界接觸的非線性動(dòng)力問題，直接關(guān)系到抗震安全性的評(píng)價(jià)，因此研究了壩體橫縫張開對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響；②地基輻射阻尼對(duì)壩體動(dòng)力反應(yīng)的影響：拱壩在地震作用的過程中，存在波動(dòng)能量向遠(yuǎn)域地基的、輻射。由于壩高大于250m，其抗震安全性須進(jìn)行專門研究?？値烊輑 ，最大壩高278m，溪洛渡混凝土雙曲拱壩壩頂高程610m，壩高超過世界上最高的格魯吉亞英古里壩，溪洛渡拱壩、英古里拱壩和小灣拱壩都是建在基本烈度Ⅷ度的高地震區(qū)的特高拱壩。壩址區(qū)地震危險(xiǎn)性主要自塊體東部馬邊地震帶強(qiáng)震的波及影響。除此之外，采用目前國內(nèi)的多種計(jì)算程序進(jìn)行靜、動(dòng)荷載作用下的壩體應(yīng)力分析、拱座穩(wěn)定分析和大壩的地震反應(yīng)分析，計(jì)算結(jié)果表明：在不同荷載組合工況下，拱座基本上無不良應(yīng)力分布，拱壩應(yīng)力分布較為理想；左右岸拱肩的穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求；壩體設(shè)計(jì)符合地震設(shè)防要求。按照地質(zhì)勘探揭示的裂隙產(chǎn)狀及層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶的產(chǎn)狀、分布和位置，列出壩肩各種町能的滑移面組合，按規(guī)范要求，采用剛體極限平衡法進(jìn)行壩肩穩(wěn)定計(jì)算，結(jié)果見表6。 壩肩穩(wěn)定分析從壩址區(qū)的地形地質(zhì)分析，對(duì)拱壩壩肩穩(wěn)定有利，主要表現(xiàn)為：河谷狹窄，地形完整對(duì)稱，山體雄厚；壩肩出露的巖體為堅(jiān)硬、完整的去武巖，具有較高的強(qiáng)度。在特殊荷載組合工況下，壩體應(yīng)力滿足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)力分布規(guī)律及最大位移、最大應(yīng)力出現(xiàn)部位與基本組合相似，主要差別在于上游壩踵拉應(yīng)力增大，增幅約30％。采用拱梁分載法(9拱17梁)，在荷載基本組合工況和特殊荷載組合工況下，壩體應(yīng)力位移汁算成果見表表5表4 荷載基本組合工況下的壩體應(yīng)力成果基本組合Ⅰ 基本組合Ⅱ 基本組合Ⅲ 荷載工況數(shù)值（高程m）數(shù)值（高程m）數(shù)值（高程m）最大主壓應(yīng)力（MPa）上游壩面 下游壩面 （480）（520）（332）（480）（480）（520）最大主拉應(yīng)力（MPa）上游壩面 （480）（332）（610）（610）（480）（3321）最大徑向位移（cm）壩體 基礎(chǔ) （520）（332）（440）（332）（480）（332）最大切向位移（cm）壩體 基礎(chǔ) （480）（440）（440）（400）（480）（440）注：基本組合Ⅰ：上游正常蓄水位＋相應(yīng)下游水位＋泥沙壓力＋自重＋溫重基本組合Ⅱ：上游死水位+下游最低尾水位+泥沙壓力自重+溫升基本組合Ⅲ：上游正常蓄水位十相應(yīng)下游水位十泥沙壓力+自重＋溫升表5 特殊荷載組合工況下的壩體應(yīng)力成果項(xiàng)目 上游壩面 下游壩面最大主壓應(yīng)力（MPa)/(高程m）（MPa)/(高程m）（mm)/(高程m）徑向 切向 壩體/（高程mm）（高程m）從計(jì)算結(jié)果可知：在基本組合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ工況作用下，壩體位移平順光滑；壩休應(yīng)力狀態(tài)良好，壩體大部分處于受壓狀態(tài)，只在中部高程壩踵部位局部出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大主拉、主壓應(yīng)力值滿足應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。壩身設(shè)有表孔、中孔后，對(duì)大壩整體應(yīng)力分布從拱壩整體穩(wěn)定無影響，儀導(dǎo)致孔口附近局部應(yīng)力集中，通過配筋即可解決。(2)壩體應(yīng)力分析壩體應(yīng)力分析以多拱梁法為主，有限元法及模型試驗(yàn)為輔。表2 拱壩應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)容許拉應(yīng)力（MPa）混凝土抗壓 強(qiáng)度安全系數(shù)荷載組合 容許壓應(yīng)力（MPa）上游面 下游面基本組合 特殊組合[無地震］ 表3 特殊組合（有地震）工況應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度（MPa）容許壓應(yīng)力（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa） 30 36 注：混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度定義為在標(biāo)準(zhǔn)制作和養(yǎng)護(hù)條件下．20cm立方體試件，180d齡期，具有85%保證率。溪洛渡拱壩應(yīng)力分析以拱梁分載法為主。計(jì)算分析表明：在自重荷載作用下，上下游壩面基本處于受壓狀態(tài)，局部產(chǎn)生的拉應(yīng)力與水沙、溫度荷載下的拉應(yīng)力發(fā)生部位不同。) 壩基開挖量（萬m3）540 最大中心角（176。按此要求，經(jīng)各種拱圈線形的優(yōu)化設(shè)計(jì)及綜合比較，推薦拋物線雙曲拱壩，其體型參數(shù)見表1。盡量使體型簡(jiǎn)單，方便施工。(4)在雙曲拱壩布置中，考慮不設(shè)縱縫，簡(jiǎn)化溫控措施，加快施工進(jìn)度，提高拱壩整體性。(2)在滿足壩體強(qiáng)度要求的前提下，采用扁平拱布置，盡量使拱推力轉(zhuǎn)向山體內(nèi)部，改善壩肩穩(wěn)定條件。大壩建基面高程確定為332m，最大壩高278m，在嵌深上適當(dāng)留有余地。 大壩的建基面選擇壩址區(qū)自然條件優(yōu)越，山高谷深，兩岸地形完整對(duì)稱，河道順直，河谷為窄“U”型，其寬高比小于2，壩址區(qū)出露490～520m厚的二疊系峨眉山玄武巖，河床壩基及兩岸壩肩均置于玄武巖之上，是理想的修建混凝土雙曲拱壩的壩址。主體工程的工程量包括：石方明挖1 970萬m3，石方洞挖1 580萬m3，混凝土和鋼筋混凝土1 300萬m3，鋼筋、鋼材36萬t。能提前8個(gè)月發(fā)電，?h電能。在410m高程布置6個(gè)5mXl0m導(dǎo)流底孔