【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水利水电工程设计，具体涉及一种地下电站主厂房跨度优化与规模定量评价方法及系统。
技术介绍
1、随着水利水电事业的不断发展，采用地下厂房的水电站越来越多，单机容量向1000mw级别迈进，单机容量的提高导致地下电站主厂房规模越来越大，厂房跨度已超过30m，高度接近100m。然而大跨度、高边墙洞室产生的围岩稳定问题也越来越突出，直接关系电站的正常运行。因此，在满足单机容量增大的同时，如何优化主厂房规模具有重要意义。
2、地下电站主厂房跨度是洞室规模的主要特征指标之一。水电站地下厂房工程中，地下电站主厂房跨度一般由蜗壳平面尺寸、发电机风罩、设备布置及必要的运行通道确定。以往工程中，地下厂房洞室边墙均为直立面，该体型使得主厂房跨度全断面加大，从而导致洞室群规模较大，且增加了开挖支护工程量，对洞室群整体稳定性也存在不利因素。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种地下电站主厂房跨度优化与规模定量评价方法及系统，能够有效解决传统设计主厂房边墙采用直立面，蜗壳局部尺寸控制主厂房跨度不合理的问题，以及主厂房规模评价依凭工程经验定性判断的问题，实现地下电站主厂房跨度主洞缩减及主厂房规模定量评价。
2、本专利技术采用的技术方案是：一种地下电站主厂房跨度优化与规模定量评价方法，包括以下步骤：
3、获取待评估的地下电站的厂房洞室群特征参数，并计算得到主厂房上、下游侧宽度；
4、根据主厂房上、下游侧宽度确定主
5、在主厂房蜗壳的上游和下游可局部掏挖深度允许的范围内，对主厂房蜗壳的上游和下游的局部掏挖深度进行不同的取值，构建相应的地下厂房洞室群的二维有限元模型；
6、计算各二维有限元模型下塑性区和应力分布情况，评判各二维有限元模型的是否达标，在达标的二维有限元模型中选取局部掏槽深度最大的模型作为目标模型；基于目标模型确定主厂房的临界可优化跨度和实际跨度；
7、基于目标模型的主厂房实际跨度，和待评估的地下电站主厂房特征参数，计算得到主厂房跨度与转轮直径比、单机组段长度与转轮直径比、主厂房高度与机组高度比；
8、基于主厂房跨度与转轮直径比、单机组段长度与转轮直径比、主厂房高度与机组高度比计算得到实际紧凑度；
9、将实际紧凑度与典型案例统计紧凑度进行比较，得到待评估的地下电站的目标模型的规模评价结果。
10、本专利技术的有益效果是：本专利技术有效解决传统设计主厂房下游边墙采用直立面，蜗壳局部尺寸控制主厂房跨度不合理的问题，实现地下电站主厂房跨度主洞缩减；本专利技术解决了主厂房规模评价凭工程经验定性判断的问题，实现地下电站主厂房规模定量评价。
11、进一步地，本专利技术所采用的厂房上、下游侧宽度的计算公式能从上、下游两方面综合初步反映主厂房跨度；选取的计算参数均为主厂房跨度确定的基本特征参数，保证后续的计算结果能够充分反映主厂房的特征规模。
12、进一步地，由于一般主厂房跨度是发电机层风罩或蜗壳尺寸控制，本专利技术分两种情况计算主厂房上、下游侧宽度，能比较准确地、更加客观合理的确定主厂房跨度。
13、进一步地，本专利技术从发电机风罩大小与蜗壳尺寸控制主厂房跨度两方面对比分析，能初步判别主厂房蜗壳的上游和下游局部掏挖深度界限，避免常规主厂房直接采用蜗壳尺寸控制主厂房跨度不合理的问题。在初步判别主厂房蜗壳的上游和下游局部掏挖深度界限后，利用数值仿真方法可以精确确定主厂房蜗壳的上游和下游局部掏挖最终深度。该方法逻辑清晰、简单便捷、客观实际、科学合理、可操作性强。
14、进一步地，本专利技术采用的拉应力不超标标准是指围岩抗拉强度不超过规范限定值，该结果能直接根据计算结果获取，计算简单；塑性区不贯通是基于二维模型提出的蜗壳局部掏槽三面临空部位围岩塑性区不贯通，该结果也可根据结果云图一眼读取。两个评判标准能综合反映围岩受力是否屈服破坏，是地下洞室群整体稳定性反映指标。
15、进一步地，本专利技术将目标模型中上、下游局部掏槽深度之和作为主厂房临界可优化跨度，并基于主厂房临界可优化跨度确定实际跨度，该方法具有科学合理，安全性好，量化程度高，成本低，可操作性强，能够充分反映厂房跨度的实际需求并不造成空间浪费。
16、进一步地，本专利技术通过典型案例统计获得紧凑度指标相比一般主厂房规模评价是类比同类工程，凭工程经验定性判断，能更加客观、科学合理地评估待评估地下电站主厂房规模。
17、进一步地，本专利技术的紧凑度计算方法是基于主厂房跨度与转轮直径比、单机组段长度与转轮直径比、主厂房高度与机组高度比乘积得到，三个指标分别反映了主厂房跨度、长度和高度与机组规模的大小，因此紧凑度ξ能较好地综合反应主厂房规模。
18、进一步地，本专利技术判别模型不合格后，能从侧面反映主厂房跨度是否有进一步优化的可能，为后续的参数优化提供证据支持。
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1.一种地下电站主厂房跨度优化与规模定量评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：待评估的地下电站厂房洞室群特征参数包括：厂房洞室群开挖尺寸、洞室群间距、岩体物理力学参数、主厂房蜗壳平面尺寸、发电机风罩直径及风罩壁厚、主厂房上下游设备布置及必要运行通道宽度、蜗壳上下游混凝土厚度、主厂房转轮直径、主厂房机组段长度、主厂房高度和机组高度。
3.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：主厂房上、下游侧宽度包括：由发电机风罩、设备布置及必要的运行通道控制时主厂房跨度时上、下游跨度Bs1和Bx1；其中，Bs1＝a+t+Df/2，Bx1＝b+t+Df/2)；由蜗壳平面尺寸控制主厂房跨度时上、下游跨度Bs2和Bx2，其中Bs2＝c+Y+/2，Bx2＝d+Y-/2；
4.根据权利要求3所述的一种方法，其特征在于：根据主厂房上、下游侧宽度确定主厂房蜗壳的上游和下游局部掏挖深度上限的过程包括：当Bs1<Bs2时，主厂房蜗壳上游局部掏槽深度△s＝(c+Y+/2)-(a+t+Df/2)；当Bs1≥Bs2时，△s＝0，主
5.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：将围岩塑性区不贯通和应力不超标作为判定各模型的达标标准。
6.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于：将目标模型中上、下游局部掏槽深度之和作为主厂房临界可优化跨度P；主厂房实际跨度Q＝Bs2+Bx2-P。
7.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：所述典型案例统计紧凑度的获取过程包括：结合水电站地下厂房相关规程规范、水工设计手册，对待评估的地下电站的典型类似工程案例进行统计分析，得到主厂房跨度与转轮直径比、单机组段长度与转轮直径比及主厂房高度与机组高度比统计值，计算典型案例统计紧凑度。
8.根据权利要求7所述的一种方法，其特征在于：紧凑度ξ的计算公式为：ξ＝A×B×C；其中，A表示主厂房跨度与转轮直径比，B表示单机组段长度与转轮直径比，C表示主厂房高度与机组高度比。
9.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：当实际紧凑度小于典型案例统计紧凑度时，判定待评估地下电站主厂房规模“较紧凑”；当实际紧凑度大于等于典型案例统计紧凑度时，判定待评估地下电站主厂房规模“不紧凑”。
10.一种地下电站主厂房跨度优化与规模评价系统，其特征在于：该系统用于实现权利要求1-9任一项所述的地下电站主厂房跨度优化与规模定量评价方法。
...【技术特征摘要】
1.一种地下电站主厂房跨度优化与规模定量评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：待评估的地下电站厂房洞室群特征参数包括：厂房洞室群开挖尺寸、洞室群间距、岩体物理力学参数、主厂房蜗壳平面尺寸、发电机风罩直径及风罩壁厚、主厂房上下游设备布置及必要运行通道宽度、蜗壳上下游混凝土厚度、主厂房转轮直径、主厂房机组段长度、主厂房高度和机组高度。
3.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：主厂房上、下游侧宽度包括：由发电机风罩、设备布置及必要的运行通道控制时主厂房跨度时上、下游跨度bs1和bx1；其中，bs1＝a+t+df/2，bx1＝b+t+df/2)；由蜗壳平面尺寸控制主厂房跨度时上、下游跨度bs2和bx2，其中bs2＝c+y+/2，bx2＝d+y-/2；
4.根据权利要求3所述的一种方法，其特征在于：根据主厂房上、下游侧宽度确定主厂房蜗壳的上游和下游局部掏挖深度上限的过程包括：当bs1<bs2时，主厂房蜗壳上游局部掏槽深度△s＝(c+y+/2)-(a+t+df/2)；当bs1≥bs2时，△s＝0，主厂房蜗壳上游不进行局部掏挖；当bx1<bx2时，主厂房蜗壳部位下游局部掏槽深度△x＝(y-/2+d)-(b+t+df/2)；当bx1≥bx2时，△x＝0，主厂房蜗壳部位下...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜申伟，王汉辉，张存慧，孙海清，陈舞，路万锋，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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