叶巴滩水电站地下厂房渗流分析影响研究

高 红 涛， 代 辉

(1.西藏电建成勘院工程有限公司，四川 成都 610072；2.中国电力建设集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 工程概况

叶巴滩水电站位于四川白玉县与西藏贡觉县境内的金沙江干流上，电站正常蓄水位2 889 m，相应库容10.80亿m3，调节库容5.37亿m3。电站装机容量224万kW。电站装机容量为2 240 MW，年发电量(联合运行)102.22亿kWh。枢纽建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物及引水发电系统等组成。根据《防洪标准》[1](GB50201-2014)及《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》[2](DL5180-2003)的有关规定本工程为一等大(1)型工程，挡水、泄水和引水发电等主要建筑物按1级建筑物设计，次要建筑物按3级建筑物设计。厂房按500 a一遇洪水设计，2 000 a一遇洪水校核；消能防冲建筑物按100 a一遇洪水设计。

叶巴滩地下厂房均布置在拱坝右坝肩以里约200 m的库岸山体内，厂房最小水平埋深约226 m，最小垂直埋深约220 m。厂区地质条件复杂，断层结构面构造发育，地应力高，设计难度较大。厂区断层发育较多，厂房的设计非常关键，而厂区渗流分析是影响地下厂房安全稳定的主要因素，只有研究和掌握渗流的规律，才能选择合适的工程措施。

2 厂区渗流分析

裂隙岩体渗流比多孔介质渗流复杂得多，按照目前的研究水平，岩体流的数学惯刑基本上可分为非连续介质模型和连续介质模型两大类[3]，非连续介质模型，一般均忽略岩块的透水性，只考虑水在裂票中的涉流[4]，连续介质模型，是把裂腺中的沙流转化到整个岩体中去，其实质是将裂醇岩体视为一种等效的各向异性均匀渗透的连续介质体[5]，此外，也有一些学者提出了孔腺裂酸双重介质模型。本文只讨论符合达四定律的连续介质模型的计算分析和应用问题，

根据天然渗流场反演分析成果，针对运行期工况开展厂区渗流分布特性，并在排水孔幕间距和帷幕渗透特性敏感性分析的基础上，对厂区三维渗流场进行分析，渗控措施进行研究，计算厂区整体渗漏流量，以及对防渗排水设计参数进行优化分析，评价厂区各部位的渗透稳定性。

2.1 计算工况

厂区三维渗流有限元计算分析只考虑水库正常运行工况，即上游取正常蓄水位2 889 m，下游水位取2 720 m，引水隧洞的钢衬部分取隔水边界。

2.2 计算模型

2.2.1 三维建模

厂区三维有限元模型对主要的渗透分区进行了模拟，也对引水、输水系统、厂房、厂区帷幕、厂房的排水廊道及其排水孔幕等工程结构和防渗排水系统进行了模拟。模型采用六面体等参单元和部分退化的四面体单元剖分，共划分单元173 742 8个，结点519 702个，厂区整体三维模型见图1，厂区防渗帷幕三维模型如图2所示，厂区排水帷幕布置见图3:

图1 厂区整体三维有限元模型

2.2.2 典型剖面选取

地下厂房的防渗排水系统十分复杂。根据三维模型图，选取厂区5个典型剖面及1个平切面进行分析，其中平切面为厂区2 710 m高程平切面，厂区的典型剖面空间位置见图4：

图2 厂区防渗帷幕三维模型

图3 厂区排水帷幕三维模型

图4 厂区典型剖面位置示意图

2.3 计算分析

2.3.1 典型剖面的水头及平面水头分布图

典型剖面的水头线(及自由面)和渗透坡降分别见图5、图6。2 710 m高程平切面水头分布图见图7。

从图5可以看出，防渗帷幕前的地下水位较高，自由面穿过帷幕及帷幕后排水时出现下降趋势，防渗帷幕及帷幕后排水较好地阻止了地下水向厂房区域渗漏，自由面在主厂房底部上游侧边墙溢出。山体侧地下水位穿过厂房排水孔幕时也迅速降低，并经过主变室底部在主厂房底部下游侧边墙溢出。由于尾水调压室布置于防渗帷幕与排水孔幕外侧，因此，尾水调压室完全淹没在自由面下方。水头等值线在厂区防渗帷幕上游侧比较密集，在帷幕后排水孔幕下游侧及地下洞室附近比较稀疏，说明总水头在防渗排水系统的作用下显著降低。从图6可以看出，主厂房横剖面处渗透坡降最大为20，位于防渗帷幕后的厂房排水孔幕底部，厂房围岩渗透坡降较低。从图7可以看出，总水头等值线在厂区帷幕系统附近相对密集，而在排水孔幕后水头等值线较为稀疏，说明总水头在防渗排水系统作用下显著降低。但总体而言，厂区的防渗排水措施对降低山体中较高的地下水的水头发挥着强有力的作用，确保了地下厂房洞室群围岩具有较低的水压值。

图5 正常运行工况下厂区C1-C1剖面自由面及水头分布图(单位：m)

图6 正常运行工况下厂区C1-C1剖面渗透坡降矢量图

图7 正常运行工况下厂区2 710 m高程平切面水头分布图(单位：m)

2.3.2 渗漏量分析

在运行期工况下，右岸地下水流入各厂区排水廊道及洞室的渗漏量见表1。

表1 厂区各排水廊道渗漏流量表

注：表中所列渗漏量未考虑降雨等因素的影响。

从表1可见，厂区排水廊道的总渗漏量为11.85 L/s。厂房排水廊道的渗漏量主要集中在2 673 m排水廊道，为6.33 L/s，是厂区整体渗漏量的主要部分。地下洞室的渗漏量较少，主副厂房洞的渗漏量约为0.13 L/s；主变室的渗漏量较少，为0.28 L/s。

3 结 语

叶巴滩水电站地下厂房工程地质条件复杂和工程防渗措施事关厂房安全，通过建立地下厂房三维整体模型，采用三维有限元分析法对渗流场进行计算。分析不同工况下地下厂房洞室群的渗流特性、帷幕及排水幕的渗流效果一级渗流量，计算结果表明，在目前设计的防渗排水体系的作用下，右岸地下水位流入厂区整个排水系统的流量较小，厂区整体防渗排水系统布置合理，计算结果合理，经工程实践证明工程措施合理。

通过工程实践证明，先进的计算手段和工具在工程设计中的运用可靠性，必须结合工程实际条件，才能得出正确的计算成果，并在工程实践起到技术指导作用，采取合理的工程措施，既保证工程的安全、可靠和经济性，同时避免走弯路，加快工程进度，节约工程造价，使工程效益最大化。