苏ICP备112451047180号-6
龙滩水电站1#引水隧洞围岩稳定性分析及支护设计摘 要
本文首先介绍了龙滩水电站工程概况以及引水系统的工程与水文地质情况，其次分析了引水隧洞的布局和设计参数，然后详细地阐述了龙滩水电站1#引水隧洞围岩稳定性分析原理及支护设计思路。
在参阅大量资料的基础上，结合引水隧洞的物理力学性质指标，利用有限元数值方法与分析软件Adina对隧洞围岩稳定性进行了分析计算；根据计算结果，对围岩的稳定性进行了综合评价；在此基础上，结合已有工程经验，确定了引水隧洞的锚固设计计算的力学模式和原则，最后对引水隧洞的上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段等部分提出了相应的支护方案（包括一次支护和二次支护方案）。引水隧洞采用新奥法进行施工，由于高水头内水压力的影响，必须在考虑一次支护的同时，进行二次刚性支护；一次支护采用“喷锚支护挂钢筋网＋聚丙烯纤维混凝土”型式，二次支护采用压力钢管衬砌，以抵抗高水头内水压力。
关键词：稳定性分析，新奥法，一次支护，二次支护，经验类比法
Stability Analysis and Supporting Design of Surrounding Rock Mass of 1＃ Water-drawing Tunnel in Longtan Hydropower Station
Abstract
The paper describes the whole engineering and engineering and hydrogeological conditions of water-drawing system, analyzes their layout and design parameters, then expounds the principle of stability analysis and the thought of supporting design.
With the help of a number of reference books, combined with physical and mechanical properties of the area, finite element method and ADINA software is used to compute ,on which rock stability is evaluated comprehensively. On this basis, combined with experience in engineering, the principle and style of water-drawing tunnel is determined and on the up level, the up bend, incline, support package is determined.(including first support and secondary support programs). Water-drawing tunnel is in construction by the New Austrian Tunnel Method due to the high water pressure within the head of the implications, so that it must be considered that the first Supporting is carries out, at the same time, secondary rigid support is on.That is to say, the first supporting is the style of "rock bolts + network linked reinforced polypropylene fiber concrete", the second supporting adopts the style of pressure pipe lining used to resist high head pressure of the water.
Keywords: stability analysis, the New Austrian Tunnel Method, the first supporting, the second support, experience analogy
1.1概述
龙滩水电站是红水河梯级开发中的骨干工程，位于广西壮族自治区天峨县境内的红水河上，坝址距县城15km。工程以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益。本工程为Ⅰ等工程，工程规模为大（Ⅰ）型，工程枢纽由碾压混凝土重力坝、泄洪建筑物、左岸地下引水发电系统、右岸通航建筑物等几大部分构成。工程按正常蓄水位400m设计，初期按375m建设，电站装机容量为6300MW。其中引水发电系统土建部分按400m设计一次建成，前期安装7台机组，预留2台机后期安装。
根据工程总进度安排，工程 2001年7月1日正式开工，2003年11月河床截流。2006年11月～12月左、右岸导流隧洞先后下闸封堵，水库开始蓄水，至2007年7月第一台机组发电，此前需完成地下厂房全部土建工程，安装完第一台机组。大坝缺口坝段应上升至高程342.00m以上。2009年底大坝、地下厂房、通航建筑物全部建成，工程完工。
引水发电系统由引水系统、厂房系统及尾水系统三大系统组成。其主要建筑物由引水洞、主副厂房（含主副安装间）、母线洞、主变室、尾水调压井、尾水（管）洞、电缆竖井（平洞）、通风竖井、厂房辅助洞室（通风洞、交通洞、排水洞等）等地下建筑物和进水口、尾水出口、开关站、出线平台、中央控制楼及通风洞口建筑物等地面建筑物组成。
1.2引水发电系统
1.2.1引水系统
引水系统采用单机单管引水方式，进口相邻洞轴线间距25.0m，厂房上游墙处相邻洞轴线间距29.46m。进水口高程分2级，①～⑦机进水口中心线高程为▽311.00m，⑧、⑨机为▽321.00m。9条引水隧洞穿过左岸坝线下游山体，以55°角斜向引入地下厂房。压力引水隧洞内径10.0m，水轮机蜗壳进口管道直径8.7m。①～⑥压力引水隧洞采用斜井连接上下水平段，斜井与水平面夹角55°，⑦～⑨压力引水隧洞采用竖井连接。②～③压力引水隧洞采用全钢衬，①和④～⑨压力引水隧洞为上平段、部分上弯段及厂前采用钢衬，其余部分采用钢筋砼衬砌。压力隧洞轴线长202.442m～250.289m不等，全长约2097.859m。压力引水隧洞以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，局部为Ⅳ类围岩，根据不同的围岩情况，采取不同的开挖方法及衬砌型式；①～⑥、⑨引水洞的上弯段、⑦、⑧引水洞上平段为开挖直径13.3m圆形断面，其余洞段为开挖直径11.4、11.5m的圆形断面。
1.2.2 地下厂房系统
地下厂房从河床侧向山体侧依次布置有主安装间、主厂房、副安装间，总长388.50m, 在主副安装间下均布置有2层副厂房。主厂房设置岩锚吊车梁，其上部厂房开挖跨度为30.70m,下部开挖跨度28.90m；最大开挖高度达77.3m,是目前世界最大的地下厂房。顶拱开挖高程261.40m，底部布置有检修排水廊道，其最低开挖高程184.10m,岩锚吊车梁轨顶高程246.70m，尾水底板高程187.60m。
主厂房共分6层布置，由上往下依次为：发电机层（高程233.70m）,母线层（高程227.70m），水轮机层（高程221.70m），蜗壳层（高程214.20～215.70m），锥管层（高程209.70m）及尾水操作廊道层（高程206.50m）。
主变室布置于厂房下游侧，两洞室之间岩墙厚43.00m，洞轴线与主厂房平行，在其右端布置有高压实验室、绝缘油罐室及电气维修间等副厂房。主变室顶拱开挖高程254.05m，其开挖尺寸长为408.8m,最大开挖宽度19.80m,高20.75～32.55m。
主厂房和主变室之间布置有9条母线洞，母线洞长43.00m,母线洞靠上游侧长37.70m段顶拱开挖高程为234.20m，母线洞靠主变侧长4.95m段顶拱开挖高程为245.70m。母线洞开挖宽度10.20m, 高度12.80(24.20m)。
1.2.3 尾水系统
尾水系统由9条尾水支洞、3个长廊阻抗式调压井、2个“三合一”的“卜”形岔洞、3条圆形尾水隧洞和尾水出口等建筑物组成。调压井采用“3机一井”方案，井底高程190.00m，顶拱跨度24.85m，其体形尺寸（长×宽×高）分别为：67 m×21.6m×87.2m（①井）；76m×21.6 m×87.2m（②井）；95m ×21.6m×87.2m（③井）。调压井上下游为底园角城门形尾水支洞（断面净尺寸12.00m×20.00m）, 3条尾水隧洞开挖直径22.60m，衬砌后直径21.00m。
1.3场内外交通条件
1.3.1场外交通条件
龙滩水电站坝址距最近的铁路货运站为黔桂线上的南丹（小场）火车站，可作为本工程物资中转站，主要材料用火车经黔桂线运至南丹火车站，再经南丹火车站至龙滩大桥的81km山岭重丘二级公路运至工地，该公路已建成通车，沿左岸与坝址以下2.5km处的红水河龙滩大桥下相接，二级公路及龙滩大桥荷载标准均为汽-40、挂-400，二级公路沿线涵洞为10.0×8.9m（宽×高）的城门洞型。天峨县城设有天峨大桥，荷载标准为汽-20、挂-100，通过该大桥沿右岸至坝址为四级公路，混凝土路面。
1.3.2场内交通条件
施工场内交通干线均可直接到达各地面施工区域，其中，1#公路（进厂公路）从左岸龙滩大桥桥头直达进厂交通洞和尾水施工支洞洞口；7#公路（左岸高程260m）从1#路末端起，通达母线排风洞、主厂房进风洞、主变室排风洞、尾水调压井交通洞等洞口；3#公路从1#公路左侧至左岸坝顶，9#公路从3#公路末端至EL.480.0缆机平台，到达排烟竖井井口，可作为排烟竖井的施工道路；13#公路从3#公路末端至引水洞进水口EL.311.0平台，可作为引水洞上平段、斜（竖）井段的施工道路；为满足电缆洞平洞段及出口的施工，拟从开关站对应的3#公路右侧（顺流向）修便道至电缆平洞出口，作为电缆平洞及出口的施工通道, 该施工道路编号为3#-1，长150m，路面宽7m；尾水出口
表1. 1 场内交通道路特性表
全面施工时，拟从1#公路外侧修一条施工道路（编号为1#-1）进入尾水出口施工区，在开挖区内修便道至各开挖高程，以满足该部位的施工要求，道路长600m，路面宽10m，另为抵御施工期超标洪水，根据汛情报告在道路沿线采用粘土草袋做挡水围堰维护施工道路的正常运行；后期尾水出口预留岩埂拆除时，再从1#-1施工道路外侧修便道进入岩埂拆除施工区内施工设施，该便道编号为1#-2，长400m，路面宽8m。右岸6#公路从龙滩大桥桥头到达麻村砂石系统，为砂石骨科运输的主要交通道。从距1#公路起点约400米处经碴场有毛路通达纳芋沟、姚里沟碴场和左岸中心炸药库，并可作为出碴通道。左右岸由龙滩大桥连接。
各主干道特性见表1.1。
1.4辅助设施
1.4.1生活及供水
生产、生活用水，生产调节水池布置在左岸EL.310.00m和EL.380.00m，总水量为750m3/h；生活调节水池布置在左岸EL.330.00m和EL.410.00m。
供水拟布置两条供水线路，1#供水线路从左岸EL.310.00m高位生产调节水池引出，2#供水线路从左岸EL.380.00m高位生产调节水池引出，引出管均为DN300mm钢管。然后分别用DN125mm、DN100mm、DN75mm等钢管接至各施工作业面，管径大小根据各作业面的用水量确定；排烟竖井的施工用水不考虑布置管路，拟在现场设一个8m3的钢板水箱，洒水车拉水供给。拌合系统内设置一个100 m3水池，供拌合系统用水；1#、2#供水线路高峰期用水量分别为173.9 m3/h和162.5m3/h。生活供水拟在纳芋沟生活营地1～4#楼房各布置一个容量为10m3生活调节水池，从EL.410.00m的高位生活调节水池接引DN100mm、DN75mm两条供水线路至该营地内，再用DN42mm管敷设至水池内。纳玩生活营地从EL.330.00m高位水池接DN75mm管路到达生活营地和砼拌和系统100m3水池，再接DN42mm和DN25mm管敷设至各用水点。EL.410.00m和EL.330.00m高位水池可供本标用水量均为77.5m3/h。
1.4.2供电线路
在左岸布置一个10KV开闭所，作为工程高压电源接引点。工程供电拟从该高压电源接引点接引4条输电线路供工程生产和生活用电，其中1#线路从10KV开闭所到左岸下游纳芋沟生产、生活场地，供纳芋沟、姚里沟生产、生活用电；2#线路从10KV开闭所至本标砼拌合系统，主要供拌合系统用电；3#线路从10KV开闭所至进厂交通洞洞口，供引水系统下平洞、厂房系统下部、尾水系统等用电；4#线路从10KV开闭所至母线排风洞洞口，供引水系统上平洞（斜、竖井）、厂房系统上部、尾水调压井等用电。
1.4.3变电配置
供电的变电配置根据不同部位的用电需要和用电时段进行设置，根据需要，供电系统共设置16个变压站，变压器总容量为11100KVA，其中部分变压器容量偏大，主要考虑与该变压器连接的直接起动的大型电动机在起动时的电流需要。供电系统高峰期用电负荷为4323KW，不超过4500KW。供电系统按洞外和洞内考虑设置，洞外从输电线路直接接变压器变配供电；洞内采用10KV高压进洞后再接变压器变配供电。排烟竖井的施工用电拟配125KVA的移动式柴油发电机组供电，不考虑布设供电线路。
1.4.4.照明
生活区、辅助企业、仓库、地面场地及地下非作业面采用220v照明线路。地下开挖支护面的工作照明采用36v线路，用行灯变压器将220v或380v电压降为36v安全电压供电。各场所照明度满足标书要求。
地面施工场地照明拟以投光灯集中照明为主，并对局部区域辅以白炽灯加强照明，采用脚手架钢管制做灯塔，每个灯塔上装设2-3个1000w可自由调整照射范围的投光灯。
1.5引水隧洞通风布置
为满足引水隧洞通风需要，增设了两条施工支洞，施工通风结合施工程序安排和外围施工条件分三期布置。前期由于承担隧洞施工的1#、2#施工支洞均为独头工作面，此时在支洞口设置风机进行强制通风，随着支洞掘进超过400m后，增设风机进行接力负压通风。中期以解决下平洞通风散烟困难为主，因此，在施工程序安排上，以上游工作面的施工为重点，尽快贯通引水隧洞斜、竖井段的导井，形成引水隧洞上、下部的风流循环条件；其次在厂房进风洞风机房开设一条通风竖井至2#施工支洞洞顶（φ1.4m，井深40m），在井口设通风机负压通风，以加强下平洞段的通风循环，先提供改善洞内施工通风的条件，同时在每个工作面增设局部风机辅助通风；后期随着开挖支护施工的相继结束以及进口工作面的提交并转入砼衬砌、钢管安装施工，洞内通风将以自然通风为主辅以1台1500m3/min风机负压通风。
[2] 广西省天峨县龙滩水电站1478联营体. 引水发电系统施工组织设计［R］
[3] 国家电力公司中南勘察设计研究院.红水河龙滩水电站可行性研究报告工程地质［R］
[4] 邹志辉，汪志林.锚杆在不同岩体的工作机理[J].岩土工程学报.1993（15）
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[6] 郑颖人，董云飞，等地下工程锚喷支护设计指南[M].北京:中国铁道出版社，1988.
[7] 孙钧. 地下工程设计理论与实践[M]. 上海：上海科学技术出版社，1996
[8] 王焕定，焦兆平.有限单元法基础[J].北京:高等教育出版社,2002.
[9] 于学馥，郑颖人等. 地下工程围岩稳定分析[M].北京：煤炭工业出版社，1983
[10] 徐干成，白洪才，郑颖人. 地下工程支护结构[M]. 北京：中国水利水电出版社，2002
[11] 高谦，乔兰，吴顺川，杨素珍. 地下工程系统分析与设计[M]. 北京：中国建材工业出版社, 2005
本文首先介绍了龙滩水电站工程概况以及引水系统的工程与水文地质情况，其次分析了引水隧洞的布局和设计参数，然后详细地阐述了龙滩水电站1#引水隧洞围岩稳定性分析原理及支护设计思路。
在参阅大量资料的基础上，结合引水隧洞的物理力学性质指标，利用有限元数值方法与分析软件Adina对隧洞围岩稳定性进行了分析计算；根据计算结果，对围岩的稳定性进行了综合评价；在此基础上，结合已有工程经验，确定了引水隧洞的锚固设计计算的力学模式和原则，最后对引水隧洞的上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段等部分提出了相应的支护方案（包括一次支护和二次支护方案）。引水隧洞采用新奥法进行施工，由于高水头内水压力的影响，必须在考虑一次支护的同时，进行二次刚性支护；一次支护采用“喷锚支护挂钢筋网＋聚丙烯纤维混凝土”型式，二次支护采用压力钢管衬砌，以抵抗高水头内水压力。
关键词：稳定性分析，新奥法，一次支护，二次支护，经验类比法
Stability Analysis and Supporting Design of Surrounding Rock Mass of 1＃ Water-drawing Tunnel in Longtan Hydropower Station
Abstract
The paper describes the whole engineering and engineering and hydrogeological conditions of water-drawing system, analyzes their layout and design parameters, then expounds the principle of stability analysis and the thought of supporting design.
With the help of a number of reference books, combined with physical and mechanical properties of the area, finite element method and ADINA software is used to compute ,on which rock stability is evaluated comprehensively. On this basis, combined with experience in engineering, the principle and style of water-drawing tunnel is determined and on the up level, the up bend, incline, support package is determined.(including first support and secondary support programs). Water-drawing tunnel is in construction by the New Austrian Tunnel Method due to the high water pressure within the head of the implications, so that it must be considered that the first Supporting is carries out, at the same time, secondary rigid support is on.That is to say, the first supporting is the style of "rock bolts + network linked reinforced polypropylene fiber concrete", the second supporting adopts the style of pressure pipe lining used to resist high head pressure of the water.
Keywords: stability analysis, the New Austrian Tunnel Method, the first supporting, the second support, experience analogy
目 录
中文摘要…………………………………………………………………Ⅲ
英文摘要…………………………………………………………………Ⅳ
前言………………………………………………………………………Ⅴ
第一章 工程概况……………………………………………………….1
1.1概述………………………………………………………………….1
1.2引水发电系统……………………………………………………….1
1.3场内外交通条件…………………………………………………….2
1.4辅助设施…………………………………………………………….4
1.5引水隧洞通风布置………………………………………………….5
第二章 引水隧洞水文及工程地质条件………………………………6
2.1水文气象条件……………………………………………………….6
2.2地质构造…………………………………………………………….6
2.3地质岩性……………………………………………………………..7
2.4 岩体风化特性…………………………………………………..........10
第三章 引水隧洞的布局及设计参数………………………………….11
3.1引水隧洞的布置………………………………………………...........11
3.2引水隧洞区内施工支洞的布置……………………………………...12
3.3 1#引水隧洞布置和设计参数………………………………………13
第四章 引水隧洞围岩物理力学性质………………………………….15
4.1岩石物理性质、强度试验成果……………………………………15
4.2岩石抗剪(断)强度试验…………………………………………….17
4.3岩石变形模量成果表……………………………………………….19
4.4岩石弹性波测试成果………………………………………………19
第五章 引水隧洞围岩稳定性计算…………………………………….21
5.1有限单元法概述……………………………………………………21
5.2 ADINA 软件简介…………………………………………………..22
5.3 ADINA 软件计算过程……………………………………………..23
5.4 1＃引水隧洞围岩稳定性综合评价……………………………….31
第六章围岩的初步设计………………………………………………32
6.1 1#引水隧洞计算的力学模式选择…………………………………32
6.2 喷锚支护经验类比设计……………………………………………32
6.3 锚固设计应遵循的原则……………………………….…………35
6.4 1#引水隧洞加固设计………………………………………………36
第七章 主要结论及意见…………………………………………47
7.1主要结论……………………………………………………………47
7.2建议……………………………………………………………………47
参考文献……………………………………………………………49
致谢…………………………………………………………………50
附图1：龙滩水电站1#引水隧洞上平段支护结构图
附图2：龙滩水电站1#引水隧洞二次支护钢筋设计与压力钢管图
附图3：龙滩水电站1#引水隧洞稳定性分析结果图
前 言
本次毕业设计是对我综合应用多学科的理论、知识与方法的能力全面检查，是训练我的科学研究能力和创新能力的必要教学环节。毕业论文（设计）的质量，综合反映学校的教学管理水平、教师学术水平以及应用基本知识分析问题和解决问题的能力。因此，我们认真做好毕业设计，不仅能加深所学的专业知识，而且对以后参加工作有很大的帮助。下面对我的毕业设计做一个简单介绍：
首先，我们到广西龙滩水电站进行为期一个月的实习。在那里搜集了大量与毕业设计相关的资料，主要包括：广西龙滩水电站1478联营体编写的《引水发电系统施工组织设计》；国家电力公司中南勘测设计研究院的《红水河龙滩水电站可行性研究补充设计报告（工程地质）》、龙滩水电集团公司的《红水河龙滩水电站三体土建工程Ⅳ标施工招标文件》等。返校后，到图书馆借阅相关书籍和网上查询相关资料等工作，为毕业设计的编写做了充分的准备。
第一章龙滩水电站主体工程和辅助生产系统作了总体概述。第二章，从水文气象条件，地形、地貌及构造条件，地层岩性，物理地质现象的等几个方面概括了引水隧洞的水文及工程地质条件。第三章，写了引水系统1#引水隧洞的布局和设计参数，第四章借鉴了地层岩石性质、主要断层特征、岩石物理性质、强度试验成果、岩石抗剪（断）强度试验、岩石变形摸量参数成果等这些相关试验数据，对引水隧洞围岩物理力学性质作了个整体概述。第五章，简单介绍了对有限单元法原理和ADINA软件，再进行建模、划分网格、计算处理，最后对结果进行分析。第六章，利用工程经验类比法，以及新奥地利施工方法对1#引水隧洞进行支护设计，包括一次支护和二次支护。第七章，对本设计作了些结论和建议。
第一章 工程概况本次毕业设计是对我综合应用多学科的理论、知识与方法的能力全面检查，是训练我的科学研究能力和创新能力的必要教学环节。毕业论文（设计）的质量，综合反映学校的教学管理水平、教师学术水平以及应用基本知识分析问题和解决问题的能力。因此，我们认真做好毕业设计，不仅能加深所学的专业知识，而且对以后参加工作有很大的帮助。下面对我的毕业设计做一个简单介绍：
首先，我们到广西龙滩水电站进行为期一个月的实习。在那里搜集了大量与毕业设计相关的资料，主要包括：广西龙滩水电站1478联营体编写的《引水发电系统施工组织设计》；国家电力公司中南勘测设计研究院的《红水河龙滩水电站可行性研究补充设计报告（工程地质）》、龙滩水电集团公司的《红水河龙滩水电站三体土建工程Ⅳ标施工招标文件》等。返校后，到图书馆借阅相关书籍和网上查询相关资料等工作，为毕业设计的编写做了充分的准备。
第一章龙滩水电站主体工程和辅助生产系统作了总体概述。第二章，从水文气象条件，地形、地貌及构造条件，地层岩性，物理地质现象的等几个方面概括了引水隧洞的水文及工程地质条件。第三章，写了引水系统1#引水隧洞的布局和设计参数，第四章借鉴了地层岩石性质、主要断层特征、岩石物理性质、强度试验成果、岩石抗剪（断）强度试验、岩石变形摸量参数成果等这些相关试验数据，对引水隧洞围岩物理力学性质作了个整体概述。第五章，简单介绍了对有限单元法原理和ADINA软件，再进行建模、划分网格、计算处理，最后对结果进行分析。第六章，利用工程经验类比法，以及新奥地利施工方法对1#引水隧洞进行支护设计，包括一次支护和二次支护。第七章，对本设计作了些结论和建议。
1.1概述
龙滩水电站是红水河梯级开发中的骨干工程，位于广西壮族自治区天峨县境内的红水河上，坝址距县城15km。工程以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益。本工程为Ⅰ等工程，工程规模为大（Ⅰ）型，工程枢纽由碾压混凝土重力坝、泄洪建筑物、左岸地下引水发电系统、右岸通航建筑物等几大部分构成。工程按正常蓄水位400m设计，初期按375m建设，电站装机容量为6300MW。其中引水发电系统土建部分按400m设计一次建成，前期安装7台机组，预留2台机后期安装。
根据工程总进度安排，工程 2001年7月1日正式开工，2003年11月河床截流。2006年11月～12月左、右岸导流隧洞先后下闸封堵，水库开始蓄水，至2007年7月第一台机组发电，此前需完成地下厂房全部土建工程，安装完第一台机组。大坝缺口坝段应上升至高程342.00m以上。2009年底大坝、地下厂房、通航建筑物全部建成，工程完工。
引水发电系统由引水系统、厂房系统及尾水系统三大系统组成。其主要建筑物由引水洞、主副厂房（含主副安装间）、母线洞、主变室、尾水调压井、尾水（管）洞、电缆竖井（平洞）、通风竖井、厂房辅助洞室（通风洞、交通洞、排水洞等）等地下建筑物和进水口、尾水出口、开关站、出线平台、中央控制楼及通风洞口建筑物等地面建筑物组成。
1.2引水发电系统
1.2.1引水系统
引水系统采用单机单管引水方式，进口相邻洞轴线间距25.0m，厂房上游墙处相邻洞轴线间距29.46m。进水口高程分2级，①～⑦机进水口中心线高程为▽311.00m，⑧、⑨机为▽321.00m。9条引水隧洞穿过左岸坝线下游山体，以55°角斜向引入地下厂房。压力引水隧洞内径10.0m，水轮机蜗壳进口管道直径8.7m。①～⑥压力引水隧洞采用斜井连接上下水平段，斜井与水平面夹角55°，⑦～⑨压力引水隧洞采用竖井连接。②～③压力引水隧洞采用全钢衬，①和④～⑨压力引水隧洞为上平段、部分上弯段及厂前采用钢衬，其余部分采用钢筋砼衬砌。压力隧洞轴线长202.442m～250.289m不等，全长约2097.859m。压力引水隧洞以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，局部为Ⅳ类围岩，根据不同的围岩情况，采取不同的开挖方法及衬砌型式；①～⑥、⑨引水洞的上弯段、⑦、⑧引水洞上平段为开挖直径13.3m圆形断面，其余洞段为开挖直径11.4、11.5m的圆形断面。
1.2.2 地下厂房系统
地下厂房从河床侧向山体侧依次布置有主安装间、主厂房、副安装间，总长388.50m, 在主副安装间下均布置有2层副厂房。主厂房设置岩锚吊车梁，其上部厂房开挖跨度为30.70m,下部开挖跨度28.90m；最大开挖高度达77.3m,是目前世界最大的地下厂房。顶拱开挖高程261.40m，底部布置有检修排水廊道，其最低开挖高程184.10m,岩锚吊车梁轨顶高程246.70m，尾水底板高程187.60m。
主厂房共分6层布置，由上往下依次为：发电机层（高程233.70m）,母线层（高程227.70m），水轮机层（高程221.70m），蜗壳层（高程214.20～215.70m），锥管层（高程209.70m）及尾水操作廊道层（高程206.50m）。
主变室布置于厂房下游侧，两洞室之间岩墙厚43.00m，洞轴线与主厂房平行，在其右端布置有高压实验室、绝缘油罐室及电气维修间等副厂房。主变室顶拱开挖高程254.05m，其开挖尺寸长为408.8m,最大开挖宽度19.80m,高20.75～32.55m。
主厂房和主变室之间布置有9条母线洞，母线洞长43.00m,母线洞靠上游侧长37.70m段顶拱开挖高程为234.20m，母线洞靠主变侧长4.95m段顶拱开挖高程为245.70m。母线洞开挖宽度10.20m, 高度12.80(24.20m)。
1.2.3 尾水系统
尾水系统由9条尾水支洞、3个长廊阻抗式调压井、2个“三合一”的“卜”形岔洞、3条圆形尾水隧洞和尾水出口等建筑物组成。调压井采用“3机一井”方案，井底高程190.00m，顶拱跨度24.85m，其体形尺寸（长×宽×高）分别为：67 m×21.6m×87.2m（①井）；76m×21.6 m×87.2m（②井）；95m ×21.6m×87.2m（③井）。调压井上下游为底园角城门形尾水支洞（断面净尺寸12.00m×20.00m）, 3条尾水隧洞开挖直径22.60m，衬砌后直径21.00m。
1.3场内外交通条件
1.3.1场外交通条件
龙滩水电站坝址距最近的铁路货运站为黔桂线上的南丹（小场）火车站，可作为本工程物资中转站，主要材料用火车经黔桂线运至南丹火车站，再经南丹火车站至龙滩大桥的81km山岭重丘二级公路运至工地，该公路已建成通车，沿左岸与坝址以下2.5km处的红水河龙滩大桥下相接，二级公路及龙滩大桥荷载标准均为汽-40、挂-400，二级公路沿线涵洞为10.0×8.9m（宽×高）的城门洞型。天峨县城设有天峨大桥，荷载标准为汽-20、挂-100，通过该大桥沿右岸至坝址为四级公路，混凝土路面。
1.3.2场内交通条件
施工场内交通干线均可直接到达各地面施工区域，其中，1#公路（进厂公路）从左岸龙滩大桥桥头直达进厂交通洞和尾水施工支洞洞口；7#公路（左岸高程260m）从1#路末端起，通达母线排风洞、主厂房进风洞、主变室排风洞、尾水调压井交通洞等洞口；3#公路从1#公路左侧至左岸坝顶，9#公路从3#公路末端至EL.480.0缆机平台，到达排烟竖井井口，可作为排烟竖井的施工道路；13#公路从3#公路末端至引水洞进水口EL.311.0平台，可作为引水洞上平段、斜（竖）井段的施工道路；为满足电缆洞平洞段及出口的施工，拟从开关站对应的3#公路右侧（顺流向）修便道至电缆平洞出口，作为电缆平洞及出口的施工通道, 该施工道路编号为3#-1，长150m，路面宽7m；尾水出口
表1. 1 场内交通道路特性表
| 道路编号 | 公路名称 | 等级 | 长度(Km) | 宽度(m) | 备 注 | |
| 路基 | 路面 | |||||
| 1# | 进厂公路 |
三 级 |
2.16 | 13.0 | 11.0 | |
| 3# | 左岸上坝公路 | 2.95 | 12.0 | 10.0 | 混凝土路面 | |
| 5# | 左岸高程245m公路 | 0.59 | 11.0 | 9.0 | 混凝土路面 | |
| 7# | 左岸高程260m公路 | 0.69 | 11.0 | 9.0 | 混凝土路面 | |
| 9# | 左岸上缆公路 | 1.65 | 11.0 | 9.0 | 混凝土路面 | |
| 11# | 至左岸上游弃碴场路 | 0.50 | 出碴道路 | |||
| 13# | 左岸上游高程303m公路 | 0.69 | 11.0 | 9.0 | 混凝土路面 | |
| 6# | 右岸桥头至麻村砂石系统公路 | 1.53 | 10.0 | 8.0 | 混凝土路面 | |
| 3#-1 | 电缆洞施工道路 | 0.15 | 9.0 | 7.0 | 出碴道路 | |
| 1#-1 | 尾水出口施工道路 | 0.60 | 10.0 | 8.0 | 出碴道路 | |
| 1#-2 | 尾水预留岩埂施工道路 | 0.40 | 10.0 | 8.0 | 出碴道路 | |
各主干道特性见表1.1。
1.4辅助设施
1.4.1生活及供水
生产、生活用水，生产调节水池布置在左岸EL.310.00m和EL.380.00m，总水量为750m3/h；生活调节水池布置在左岸EL.330.00m和EL.410.00m。
供水拟布置两条供水线路，1#供水线路从左岸EL.310.00m高位生产调节水池引出，2#供水线路从左岸EL.380.00m高位生产调节水池引出，引出管均为DN300mm钢管。然后分别用DN125mm、DN100mm、DN75mm等钢管接至各施工作业面，管径大小根据各作业面的用水量确定；排烟竖井的施工用水不考虑布置管路，拟在现场设一个8m3的钢板水箱，洒水车拉水供给。拌合系统内设置一个100 m3水池，供拌合系统用水；1#、2#供水线路高峰期用水量分别为173.9 m3/h和162.5m3/h。生活供水拟在纳芋沟生活营地1～4#楼房各布置一个容量为10m3生活调节水池，从EL.410.00m的高位生活调节水池接引DN100mm、DN75mm两条供水线路至该营地内，再用DN42mm管敷设至水池内。纳玩生活营地从EL.330.00m高位水池接DN75mm管路到达生活营地和砼拌和系统100m3水池，再接DN42mm和DN25mm管敷设至各用水点。EL.410.00m和EL.330.00m高位水池可供本标用水量均为77.5m3/h。
1.4.2供电线路
在左岸布置一个10KV开闭所，作为工程高压电源接引点。工程供电拟从该高压电源接引点接引4条输电线路供工程生产和生活用电，其中1#线路从10KV开闭所到左岸下游纳芋沟生产、生活场地，供纳芋沟、姚里沟生产、生活用电；2#线路从10KV开闭所至本标砼拌合系统，主要供拌合系统用电；3#线路从10KV开闭所至进厂交通洞洞口，供引水系统下平洞、厂房系统下部、尾水系统等用电；4#线路从10KV开闭所至母线排风洞洞口，供引水系统上平洞（斜、竖井）、厂房系统上部、尾水调压井等用电。
1.4.3变电配置
供电的变电配置根据不同部位的用电需要和用电时段进行设置，根据需要，供电系统共设置16个变压站，变压器总容量为11100KVA，其中部分变压器容量偏大，主要考虑与该变压器连接的直接起动的大型电动机在起动时的电流需要。供电系统高峰期用电负荷为4323KW，不超过4500KW。供电系统按洞外和洞内考虑设置，洞外从输电线路直接接变压器变配供电；洞内采用10KV高压进洞后再接变压器变配供电。排烟竖井的施工用电拟配125KVA的移动式柴油发电机组供电，不考虑布设供电线路。
1.4.4.照明
生活区、辅助企业、仓库、地面场地及地下非作业面采用220v照明线路。地下开挖支护面的工作照明采用36v线路，用行灯变压器将220v或380v电压降为36v安全电压供电。各场所照明度满足标书要求。
地面施工场地照明拟以投光灯集中照明为主，并对局部区域辅以白炽灯加强照明，采用脚手架钢管制做灯塔，每个灯塔上装设2-3个1000w可自由调整照射范围的投光灯。
1.5引水隧洞通风布置
为满足引水隧洞通风需要，增设了两条施工支洞，施工通风结合施工程序安排和外围施工条件分三期布置。前期由于承担隧洞施工的1#、2#施工支洞均为独头工作面，此时在支洞口设置风机进行强制通风，随着支洞掘进超过400m后，增设风机进行接力负压通风。中期以解决下平洞通风散烟困难为主，因此，在施工程序安排上，以上游工作面的施工为重点，尽快贯通引水隧洞斜、竖井段的导井，形成引水隧洞上、下部的风流循环条件；其次在厂房进风洞风机房开设一条通风竖井至2#施工支洞洞顶（φ1.4m，井深40m），在井口设通风机负压通风，以加强下平洞段的通风循环，先提供改善洞内施工通风的条件，同时在每个工作面增设局部风机辅助通风；后期随着开挖支护施工的相继结束以及进口工作面的提交并转入砼衬砌、钢管安装施工，洞内通风将以自然通风为主辅以1台1500m3/min风机负压通风。
主要结论及建议
7.1主要结论
围岩是地下工程中主要的承载结构，隧洞支护设计遵循围岩承载(围岩松动圈，以及内、外水压力等)的设计思想，充分考虑发挥围岩的承载能力，采用喷锚支护和二次模注混凝土或压力钢管等措施，使围岩和喷锚支护成为统一的和具有联合承载结构特性的复合体。这保证了在隧洞衬砌施工前，围岩变形趋于稳定，隧洞混凝土衬砌基本不承担由于隧洞开挖、初始地应力释放调整产生的围岩压力，而不仅起到减少过流糙率，而且还能保护围岩免受水流冲刷和淘蚀以及水压力等。
本次设计是在龙滩水电站的实习经历以及相关资料的收集的基础上进行的，本文首先对龙滩水电站工程概况，其地理位置，交通辅助设施等进行了介绍；然后在充分了解该区工程与水文地质条件的基础上，结合引水系统岩石力学物理性质指标，利用andia软件对1#引水隧洞进行二维力学建模，划分网格模型，并对位移、应力、应变分布云图进行分析，得出围岩是稳定的。再对引水隧洞进行支护设计，利用新奥法进行施工，由于内水压力的影响，必须在考虑一次支护的同时，进行二次刚性支护，主要是承受水压力和水的冲刷，通过经验类比，稳定性分析，得出了了相应的支护方式：在整个隧洞的柔性支护中，全部采用新奥法，喷锚支护挂钢筋网＋C25的聚丙烯纤维混凝土进行支护，柔性支护的时间大约在20天左右；二次支护有所不同，在上平段采用配筋，浇注C25的模注混凝土厚60cm,在其它部位的二次支护，由于水的冲刷和水压力的影响，主要采用压力钢管支护，该支护方式已成功应用于现已完工的龙滩水电站引水系统施工中。
总之，该工程通过一系列的资料收集、参数的选择、利用有限元相关软件进行稳定性分析和支护设计，得出了比较系统的1#引水系统的支护初步设计，使我们在将来的工作中更具有挑战性，在知识上得到了复习和补充，将来我要不断努力，刻苦学习，期望能为我们的地下工程作出应有的贡献。
7.1建议
本次设计有许多不足之处，具体如下：
（1）稳定性分析是采用二维进行的，没有考虑三维情况，因此不够精确。
（2）没有考虑其它洞室对1#引水隧洞的影响。
（3）没有考虑地应力的影响。
（4）洞室的支护设计是经验类比法。
（5）虽然我们考虑水压力，但是没有考虑水对洞室的疲劳破坏和冲刷作用。
针对以上情况，期望在将来的毕业设计中，师弟师妹们能够学习三维有限元，利用三维有限元进行稳定性分析，我将在以后的学习中也争取学习应用三维分析方法，使结果更加准确。应该考虑周围荷载和内水压力对洞室的影响，以及水对洞室的冲刷作用。但是，我们的隧洞支护设计不象边坡那样采用安全系数定量评价。只能给出表征某种失稳模式的结构稳定安全系数，不太明确，可靠。
由于本人水平有限，不对之处，请老师批评和指导！
参 考 文 献
[1] 陈洪江. 土木工程地质［M］北京：中国建材工业出版社，2005.7.1主要结论
围岩是地下工程中主要的承载结构，隧洞支护设计遵循围岩承载(围岩松动圈，以及内、外水压力等)的设计思想，充分考虑发挥围岩的承载能力，采用喷锚支护和二次模注混凝土或压力钢管等措施，使围岩和喷锚支护成为统一的和具有联合承载结构特性的复合体。这保证了在隧洞衬砌施工前，围岩变形趋于稳定，隧洞混凝土衬砌基本不承担由于隧洞开挖、初始地应力释放调整产生的围岩压力，而不仅起到减少过流糙率，而且还能保护围岩免受水流冲刷和淘蚀以及水压力等。
本次设计是在龙滩水电站的实习经历以及相关资料的收集的基础上进行的，本文首先对龙滩水电站工程概况，其地理位置，交通辅助设施等进行了介绍；然后在充分了解该区工程与水文地质条件的基础上，结合引水系统岩石力学物理性质指标，利用andia软件对1#引水隧洞进行二维力学建模，划分网格模型，并对位移、应力、应变分布云图进行分析，得出围岩是稳定的。再对引水隧洞进行支护设计，利用新奥法进行施工，由于内水压力的影响，必须在考虑一次支护的同时，进行二次刚性支护，主要是承受水压力和水的冲刷，通过经验类比，稳定性分析，得出了了相应的支护方式：在整个隧洞的柔性支护中，全部采用新奥法，喷锚支护挂钢筋网＋C25的聚丙烯纤维混凝土进行支护，柔性支护的时间大约在20天左右；二次支护有所不同，在上平段采用配筋，浇注C25的模注混凝土厚60cm,在其它部位的二次支护，由于水的冲刷和水压力的影响，主要采用压力钢管支护，该支护方式已成功应用于现已完工的龙滩水电站引水系统施工中。
总之，该工程通过一系列的资料收集、参数的选择、利用有限元相关软件进行稳定性分析和支护设计，得出了比较系统的1#引水系统的支护初步设计，使我们在将来的工作中更具有挑战性，在知识上得到了复习和补充，将来我要不断努力，刻苦学习，期望能为我们的地下工程作出应有的贡献。
7.1建议
本次设计有许多不足之处，具体如下：
（1）稳定性分析是采用二维进行的，没有考虑三维情况，因此不够精确。
（2）没有考虑其它洞室对1#引水隧洞的影响。
（3）没有考虑地应力的影响。
（4）洞室的支护设计是经验类比法。
（5）虽然我们考虑水压力，但是没有考虑水对洞室的疲劳破坏和冲刷作用。
针对以上情况，期望在将来的毕业设计中，师弟师妹们能够学习三维有限元，利用三维有限元进行稳定性分析，我将在以后的学习中也争取学习应用三维分析方法，使结果更加准确。应该考虑周围荷载和内水压力对洞室的影响，以及水对洞室的冲刷作用。但是，我们的隧洞支护设计不象边坡那样采用安全系数定量评价。只能给出表征某种失稳模式的结构稳定安全系数，不太明确，可靠。
由于本人水平有限，不对之处，请老师批评和指导！
参 考 文 献
[2] 广西省天峨县龙滩水电站1478联营体. 引水发电系统施工组织设计［R］
[3] 国家电力公司中南勘察设计研究院.红水河龙滩水电站可行性研究报告工程地质［R］
[4] 邹志辉，汪志林.锚杆在不同岩体的工作机理[J].岩土工程学报.1993（15）
[5] 中国岩土锚固工程协会.岩土工程中锚固技术[M].北京:地震出版社，1989.
[6] 郑颖人，董云飞，等地下工程锚喷支护设计指南[M].北京:中国铁道出版社，1988.
[7] 孙钧. 地下工程设计理论与实践[M]. 上海：上海科学技术出版社，1996
[8] 王焕定，焦兆平.有限单元法基础[J].北京:高等教育出版社,2002.
[9] 于学馥，郑颖人等. 地下工程围岩稳定分析[M].北京：煤炭工业出版社，1983
[10] 徐干成，白洪才，郑颖人. 地下工程支护结构[M]. 北京：中国水利水电出版社，2002
[11] 高谦，乔兰，吴顺川，杨素珍. 地下工程系统分析与设计[M]. 北京：中国建材工业出版社, 2005