第4章 三峡电站15号机组直埋蜗壳结构数值分析及模型试验研究

4.1 概述

对于三峡电站水轮发电机组蜗壳所采取的垫层埋设方式和保压埋设方式，设计单位、科研单位及高校进行了大量的研究，认为两种方案在技术上都是可行的、可靠的，均能满足结构安全和机组稳定性要求，而对于直埋方式的研究则相对较少。2005年，在三峡工程建设委员会的建议下，开展在三峡电站采用蜗壳直埋方式的研究。

直埋方式是蜗壳在既不充水加压也不敷设软垫层的条件下直接埋入混凝土中而形成蜗壳外围混凝土结构的一种方法。在三峡工程建成之前，世界上已建成的单机容量700MW左右的巨型水电站中，采用直埋方式的工程仅有苏联的萨扬舒申斯克水电站。但萨扬舒申斯克水电站是在当时受一些客观条件的限制，而采用此方案的。三峡电站HD值高，蜗壳外围混凝土相对较薄，若采用直埋方案，则蜗壳外围钢筋混凝土结构将承受大部分水头，很可能产生裂缝，进而危及机组的安全稳定运行，以此为基础的厂房上部结构的安全也难以保证，因此采用直埋方案（即完全联合承载蜗壳），钢筋混凝土结构的安全性自然就摆在非常重要的位置上。在三峡电站厂房蜗壳及外围混凝土结构设计中，根据结构承载HD值大、蜗壳直径大、单机容量大、装机台数多且布置紧凑等特点，混凝土结构的尺寸不可能选得过大，采用直埋方案需配置较垫层方案及保压方案更多的钢筋，但在混凝土中大量配置钢筋会造成机坑内管路埋设困难和混凝土施工困难，因此，三峡电站厂房采用蜗壳直埋方案相对垫层方案或保压方案来说，对外围混凝土结构设计增加了不少需要解决的技术难题。

2005年，为探讨直埋方案在三峡电站的可行性及配筋方案，受三峡集团总公司委托，选择三峡右岸电站厂房1台机组做蜗壳直埋方案研究工作。由长江设计院牵头，联合武汉大学、大连理工大学、河海大学、中国水利水电科学研究院、长江科学院等有关单位对三峡蜗壳直埋方案开展了静动力分析和混凝土配筋优化研究，武汉大学和长江科学院还开展了1：12仿真模型试验研究。从不影响当时三峡右岸电站施工进度以及给研究和实施留有一定时间的角度出发，选择了15号机组作为研究对象。15号机组为边机组，机组总宽度较标准机组宽4.1m，较其他标准机组具有一定的有利条件。

长江科学院从2005年6月开始对直埋方案进行了研究，包括静、动力计算及1：12仿真模型试验。其中，静力计算在保压方案的配筋基础上，采用平面及三维非线性有限元分析方法，针对直埋方案的配筋进行了优化研究。长江设计院根据各家的研究成果，于2006年2月初步拟订了配筋方案，并对直管段顶部采取一定的结构措施（在直管段一定范围敷设垫层）。根据2006年第4期及第8期《长江设计院三峡工程技术讨论会会议纪要》的要求，在长江设计院初步拟订的配筋方案和结构措施的基础上进行了计算，提出了配筋建议，本章介绍部分研究成果。