三河口水利枢纽坝后电梯井结构方案比选

解 豪，杨 蕾

（陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 西安 710001）

1 概况

三河口水利枢纽是陕西省引汉济渭工程的调蓄中枢。大坝为碾压混凝土拱坝，最大坝高141.5 m，水库总库容为7.1 亿 m3。

大坝电梯井布置在大坝右岸坝后下游，其下部结构嵌入与坝体整体浇筑，电梯井总行程130 m，沿高程共分7站，是三河口枢纽最重要的垂直交通通道。其功能主要为连接坝体内部各层交通廊道，连通坝后电站厂区与坝顶交通。

2 电梯井结构设计方案

在水利行业发展的今天，水工建筑物设计不再仅仅考虑其功能性和安全可靠性，越来越多的水利设计在保证其功能和安全可靠的同时，更注重于生态融合、环保与建筑美感的设计。而钢结构自重轻、结构美观、强度较高[1]，因此，钢结构电梯井则被作为了三河口电梯井设计中一个重要方案。

2.1 混凝土结构设计方案

坝后交通电梯布置在右岸坝后，电梯井结构沿高程（高程516.00 m～646.00 m）共分7站，行程130 m。

电梯井结构主要由电梯井室与检修爬梯两部分组成。井壁结构厚度为1 m，高程610.00 m以下部分结构与坝体整体浇筑，与坝顶铰接；区间检修爬梯共90跑，为钢筋混凝土结构；上下游侧井壁宽度为7.4 m，左右侧井壁宽度为8.1 m。井底部高程516.00 m下设深1.8 m×长2.5 m×宽2.6 m的缓冲坑，坑壁结构采用0.3 m厚的C30钢筋混凝土衬砌[2]。

电梯井设计图见图1～图7。

图1 电梯井A-A剖面图

图2 电梯井B-B剖面图

图3 电梯井下游侧立视图

图4 电梯井1-1剖面图

图5 电梯井2-2剖面图

图6 电梯井3-3剖面图

图7 电梯井4-4剖面图

国内近些年大中型水利枢纽、水电站工程在大坝、电站厂房内设置电梯非常普遍，大坝电梯也均采用钢筋混凝土结构，在众多已建项目中，电梯井混凝土结构已被证实是一种较为安全可靠的结构。大坝电梯井结构设计、施工，以及电梯设备制造和安装技术也较为成熟。

2.2 钢结构设计方案

电梯行业也是一个不断发展的行业，电梯发展渐趋多样化。20世纪70年代，钢结构电梯就登台亮相了，钢结构电梯轿厢、井道至少有同一侧是透明玻璃组成，乘坐钢结构电梯乘客可观看轿厢外景物，钢结构电梯拓展了电梯的视觉空间，使狭窄的电梯空间得到了延伸，能较大地提升乘客的乘坐舒适感，钢结构电梯逐渐也成为大型城市建筑的一大亮点[3]。

近年来，钢结构电梯也开始在各大自然景区出现。很多钢结构电梯都超过100 m，尤其张家界的百龙钢结构电梯，提升高度更是达到了326 m，甚至被冠以“国际十大旅游景观工程”称号。自然景区的钢结构电梯，对提升景区舒适度和观景效果都有很大的益处，同时也带来不错的经济效益。

钢结构电梯的井道，一般为钢结构设计或将混凝土结构和钢结构相结合，因地制宜。对于在自然景区设计的钢结构电梯多以纯钢结构为主，用以凸显峡谷峭壁的险峻和更好的观景体验。

虽然大坝电梯和景区钢结构电梯均被较广泛使用，也通过已建证明各自结构的安全性。但经过调查，目前关于已知大中型水利项目的坝后电梯的实例中，尚无坝后电梯采用钢结构电梯的先例。虽然景区钢结构电梯与大坝电梯的运行工况有较大差别，但在地质地形和电梯规模上有一定的相近和相似性。可参考其钢结构电梯的设计方案对大坝电梯方案做初步设计。2.2.1 钢结构电梯方案1

考虑在混凝土方案的基础上，做一定程度的设计改变，以期用较小的方案改动量和更可靠的安全性达到钢结构电梯的效果。具体方案为：调整原方案布置形式，将电梯井道后置，同时检修楼梯前置，检修楼梯间为钢筋混凝土结构，电梯井道采用钢结构与楼梯间结合，整体平面为“凸”字型。但井道钢结构布置在高程550 m以上，高程550 m以下井道已全部在坝体内部，并且下游水位较高，三河口大坝坝后消力塘内50年一遇设计水位为545.10 m，200年一遇校核水位为545.40 m，电梯井的基础面高程为516 m。同时高程546.50 m为电站厂坪高程，为电梯经常停靠的最低高程，因此以高程550 m为分界。见图8～图13。

图9 电梯井B-B剖面图

图10 电梯井下游侧立视图

图8 电梯井A-A剖面图

图12 2-2剖面图

图13 3-3剖面图

图11 1-1剖面图

2.2.2 钢结构电梯方案2

采用下部混凝土结构，上部完全为钢结构，以高程550m为分界。此方案高程550m以下与方案一相同，高程550m以上与混凝土结构电梯井布置型式相同，但整体结构为钢结构加玻璃幕墙，典型剖面见图14～图15。

图14 高程588 m横剖面图

图15 高程615 m横剖面图

方案二从结构的美观性以及使用效果方面无较方案一更优。

3 方案比选

3.1 不同方案工程经济性比较

电梯井方案的经济性是设计方案考量的重要因素之一，对不同方案的工程量及造价估算进行对比，见表1。

表1 不同方案电梯工程造价对比表

表1中各方案的造价，仅为基本建筑工程费用，大型钢结构的安装及运费费用，也较为昂贵。同时，对工程造价编制过程中对部分已建成景区钢结构电梯案例进行调查，并选取与本工程电梯井规模、参数较为相近的设计方案，对其造价进行比较，作为钢结构方案的参考依据。表2为两个已建钢结构电梯的基本参数与造价调查表。

表2 景区钢结构电梯参数及造价调查表

综上所述，电梯井混凝土方案造价最低，两种钢结构电梯方案造价依次升高。钢结构电梯井除建筑工程造价较混凝土结构高外，同时还带来的运输、安装及后期维护等费用均在最终造价中占有不小的比例。

3.2 不同方案电梯井优缺点

三河口大坝电梯的运行环境，和一般建筑电梯及景区钢结构电梯运行环境相比，更为恶劣。大坝下游消力塘水位较高，电梯下部长年处于水下环境；当地气候较为温和，虽不属于严寒气候，但年内气温变化仍较大；并且泄洪对电梯影响较大，包括泄洪时震动和较强的雾化等。根据三河口大坝初设成果中雾化结果分析，大坝泄洪时，在580 m高程以下会产生暴雨级别的雾化现象。

根据大坝的运行特点，对电梯井混凝土方案与钢结构方案的优缺点进行分析对比，见表3。

表3 不同方案电梯井优缺点分析表

钢筋混凝土结构电梯井，在经济性、结构可靠性、耐久性、运行可靠性和适用性等方面较优。钢结构电梯虽在其他行业很多地方应用效果良好，并成为一道靓丽的风景，但结合水利水电工程的特殊性，加之目前大型水利工程电梯井设计方面尚无建设实例，电梯井采用钢结构仍会带来一定的已知和或未知的问题。因此选择钢筋混凝土结构为三河口电梯井的最终方案。

4 结语

在水利行业发展的今天，水工建筑物设计不再仅仅考虑其功能性和安全可靠性，更注重于生态融合、环保与建筑美感设计。因此，钢结构电梯井则被作为了三河口电梯井设计中一个重要方案。对于三河口电梯井设计，提出钢筋混凝土结构以及钢结构，两种设计方案，分别从结构设计、工程造价、运行优缺点等方面对不同的电梯井型式进行分析比较，据分析结果，钢筋混凝土结构电梯井，在经济性、结构可靠性、耐久性、运行可靠性和适用性等方面有一定优势。钢结构电梯虽在其他行业很多地方应用效果良好，并成为一道靓丽的风景，但结合水利水电工程的特殊性，加之目前大型水利工程电梯井设计方面尚无建设实例，电梯井采用钢结构仍会带来一定的已知或未知的问题。因此，三河口大坝坝后电梯井仍然采用钢筋混凝土结构设计。