电站地下厂房防渗设计问题的探讨

电站地下厂房防渗设计问题的探讨

郝翔飞 毕晨曦 杨硕

陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西省西安市 710000

摘要：一般来说，电站往往采用尾部式地下厂房布置，其特点是∶电站枢纽有上库和下库、电站水头高、电站厂房安装高程低、地下厂房深埋在天然地下水位以下，电站地下厂房运行后，面临上库及下库向地下厂房的渗流。作者深入分析了渗流对电站引水系统渗流域及地下厂房将会产生的影响，并用水力学计算方法对电站上库。下库蓄水后各自渗流的特占渗流过程渗流形态以及渗流对地下厂房的影响等讲行了综合分析，根据分析结果提出电站防渗设计建议，供同行参考。

关键词：电站；防渗设计；探讨分析；

一、水文地质条件

以某电站为例，该水电站地下厂房位于左岸较为完整的花岗岩体内，围岩类别主要为Ⅱ～Ⅲ类。地下厂房区无区域性断裂通过，厂区结构面发育主要以小断层和节理裂隙为主，厂房部位岩体完整性总体为较完整～完整。地下水以基岩裂隙水为主，受大气降水补给，向河谷排泄。厂房区岩体透水率一般为0.48～6.8Lu，以弱透水～微透水为主。岩体中除中陡倾角长大裂隙透水性较强外，小断层透水性较弱，一般相对阻水，地下水呈带状分布，多沿裂隙下`渗。由于大渡河河谷深切，岸坡陡峻，地表水入渗困难，补给水源有限，岸坡排泄条件较好，因此，地下水位埋藏较深，总体上地下水补给河水。

二、上库渗流分析

1.上库渗流特点

电站上库不仅水量小，而且上库所处位置高，库盆底部离天然地下水位高差大，上库充水后，上库底部渗流与天然地下水无直接水力关联。库盆底部渗水主要经上库迎水面周边垂直向下及侧向扩散渗流。当库盆渗水未到天然地下水位时，库底渗流并不因地下水位上，升而变化，这样的库底向天然地下水面渗流，可认为是稳定自由渗流。由于电站水资源宝贵，一般认为上库日渗流量应不超过总库容的0.2%o～0.5%。所以需要对上库做防渗处理。

2.上库单位长度渗流量及铺盖防渗效果估计

电站上库虽小，但其库型往往很复杂，用水力学方法去分析它的渗流状况很困难。由于电站运行时，上库水位变幅大，水位升降速度快，因此，须设计好库岸边坡，并需在库水位变幅区的土工膜铺盖下设排水垫层，保证库水位快速泄降时土工膜的安全。

三、厂区防渗、排水设计

1.厂区防渗、排水设计原则及总体布置

该水电站地下厂房位于坝轴线的上游，已进入库区，考虑到水库蓄水后，河水位抬高，为隔断厂房上游岩体与库水的联系及控制厂区的渗漏量。根据本工程的水文地质条件、布置特点、洞室结构及围岩稳定分析，采取"以排为主，排堵结合"的渗控措施。采用临河侧和上游侧设置防渗帷幕。延长库水向厂房渗透的渗径;环绕地下厂一房、主变洞周边设有三层排水廊道，并在厂房上游侧和左、右两端设置竖向排水幕，以降低厂房边墙和顶拱的地下水位;在排水幕后和厂房边墙设置短排水孔，将洞室周围的渗水引排至排水廊道或厂房内，经自流或渗漏集水井排出厂外。

2.上游防渗帷幕必要性分析

该水电站地下厂房位于坝轴线上游，在厂房上游侧设置防渗帷幕具备与坝肩防渗帷幕相结合的条件，但考虑到本电站属于低水头电站，在库水位作用下，厂房上游侧承受的地下水头并不高，所以有必要对设置帷幕的必要性进行分析。为此可行性研究阶段。研究了水库蓄水后，正常运行工况下，帷幕的渗透系数对厂区围岩渗流量的敏感性。帷幕的渗透系数取值从0.5×10-5cm/s逐渐增大至5.0×10-5cm/s时，主机间剖面的地下水位基本相同，说明帷幕对上游侧地下水位的影响很小，只对厂区渗流量有影响，地下厂房各部位的渗流量计算成果见表1。

由表1可见，正常运行工况下，不设帷幕的情况与帷幕的渗透系数降低至围岩的1/10的情况相比，地下厂房的渗流量增加了约126m³/d，占设置帷幕情况渗流量的24%。可见，虽然渗流量增加的比例较大，但鉴于本工程围岩总的渗流量不大，所以从减少渗流量的角度看，帷幕的设置并不是十分必要。

3.厂区防渗、排水措施

（1）厂区防渗措施

通过渗流场三维有限元分析可知，虽然设置帷幕与否对厂区的渗流量影响不大，但是考虑到地下厂房顶部上游侧埋深较浅，离水库较近，为避免厂区围岩发育有贯通的裂隙而导致库水向厂房渗漏，拟定从左坝肩至厂房的左端部，设置灌浆帷幕，结合厂房结构布置型式，厂房水轮机层（高程2078.20m）以下，为混凝十实体结构，考虑到混凝土本身也可起到防渗的作用。故厂房上游侧水轮机层高程以下不再设置灌浆帷幕。因此，本电站帷幕的设置深度为从坝顶高程至水轮机层高程（2136.00～2078.20m），总深度为57.8m。厂房右端通过加深坝顶灌浆帷幕进行封闭。左端帷幕向下游延伸至机，组中心线，灌浆帷幕的设置可起到延长渗径，有效防止基岩裂隙水向地下厂房渗漏的作用。

（2）厂区排水措施

利用环绕地下厂房、主变洞周边设置的三层排水廊道，设置竖向排水孔，孔距4m，形成排水幕，以降低围岩地下水位，竖向排水幕从厂房右端、上游侧、左侧到主变洞与尾水调压室之间形成封闭的环形;地下厂房和主变洞上层排水廊道的顶部设置人字形的长排水孔，孔距4m，以拦截地下水向地下厂房和主变洞顶拱的渗漏。通过排水系统敏感性分析可见，排水幕对降低水头起着非常明显的作用，故在后期的施工过程中应注意施工质量，做好对排水孔的防护，以防堵塞。排水幕后的围岩渗水经排水廊道周围的短排水孔进行收集，排水孔长3m，孔距4m。厂一房三层排水廊道分别为。上层排水廊道设在主厂一房顶拱高程。中层排非水座道设在主厂房发电机层高程，底层排水廊道设在主厂房尾水管层高程，与厂房底部的集水井连通。其中上层排水廊道收集的大部分围岩渗水经厂房通风洞和尾调交通洞自流排出厂外;中层廊道收集的围岩渗水均排向上游侧，经落水井排入下层排水廊道;下层排水廊道仅布置在厂房上游侧，该层排水廊道收集的围岩渗水以及上部各层廊道的排水经排水沟汇集后，排入渗漏集水井。

4.厂内排水和防潮设计

厂内排水主要是将地下厂房及主变洞顶拱和边墙的围岩渗水以及厂内机组渗漏水等，通过引、排的方式引至集水井，集中抽排。为引排洞周围岩渗水，在厂房顶拱和边墙设置系统排水孔，间排距均为3m，孔深为4m，呈梅花形布置。在岩壁吊车梁和各层楼板沿边墙设排水沟。通过横向和竖向排水管，将围岩渗水引入各层排水沟，再汇入厂房渗漏集水井。技术供水泵周围设置排水沟和落水管，将设备渗漏水引至操作廊道内，最终汇入厂房渗漏集水井。为减少潮湿对运行人员和设备运行的影响，在地下厂房、主变洞四周边墙结合装修设置防潮隔墙，同时，加强各层的通风，以保证运行人员的健康和设备的正常运行。

结束语

综上，该水电站为低水头电站，稳定渗流期内。厂区围岩的渗流量并不大。但地下厂房靠近岸边山体布置，在施工过程中，将根据厂区围岩裂隙的发育程度和围岩的渗漏情况，进一步研究设置帷幕的必要性和取消帷幕的可能性。根据渗流场三维有限元分析计算成果，厂内排水设施的排水能力能够满足排除厂区围岩和设备渗流量的要求。

参考文献：

［1］彭才德.“十三五”水电发展及展望［J］.中国电力企业管理，2019（2）：34－36.

［2］李定林，陈满，段继周，等.海水电站库盆防渗方案研究［J］.装备环境工程，2018，15（10）：98－102.

[3]张启义，刘昌军，廖井霞．四川省大渡河安宁水电站地下洞室群渗流场三维有限元分析报告[R]．北京：中国水利水电科学研究院，2012．