白 彤

（陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局 陕西 咸阳 712000）

在现代水电站建设中，地下厂房洞室群规模日趋宏大，地下洞室埋置于地下或山体中的深度由几十米至数百米，这些实际工程的建设给岩土工作者提出了大量难题[1,2]。由于地下厂房多位于降雨形成的天然水位线以下，渗漏成为主要问题，它不仅会影响厂房的正常运行，造成经济损失，更重要的是它可能会对厂房的安全造成极大的影响[3,4]。目前对地下厂房的防渗主要采取外侧帷幕，内侧排水幕相结合的方法，厂房包裹在帷幕及排水孔的内部[5-7]。对地下厂房防渗排水系统的布置和设计以及渗流控制效果的分析和评价是一个至关重要的问题。本文采用裂隙岩体等效连续介质模型，运用有限元方法结合某工程实例，分析地下厂房洞室群渗流场特性，在此基础上分析地下厂房洞室群防渗排水系统中防渗帷幕的渗流控制效果和排水幕的排水减压效果。

2 计算模型及计算参数

2.1 工程概况

某工程地下厂房采用中部布置，主厂房、副厂房和安装间呈“一”字形布置。安装间及进厂交通洞布置在主厂房右侧，副厂房位于左侧。采用上、下游双排防渗帷幕及排水幕，坝内设排水廊道。坝基设两道帷幕，上游一侧帷幕深度进入相对不透水层5m。帷幕深度多在50m～115m之间。下游侧单排帷幕深度约为30m。厂房区防渗排水设计采用阻水帷幕结合排水布置，厂房上游侧帷幕灌浆廊道与厂房排水廊道共用，共三层，洞内上游侧为帷幕灌浆孔，下游侧为排水孔，厂顶1836.5m高程布置“目”形排水洞，排水洞布置辐射排水孔，覆盖了厂房、主变洞、尾调室，形成封闭排水幕。厂房周边的排水洞及洞内布置的排水孔形成外围排水帷幕，在各洞室边墙、顶拱均设有系统排水孔。地下厂房结构如图1所示。

2.2 计算模型

为了全面模拟枢纽区的渗流场，同时精细模拟厂房区渗流场。根据工程资料，模型选取范围为：沿坝踵向上游取3倍坝高、坝趾向下游取4倍坝高，坝基取3倍坝高，两岸坝肩向左右岸分别取3倍坝高。模型真实模拟枢纽区防渗系统的布置，厂房区主要由前后两道帷幕共同防渗。模拟排水孔的实际位置和规模，对排水孔部位进行重点剖分，模型共剖分单元总数384349，节点总数91296。本文只进行运行期工况的计算。模型上游水位施加已知水深96m，下游水位施加已知水深5m。模型坝基底面、上下游侧面按不透水边界考虑，左右岸侧面按已知水头施加，施加相应的地下水位线，对于兼有灌浆的廊道按不透水边界考虑，其余廊道按透水边界考虑。对于排水孔的模拟，通过多次试算，在浸润线以下的排水孔节点施加其相应的位置水头，模拟透水边界。本文根据实际情况，调压室下游边壁假设为透水边界。

2.3 计算参数

在进行运行期渗流计算之前，先对枢纽区天然渗流场进行了参数反演分析，运行期渗流计算参数均通过参数反演获得。各区材料参数如表1所示。

2.4 计算工况

为进行地下厂房渗流场特性分析，分析评价防渗帷幕以及排水幕的渗流控制效果。本文进行运行期多工况的渗流计算，计算工况表如表2所示。其中工况1为防渗排水系统正常运行工况，工况2用于分析排水幕的排水降压效果，工况3用于分析防渗帷幕的渗流控制效果。

图1 地下厂房结构模型

表1 各区材料渗透系数

表2 计算工况表

图2 工况1厂房典型剖面水头等值线图

3 计算结果和分析

根据本文所取相关条件，防渗排水系统正常运行工况（工况1）下，厂房典型横向断面和纵向断面的水头等值线图分别如图2所示。计算所得各工况下厂房区渗流量分别为22.725m3·h-1（工况 1）、9.09m3·h-1（工况 2）、79.776m3·h-1（工况3）。

该工程枢纽区采用双层帷幕，坝基及左右岸设置第一道帷幕，厂房前侧及右侧设第二道帷幕。两层帷幕联合进行枢纽区的渗流控制，特别是厂房洞室群的渗流控制。由图2可知，由于防渗帷幕及排水孔的存在，上下游渗流场均得到有效控制，厂房洞室群区域水头线明显降低。厂前帷幕的防渗作用以及帷幕后排水幕的排水作用使厂前水位降低近60 m，厂房区域大部分在浸润线以上。在两道防渗帷幕及排水幕处，浸润线均有明显骤降，厂房右侧由于防渗墙和排水幕的存在，浸润线也产生骤降，说明防渗排水系统能够取到明显的渗流控制效果。防渗帷幕可以延长渗径，有效降低扬压力，排水幕可以有效排走绕过帷幕进入厂房洞室群的水。厂房区域排出流量主要来自厂房底部的绕渗流量，其值基本上控制在集水井的排水流量以内。厂房顶部的排水洞及排水孔主要位于疏干区，其作为一种安全储备，可以用于排出降雨时的过大入渗量。

在排水措施失效情况下，由于防渗帷幕位于浸润线之下，所以即使帷幕正常工作，厂房区域水头线仍明显偏高。厂房洞室群基本处于浸润线之下，说明厂房区排水孔及排水洞具有明显有效的排水作用，对降低浸润线的效果也非常明显。排水措施失效将造成浸润线过高，防渗帷幕失去应有的作用，厂房区域也将承受较大水力坡降，对围岩稳定不利。地下厂房洞室群防渗排水系统中的排水系统，排水作用显著，一定要保证畅通有效，防止堵塞。

在防渗帷幕失效的情况下，由于帷幕失去挡水作用，同时排水幕及排水洞正常运行，大量水由排水措施排出，厂房区排出水量和坝基排出水量分别为帷幕正常运行时的3.51倍和2.36倍，厂房洞室群区域浸润线相对于天然渗流场也明显降低，进一步说明排水措施对厂房区域渗流场作用明显。帷幕失效后，厂房区域高水头只在排水措施周围岩体消散，渗径被大大缩小，这样很容易引起排水幕及排水孔四周岩体的水力坡降过大，最大水力坡降达18左右，对周围岩体的稳定极为不利。所以虽然帷幕失效后厂房区渗流可以较好地被控制，但容易引起其它稳定问题，应保证帷幕的正常运行。

4 结论

本文通过适当的处理和分析得到地下厂房合理的渗流计算结果，探讨了地下厂房洞室群防渗排水系统的可行性，分析排水幕及防渗帷幕的渗流控制效果。地下厂房洞室群天然水位较高，合理的防渗排水措施可以使地下厂房洞室群在适宜的环境下工作，保证其安全稳定。地下厂房的排水幕及排水洞排水降压以及降低浸润线的作用明显，可以起到有效的渗控作用，一定要保证其正常运行。厂房区域防渗帷幕可以大大延长渗径，对保证排水及厂房周围的围岩稳定至关重要。陕西水利

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