水电站地下厂房洞室选址快速评测方法

xiaoxiao2020-10-23  24

水电站地下厂房洞室选址快速评测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水利水电工程领域,尤其涉及一种水电站地下厂房洞室选址快速评测 方法。
【背景技术】
[0002] 长期以来,在水利水电工程行业,常涉及地下(厂房)洞室的位置比选的问题,尤 其一些大(中)型水电工程,规模较大、工程所在山体地质条件复杂,使得合理的洞室位置 选择对于围岩稳定、工程安全、投资控制、长期稳定运行都具有极为重要的意义。然而,水 电行业大型地下洞室位置选择牵涉的因素纷杂,主要包括:洞室本身规模、厂址区地应力 特征、岩石强度应力比、查明的地质缺陷、与上下游引水建筑物相互关系、埋深厚度、渗水状 况、进洞交通条件等等。影响面广泛而复杂,甚至各种边界条件相互制约、互相矛盾,使得在 复杂条件下,综合权衡影响洞室位置的因素变得较为困难。因为没有统一的标准,量化程度 不够,可操作性不强,最终往往由个别专家根据个人经验主导进行取舍,难免存在疏漏和误 差。
[0003] 例如:某水电工程地下厂房洞室纵轴线与主要结构面及最大主应力夹角如表1, 根据洞室纵轴线选取原则应为①与断层夹角垂直最优②与优势节理裂隙夹角垂直最优③ 与最大主应力方位夹角越小越优。而该洞室选址的影响条件中三种因素:断层、优势节理裂 隙、与最大主应力夹角即相互矛盾,不可能同时兼顾,面临取舍。不同专家倾向不同,侧重不 同,完全可能得到不同结论,影响洞室位置最优选择。
[0004] 表1 :某水电工程地下厂房洞室纵轴线与主要结构面及最大主应力夹角
[0006] 有的地下工程施工期出现岩爆、围岩卸荷变形、松弛深度大、塑性区贯通甚至塌方 等,威胁工程安全并造成工期滞后和投资增加,与当初不妥的洞室选址不无关系。失之毫厘 谬以千里,可见,不当的洞室布置将给施工带来的开挖支护难度增加、安全风险增加、投资 增加、工期延长等负面效益。同时,这些过程中出现的状况因施工影响变得极为复杂,无法 与最初洞室位置成败选择直接联系,且考虑到工期紧张,往往未能及时进行评判、对比和总 结,对今后工程也无纠正、促进作用。
[0007] 另外,不同工程之间的地下洞室选址更是因为工程规模、特征、工程环境等难以进 行同平台的比较、评价,给工程的运行管理、经验总结等带来一定难度。
[0008] 综上所述,无论在水电站地下厂房工程的设计阶段还是不同地下工程评价、总结 阶段都急需一种科学的综合评测方法,将不同工程或同一工程不同厂址间的多种的影响因 素根据大量已成工程实例及数值分析成果,量化统一在同一评测体系进行评价。从而为广 大水电行业设计人员在地下洞室选址时提供一种科学、规范、简明快捷的比较方法,也为不 同工程的洞室选址提供横向比较的科学评价体系。

【发明内容】

[0009] 本发明要解决的技术问题是:提供一种能够客观快速判断水电站地下厂房洞室选 址优劣的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法。
[0010] 为解决上述问题采用的技术方案是:水电站地下厂房洞室选址快速评测方法包括 如下步骤:
[0011] A、对影响水电站地下厂房洞室选址的因素进行汇总和分类,得出影响水电站地下 厂房洞室选址的因素集合;
[0012] B、根据对水电站地下厂房洞室选址影响的程度对各因素集合赋予总分值;同样根 据对水电站地下厂房洞室选址影响的程度将各因素集合的总分值分配给属于该因素集合 的因素,得到各因素的总分值;
[0013] C、根据各因数的实际情况与理想情况的差距确定各因数的实际得分;
[0014] D、计算各因数实际得分总和,根据各因数实际得分总和与各因素集合总分值总和 的差距判断目标地址是否适合修建地下厂房洞室。
[0015] 本发明的有益效果是:⑴提出的将水电站地下洞室选址各影响因素量化在同一 评测平台,并根据大量工程实践进行统计、数值分析,确定了各种因素的影响权重,准确的 反映了各种因素在实际洞室布置(选址)中的重要性。
[0016] (2)有效地解决了在以往洞室布置中各种因素相互干扰、互相矛盾,干扰设计人员 最终决策的情况。使得设计人员能够快速、简洁的比选出各种洞室布置(选址)方案的优 劣,简化设计环节、加快设计速度。
[0017] (3)提出的评价方法能够将不同工程、不同地方、不同规模、不同施工进度的地下 洞室进行横向比较,得到各洞室布置(选址)方案的优劣。对于工程后评价、工程设计(施 工)经验总结等具有积极的作用。促进设计手段、设计水平的不断进步。
[0018] (4)按本发明进行地下洞室群的布置设计,可大幅降低设计风险,避免地下洞室群 围岩在开挖期间发生严重的变形破坏现象,可减少围岩的二次加强支护成本,降低工期滞 后风险、施工期安全风险,确保运行安全,具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。尤其 是施工期因洞室位置设计缺陷造成的岩爆、岩层剥落、劈裂甚至塌方,除了对工程的投资以 及工期造成巨大的负面影响,更对参建人员的人身安全造成巨大威胁。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0020] 为确保本发明的准确评判,地下洞室及洞室施工方应符合下列基本条件:
[0021] 1、本发明涉及的地下洞室均主要采用柔性衬砌模式(局部缺陷可采用刚性衬 砌);
[0022] 2、洞室位置选定后所采用的开挖工艺、技术手段为目前行业内平均水平,并且稳 定、可控;
[0023] 3、洞室施工严格按照设计方案(开挖顺序、支护措施)实施,不考虑施工质量缺陷 等;
[0024] 3、不同方案的工程总体布置格局可行、洞室群参数相同,即"洞室群效应"影响相 同。
[0025] 本发明的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法包括如下步骤:
[0026]A、对影响水电站地下厂房洞室选址的因素进行汇总和分类,得出影响水电站地下 厂房洞室选址的因素集合;
[0027] B、根据对水电站地下厂房洞室选址影响的程度对各因素集合赋予总分值;同样根 据对水电站地下厂房洞室选址影响的程度将各因素集合的总分值分配给属于该因素集合 的因素,得到各因素的总分值;
[0028]C、根据各因数的实际情况与理想情况的差距确定各因数的实际得分;
[0029]D、计算各因数实际得分总和,根据各因数实际得分总和与各因素集合总分值总和 的差距判断目标地址是否适合修建地下厂房洞室。
[0030] 对于A步骤:
[0031] 影响水电站地下厂房洞室选址的因素有多种,本发明将这些因素分为如下因素集 合:洞室规模、地应力、围岩情况、洞室埋深厚度、枢纽布置条件和环境及人文情况。
[0032] 各因素集合包括的因素分别如下:洞室规模包括开挖跨度B1和开挖深度H1 ;地应 力包括最大主应力〇1、洞室纵轴线与〇1夹角Q1、第二主应力〇2/〇1、岩石强度应力比 RSS;围岩情况包括I~III类围岩占比、轴线与断层夹角、轴线与节理裂隙夹角、地震烈度和 地下渗水情况;洞室埋深包括谷坡岩体厚度和上覆岩体厚度;枢纽布置条件包括引水流道 与洞室纵轴线夹角02;环境及人文情况包括放射性及有毒气体、宗教文化氛围和安全反 恐形势。
[0033] 对于B步骤:
[0034] 百分制在各类评分中应用最为广泛,因此本发明各因素集合总分定为100分。通 过大量已成工程实例及数值分析,各因素集合总分值分配如表2;同样通过大量已成工程 实例及数值分析,各因素总分值分配见表3至表7。枢纽布置条件只包括洞室纵轴线夹角 02这一因素,因此枢纽布置条件的分值全部分配给洞室纵轴线夹角02。
[0035] 表2:影响洞室选址的因 素集合及分值(总分100分)
[0037] 表3:洞室规模权重赋分表
[0038]
[0039] 表4 :地应力权重赋分表
[0041] 表5 :围岩情况权重赋分表
[0043] 表6 :洞室埋深权重赋分表
[0046] 表7 :环境及人文情况权重赋分表
[0048] 对于C步骤:
[0049] 各因素实际得分或得分系数见表8至表22以及各表的说明,得分系数乘以总分值 即得到实际得分。各因素的实测值均可通过现有技术手段测得。
[0050] 表8:分项评分表-开挖跨度得分判断表
[0051]
[0052] 表9 :分项评分表-开挖深度得分判断表
[0054] 表10 :分项评分表-最大主应力得分(系数)判断表
[0056] 表11 :分项评分表-洞室纵轴线与最大主应力夹角得分(系数)判断表
[0058] 表12 :分项评分表-第二主应力〇 2/ 〇 1得分(系数)判断表
[0060] 表13 :分项评分表-岩石强度应力比RSS得分(系数)判断表
[0062] 表14 :分项评分表-围岩占比得分(系数)判断表
[0063]
[0064]表15 :分项评分表-洞轴线与断层夹角得分(系数)判断表
[0066]表16 :分项评分表-洞轴线与节理裂隙夹角得分(系数)判断表
[0068]表17 :分项评分表-地震烈度得分(系数)判断表
[0070]表18 :分项评分表-地下渗水情况得分(系数)判断表
[0072]表19 :分项评分表-谷坡侧岩体净厚得分判断表
[0075] 表19说明:H2为洞室最大高度;同时满足下表的任意预判条件和与预判条件对应 的厚度条件即得满分,否则不得分。
[0076] 表20 :分项评分表-上覆岩体净厚度得分判断表
[0078] 表20说明:B2为洞室最大跨度;同时满足下表的任意预判条件和与预判条件对应 的厚度条件即得满分,否则不得分。
[0079] 表21 :分项评分表-流道与洞室轴线夹角得分(系数)判断表
[0081] 表22:分项评分表-环境及人文情况得分判断表
[0083] 表22说明:各因素实际得分确定方式为:有利于地下洞室选址及运行即得分,不 利则不得分。
[0084] 对于D步骤:
[0085] 是否适合修建地下厂房洞室的判断方式如表23,各因数实际得分总和为P。
[0086] 表23 :得分判别总表
[0088] C步骤具体实施时,为便于操作,可制作表24所示表格,将得分填写在表格中。D 步骤计算各因数实际得分总和时,将各因素或因素集合的表汇总即可。
[0089] 表24 :分项评分表-开挖跨度、开挖深度得分表
[0090]
【主权项】
1. 水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于:包括如下步骤: A、 对影响水电站地下厂房洞室选址的因素进行汇总和分类,得出影响水电站地下厂房 洞室选址的因素集合; B、 根据对水电站地下厂房洞室选址影响的程度对各因素集合赋予总分值;同样根据对 水电站地下厂房洞室选址影响的程度将各因素集合的总分值分配给属于该因素集合的因 素,得到各因素的总分值; C、 根据各因数的实际情况与理想情况的差距确定各因数的实际得分; D、 计算各因数实际得分总和,根据各因数实际得分总和与各因素集合总分值总和的差 距判断目标地址是否适合修建地下厂房洞室。2. 根据权利要求1所述的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于:因素 集合包括洞室规模、地应力、围岩情况、洞室埋深厚度、枢纽布置条件和环境及人文情况; 各因素集合包括的因素分别如下:洞室规模包括开挖跨度Bl和开挖深度Hl ;地应力包 括最大主应力σ 1、洞室纵轴线与σ 1夹角Θ 1、第二主应力σ 2/σ 1、岩石强度应力比RSS ; 围岩情况包括I~III类围岩占比、轴线与断层夹角、轴线与节理裂隙夹角、地震烈度和地下 渗水情况;洞室埋深包括谷坡岩体厚度和上覆岩体厚度;枢纽布置条件包括引水流道与洞 室纵轴线夹角Θ 2 ;环境及人文情况包括放射性及有毒气体、宗教文化氛围和安全反恐形 势。3. 根据权利要求2所述的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于:各因 素集合总分值如下表:〇4. 根据权利要求2所述的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于:洞室 规模的各因素总分分配情况如下表:, 开挖跨度B实际得分确定方式如下表:开挖深度Hl实际得分确定方式如下表:O5.根据权利要求2所述的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于: 地应力的各因素总分分配情况如下表:最大主应力σ 1实际得分确定方式如下表:9 洞室纵轴线与σ 1夹角θ 1实际得分确定方式如下表:第二主应力σ 2/ σ 1实际得分确定方式如下表:? 岩石强度应力比RSS实际得分确定方式如下表:O6.根据权利要求2所述的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于:围岩 情况各因素总分分配情况如下表:5 I~III类围岩占比实际得分确定方式如下表:9 轴线与断层夹角实际得分确定方式如下表:9 轴线与节理裂隙夹角实际得分确定方式如下表:9 地震烈度实际得分确定方式如下表:\ 地下渗水情况通过地下渗水的压力水头表示,地下渗水情况实际得分确定方式如下 表:O7. 根据权利要求2所述的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于:洞室 埋深厚度各因素总分分配情况如下表:, 谷坡侧岩体净厚度实际得分确定方式为:同时满足下表的任意预判条件和与预判条件 对应的厚度条件即徨滿么乂否则不徨分,表中H2为洞室最大高度; 上覆岩体净厚度实际得分确定方式为:同时满足下表的任意预判条件和与预判条件对 应的厚度条件即得满分,否则不得分;表中B2为洞室最大跨度。8. 根据权利要求2所述的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于:水流 道与洞室纵轴线夹角Θ 2实际得分确定方式如下表:〇9. 根据权利要求2所述的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于:环境 及人文情况各因素总分分配情况如下表:各因素实际得分确定方式为:有利于地下洞室选址及运行即得分,不利则不得分。10. 根据权利要求2所述的水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,其特征在于:根据 各因数实际得分总和与各因素集合总分值总和的差距判断目标地址是否适合修建地下厂 房洞室的方式如下表,各因数实际得分总和为P :
【专利摘要】本发明公开了一种水电站地下厂房洞室选址快速评测方法,涉及水利水电工程领域,提供一种能够客观快速判断水电站地下厂房洞室选址优劣的评测方法。本发明方法包括如下步骤:A、对影响选址的因素进行汇总和分类,得出因素集合;B、根据对选址影响的程度对各因素集合赋予总分值并将各因素集合的总分值分配给该因素集合的因素,得到各因素的总分值;C、根据各因数的实际情况与理想情况的差距确定各因数的实际得分;D、计算各因数实际得分总和,根据得分总和与总分值的差距判断目标地址是否适合修建地下厂房洞室。本发明将传统的地下厂房洞室选取所涉及的众多因素通过大量已成工程实例及数值分析成果,量化统一在同一评测体系进行评价。
【IPC分类】G06Q50/06, G06Q10/06
【公开号】CN104899678
【申请号】CN201510234599
【发明人】刘畅, 张勇, 赵晓峰, 廖成刚, 彭薇薇, 程丽娟
【申请人】中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月8日

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