CN111832107B - 一种解决大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝相互影响的方法 - Google Patents
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Abstract
一种解决大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝相互影响的方法，属于大、中型病险坝重建工程领域。本发明提出了建设期近距离新老坝相互影响的一般因素；通过有关手段，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度；并总结和制定了相关的对策措施。消除了建设期各种因素对新老坝安全的不利影响，确保了建设期新老坝的安全稳定运行。本发明在无工程先例和相关研究的基础上，创新性地提出了一整套解决大型水电枢纽重建工程、新建大坝近距离布置于老坝下游、建设期新老坝相互影响的思路，为类似工程同类问题的研究提供了一种体系方法，填补了国内大、中型病险坝重建工程领域在此项研究上的空白。
Description
技术领域
本发明属于水电大、中型病险坝重建工程领域。即一种解决大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝相互影响的方法。
背景技术
在现有技术中，我国已建成大、中、小型水库8.7万余座，居世界第一，这些水库在防洪、灌溉、发电、航运、供水、改善生态环境等方面发挥着巨大作用，是我国防洪、减灾、保安全工程体系的重要组成部分，也是保证国民经济可持续发展的重要基础设施。
我国的水库大坝主要建于20世纪40~70年代，受当时水文资料欠缺、设计标准不完善、管理技术水平较低、财力不足等条件限制，很多工程建设标准偏低，质量较差，导致了现今病险水库大量存在的现状。据统计，建国以来，我国水库垮坝3500余座，给人民生命财产安全和社会经济造成了重要影响。据2006年全国水库大坝安全状况普查，我国现有病险水库3.7万余座，约占水库总数的40%，这些带病运行的大坝不仅难以发挥应有的功能效益，而且容易酿成溃坝灾难，严重威胁下游人民生命财产安全。
我国病险坝治理技术的起始于20世纪50年代，发展至今，形成了主要包括灌浆加固和防渗、土工合成材料防渗排水、防渗墙、振冲加固以及混凝土补强加固材料等比较完善的治理技术。大坝重建工程技术由于涉及因素多、技术难度大、投资较高等因素，在我国所见报道很少。
大型水电枢纽重建工程，特别是新老坝近距离相邻的枢纽布置型式，技术难度很大，如何保证新坝建设能够顺利实施，同时又要确保老坝在新坝建设期正常运行，是整个重建工程的重中之重，因此，近距离新老坝相互影响研究就成为了大型水电枢纽重建工程亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明旨在提出一种解决大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝相互影响的方法。提出了大型水电枢纽重建工程，新建大坝近距离布置于老坝下游，建设期新老坝相互影响的体系方法。
本发明的技术解决方案是：一种解决大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝相互影响的方法，其特征在于：首先结合实际工程判断适用条件；分析并提出近距离新老坝相互影响的一般因素；通过有关手段，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度；针对性的提出相关对策措施。
上述方案中，
所述的适用条件是在大型水电枢纽重建工程中，新建大坝近距离布置于老坝下游，两者轴线距离D≈（1～1.5） H（坝高），老坝在新坝建设期正常挡水运行。
所述的新老坝相互影响的一般因素包括新坝建设对老坝的影响因素以及老坝拆除对新老坝的影响因素。
（1）新坝建设对老坝的影响因素
1）新坝下游围堰的存在，使老坝下游在建设期一直处于无水运行状态，改变了老坝下游水位条件以及坝基渗流条件，进而对老坝稳定、应力等产生影响。
2）新坝基坑开挖较深，使老坝坝基下游出现临空面，增加了老坝产生深层滑动，进而对老坝稳定、应力产生影响。
3）新坝混凝土浇筑，使老坝下游尾岩体所受荷载以及变形逐渐增加，进而对老坝稳定、应力产生影响。
4）新坝在建设期预留缺口度汛，抬高了老坝在正常运行状态时的下游水位，改变了老坝下游水位条件以及坝基渗流条件，进而对老坝稳定、应力产生影响；老坝度汛期间下游水位抬升会引起老坝坝基廊道进水，进而对老坝安全监测系统产生影响。
5）新坝基坑开挖爆破会对老坝各部位结构产生不同程度的振动影响。
（2）老坝拆除对新老坝的影响因素
1）老坝缺口拆除爆破会对新坝各部位产生不同程度的振动影响，水下冲击波会对新坝上游坝面产生冲击影响；同时爆破飞石可能会对新坝上游附属结构产生破坏和影响。
2）新坝坝前充水期间，从老坝缺口下泄的水流会对新坝上游面形成冲击，同时掏刷老坝坝脚。
所述的各因素影响程度的计算分析和评价是通过材料力学法、有限元法数值计算、水力学计算、水工模型试验、工程类比手段，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度。
（1）材料力学法计算分析
针对影响新老坝稳定应力的各因素和计算工况，按照悬臂梁对重力坝进行材料力学法应力计算，包括坝基面和混凝土层面的应力，其中水平方向上考虑剪切与弯曲变形的作用；稳定分析是采用刚体极限平衡法进行坝基面和混凝土层面的稳定计算。
地震工况动力分析采用拟静力法和反应谱方法；拟静力法将坝体地震惯性力等效为一个集中荷载，然后与静力荷载叠加，按照静力计算方法分析坝体的应力稳定。
反应谱方法将坝体分层简化为多自由度体系，并考虑坝体和地基的自振特性，对各截面上的各振型应力采用“平方和开平方”的方法进行组合，进而求解地震工况下的坝体应力和稳定；根据计算结果，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度。
（2）有限元法数值计算分析
针对影响新老坝稳定应力的各因素和计算工况，建立坝体和地基有限元计算模型，将模型离散为若干计算网格，形成整体质量矩阵、刚度矩阵和荷载矩阵，求解网格节点变形，进而计算整个有限元模型的应力；根据应力计算结果，针对关注的滑动面，进行应力积分，得出作用于该滑动面上的内力，然后求解和分析滑动面的抗滑稳定安全性。
地震作用下的线弹性有限元分析采用时间历程分析和振型分解反应谱分析。爆破作用下的线弹性有限元分析采用振型分解反应谱法。
（3）水力学计算
满足新建大坝泄洪和引水发电的前提下，对老坝过流进行水力学计算，确定老坝缺口拆除规模；对新老坝间充水进行水力学计算，确定充水流量、充水时间、水流流速以及防护措施；对建设期新坝预留缺口度汛进行水力学计算，确定预留缺口高程及范围。
（4）水工模型试验
由于老坝与新建坝的相对位置以及不同施工期新建坝的浇筑面貌等因素影响，使老坝在遇超标洪水泄洪时变得相对复杂，为此，开展工程施工期度汛水工模型试验研究，以便分析新建坝建设期度汛对老坝泄洪的影响。
（5）工程类比
通过工程类比，提出新坝基坑开挖爆破以及老坝拆除爆破期间，新老坝关键部位的爆破安全控制标准，并结合现场生产性爆破试验以及有限元数值计算，分析新老坝各关键部位的动态响应和稳定情况，指导爆破安全控制标准的制定。
所述的解决以上相互影响的有关对策措施包括以下6个方面：
（1）建设期加强水库调度，尽量降低上游库水位运行。
（2）通过工程措施对老坝进行加固处理。
（3）对老坝安全监测系统进行改造，保证新坝建设期老坝监测系统正常运行。
（4）对老坝廊道系统下游出口以及坝体横缝进行封堵。
（5）针对新坝基坑开挖爆破以及老坝缺口拆除爆破振动的关键控制性部位，进行必要的爆破振动监测以及安全防护。
（6）制定新坝坝前预充水方案，并进行必要的工程防护。
优选，一种解决大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝相互影响的方法，其特征在于其步骤如下：
第一步：适用条件
适用于大型水电枢纽重建工程，坝型为混凝土坝，新建大坝近距离布置于老坝下游，两者轴线距离D≈（1～1.5） H（坝高），老坝在新坝建设期正常挡水运行。
第二步：分析确定建设期新老坝之间相互影响的因素。
（1）新坝建设对老坝的影响因素
1）新坝下游围堰的存在，使老坝下游在建设期一直处于无水运行状态，改变了老坝下游水位条件以及坝基渗流条件，进而对老坝稳定、应力等产生影响。
2）新坝基坑开挖较深，使老坝坝基下游出现临空面，增加了老坝产生深层滑动，进而对老坝稳定、应力产生影响。
3）新坝混凝土浇筑，使老坝下游尾岩体所受荷载以及变形逐渐增加，进而对老坝稳定、应力产生影响。
4）新坝在建设期预留缺口度汛，抬高了老坝在正常运行状态时的下游水位，改变了老坝下游水位条件以及坝基渗流条件，进而对老坝稳定、应力产生影响；老坝度汛期间下游水位抬升会引起老坝坝基廊道进水，进而对老坝安全监测系统产生影响。
5）新坝基坑开挖爆破会对老坝各部位结构产生不同程度的振动影响。
（2）老坝拆除对新老坝的影响因素
1）老坝缺口拆除爆破会对新坝各部位产生不同程度的振动影响，水下冲击波会对新坝上游坝面产生冲击影响；同时爆破飞石可能会对新坝上游附属结构产生破坏和影响。
2）新坝坝前充水期间，从老坝缺口下泄的水流会对新坝上游面形成冲击，同时掏刷老坝坝脚。
第三步：各因素影响程度的计算分析和评价。
通过材料力学法、有限元法数值计算、水力学计算、水工模型试验、工程类比手段，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度。
（1）材料力学法计算分析
针对影响新老坝稳定应力的各因素和计算工况，按照悬臂梁对重力坝进行材料力学法应力计算，包括坝基面和混凝土层面的应力，其中水平方向上考虑剪切与弯曲变形的作用；稳定分析是采用刚体极限平衡法进行坝基面和混凝土层面的稳定计算。
地震工况动力分析采用拟静力法和反应谱方法；拟静力法将坝体地震惯性力等效为一个集中荷载，然后与静力荷载叠加，按照静力计算方法分析坝体的应力稳定。
反应谱方法将坝体分层简化为多自由度体系，并考虑坝体和地基的自振特性，对各截面上的各振型应力采用“平方和开平方”的方法进行组合，进而求解地震工况下的坝体应力和稳定；根据计算结果，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度。
（2）有限元法数值计算分析
针对影响新老坝稳定应力的各因素和计算工况，建立坝体和地基有限元计算模型，将模型离散为若干计算网格，形成整体质量矩阵、刚度矩阵和荷载矩阵，求解网格节点变形，进而计算整个有限元模型的应力；根据应力计算结果，针对关注的滑动面，进行应力积分，得出作用于该滑动面上的内力，然后求解和分析滑动面的抗滑稳定安全性。
地震作用下的线弹性有限元分析采用时间历程分析和振型分解反应谱分析；。爆破作用下的线弹性有限元分析采用振型分解反应谱法。
（3）水力学计算
满足新建大坝泄洪和引水发电的前提下，对老坝过流进行水力学计算，确定老坝缺口拆除规模；对新老坝间充水进行水力学计算，确定充水流量、充水时间、水流流速以及防护措施；对建设期新坝预留缺口度汛进行水力学计算，确定预留缺口高程及范围。
（4）水工模型试验
由于老坝与新建坝的相对位置以及不同施工期新建坝的浇筑面貌等因素影响，使老坝在遇超标洪水泄洪时变得相对复杂，为此，开展工程施工期度汛水工模型试验研究，以便分析新建坝建设期度汛对老坝泄洪的影响。
（5）工程类比
通过工程类比，提出新坝基坑开挖爆破以及老坝拆除爆破期间，新老坝关键部位的爆破安全控制标准，并结合现场生产性爆破试验以及有限元数值计算，分析新老坝各关键部位的动态响应和稳定情况，指导爆破安全控制标准的制定。
第四步：针对性的提出有关对策措施
解决以上相互影响的有关对策措施包括以下6个方面：
1、建设期加强水库调度，尽量降低上游库水位运行。
2、通过工程措施对老坝进行加固处理。
3、对老坝安全监测系统进行改造，保证新坝建设期老坝监测系统正常运行。
4、对老坝廊道系统下游出口以及坝体横缝进行封堵。
5、针对新坝基坑开挖爆破以及老坝缺口拆除爆破振动的关键控制性部位，进行必要的爆破振动监测以及安全防护。
6、制定新坝坝前预充水方案，并进行必要的工程防护。
本发明的有益效果是：在无工程先例和相关研究的基础上，创新性地提出了一整套解决大型水电枢纽重建工程、新建大坝近距离布置于老坝下游、建设期新老坝相互影响的思路，为类似工程同类问题的研究提供了一种体系方法，填补了国内大、中型病险坝重建领域在此项研究上的空白，为工程的顺利实施提供强有力的保障。
下面结合附图来具体描述本发明的实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的实施方案。
附图说明
图1是本发明实施流程图。
图2是大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝平面布置示意图。
图3是大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝剖面布置示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1，一种解决大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝相互影响的方法，其步骤如下：
第一步：适用条件
适用于大型水电枢纽重建工程，坝型为混凝土坝，新建大坝近距离布置于老坝下游，两者轴线距离D≈（1～1.5） H（坝高），老坝在新坝建设期正常挡水运行。
第二步：分析确定建设期新老坝之间相互影响的因素
老坝在新坝建设期兼做上游围堰并正常挡水运行，由于两者近距离相邻，新坝建设期各因素会不可避免的对老坝原有运行状态产生影响。另一方面，新坝建成以后要承担发电和防洪任务，库水要引至新坝坝前，这就需要对老坝进行拆除，老坝拆除和新坝坝前充水期间，各因素会对新老坝运行状态产生影响。
因此，近距离新老坝之间相互影响主要体现在新坝建设对老坝的影响以及老坝拆除对新老坝的影响这两个大的方面。
1、新坝建设对老坝的影响因素
新坝建设对老坝的影响因素一般体现在以下5个方面：
1）新坝下游围堰的存在，使老坝下游在建设期一直处于无水运行状态，改变了老坝下游水位条件以及坝基渗流条件，进而对老坝稳定、应力等产生影响。
2）新坝基坑开挖较深，使老坝坝基下游出现临空面，增加了老坝产生深层滑动的可能，进而对老坝稳定、应力等产生影响。
3）新坝混凝土浇筑，使老坝下游尾岩体所受荷载以及变形逐渐增加，进而对老坝稳定、应力产生影响。
4）新坝在建设期预留缺口度汛，抬高了老坝在正常运行状态时的下游水位，改变了老坝下游水位条件以及坝基渗流条件，进而对老坝稳定、应力等产生影响。老坝度汛期间下游水位抬升可能引起老坝坝基廊道进水，进而对老坝安全监测系统产生影响。
5）新坝基坑开挖爆破会对老坝各部位结构产生不同程度的振动影响。
2、老坝拆除对新老坝的影响因素
从环保和节省工程投资角度来讲，在满足新建大坝泄洪和引水发电的前提下，老坝只需局部拆除形成缺口过流即可。老坝缺口拆除对新老坝的影响因素一般体现在以下2个方面：
1）老坝缺口拆除爆破会对新坝各部位产生不同程度的振动影响，水下冲击波会对新坝上游坝面产生冲击影响。同时爆破飞石可能会对新坝上游附属结构产生破坏和影响。
2）新坝坝前充水期间，从老坝缺口下泄的水流会对新坝上游面形成冲击，同时掏刷老坝坝脚。
第三步：各因素影响程度的计算分析和评价
通过材料力学法、有限元法数值计算、水力学计算、水工模型试验、工程类比等手段，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度。
1、材料力学法计算分析
针对影响新老坝稳定应力的各因素和计算工况，按照悬臂梁对重力坝进行材料力学法应力计算，主要包括坝基面和混凝土层面的应力，其中水平方向上主要考虑剪切与弯曲变形的作用。稳定分析主要是采用刚体极限平衡法进行坝基面和混凝土层面的稳定计算。
地震工况动力分析采用拟静力法和反应谱方法。拟静力法将坝体地震惯性力等效为一个集中荷载，然后与静力荷载叠加，按照静力计算方法分析坝体的应力稳定。反应谱方法将坝体分层简化为多自由度体系，并考虑坝体和地基的自振特性，对各截面上的各振型应力采用“平方和开平方”（SRSS）的方法进行组合，进而求解地震工况下的坝体应力和稳定。
根据计算结果，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度。
2、有限元法数值计算分析
针对影响新老坝稳定应力的各因素和计算工况，建立坝体和地基有限元计算模型，将模型离散为若干计算网格，形成整体质量矩阵、刚度矩阵和荷载矩阵，求解网格节点变形，进而计算整个有限元模型的应力。根据应力计算结果，针对关注的滑动面，进行应力积分，得出作用于该滑动面上的内力，然后求解和分析滑动面的抗滑稳定安全性。
地震作用下的线弹性有限元分析可以采用时间历程分析和振型分解反应谱分析。爆破作用下的线弹性有限元分析可以采用振型分解反应谱法。
3、水力学计算
满足新建大坝泄洪和引水发电的前提下，对老坝过流进行水力学计算，确定老坝缺口拆除规模。对新老坝间充水进行水力学计算，确定充水流量、充水时间、水流流速以及防护措施等。对建设期新坝预留缺口度汛进行水力学计算，确定预留缺口高程及范围等。
4、水工模型试验
由于老坝与新建坝的相对位置以及不同施工期新建坝的浇筑面貌等因素影响，使老坝在遇超标洪水泄洪时变得相对复杂，为此，开展工程施工期度汛水工模型试验研究，以便分析新建坝建设期度汛对老坝泄洪的影响。
5、工程类比
通过工程类比，提出新坝基坑开挖爆破以及老坝拆除爆破期间，新老坝关键部位的爆破安全控制标准，并结合现场生产性爆破试验以及有限元数值计算，分析新老坝各关键部位的动态响应和稳定情况，指导爆破安全控制标准的制定。
第四步：针对性的提出有关对策措施
解决以上相互影响的有关对策措施一般包括以下6个方面：
1、建设期加强水库调度，尽量降低上游库水位运行
为减少老坝泄洪机率、避免新坝基坑过水，在不影响现有水库及其下游防洪目标安全的情况下，开展施工期水库调度专题研究，通过对水库进行合理调度，充分发挥现有水库的调蓄作用，尽最大可能保证新坝建设期老坝不泄洪，为工程建设创造干地施工条件，确保重建工程按期完工。
2、通过工程措施对老坝进行加固处理
在新坝建设期，下游围堰的存在、新坝基坑开挖、新坝混凝土浇筑、新坝建设期度汛、新坝基坑开挖爆破等各因素均改变了老坝原有的运行状态，对存在先天缺陷或影响较大，抗滑稳定安全裕度不满足现行规范要求的坝段，从必须确保老坝在新坝建设期安全稳定运行的角度出发，应采取诸如坝后坡预应力锚索、坝后堆渣增重等综合措施进行加固处理。
3、对老坝安全监测系统进行改造，保证新坝建设期老坝监测系统正常运行。针对老坝基础廊道的安全监测设施在新坝度汛期可能被淹没的问题，对老坝安全监测系统进行改造和迁建。
4、对老坝廊道系统下游出口以及坝体横缝进行封堵
虽然对老坝廊道内的监测设施进行了改造升级，但仍不能完全解决新坝度汛期间老坝廊道进水淹没仪器，导致部分监测设施无法正常运行的问题。为此，需要采取诸如浇筑钢筋混凝土厚板的方式对老坝廊道下游出口进行封堵，采取喷涂聚氨酯防水层的方式对坝体横缝进行封堵。
5、针对新坝基坑开挖爆破以及老坝缺口拆除爆破振动的关键控制性部位，进行必要的爆破振动监测以及安全防护。针对新坝基坑开挖爆破以及老坝缺口拆除爆破振动的关键控制性部位，进行爆破振动监测设计，提出爆破安全监测设施布置及防护方案。
6、制定新坝坝前预充水方案，并进行必要的工程防护
通过老坝缺口拆除部位预留混凝土挡坎、小缺口过流等方式建立安全的坝前预充水方案，新老坝之间采用回填石渣、铺设钢筋石笼和防冲垫等工程防护措施，避免老坝缺口下泄水流对新坝上游面形成冲击和对老坝坝脚的掏刷。
实施例2
参见图2、3，图2~3中：1、水库，2、老坝，3、老坝拆除缺口， 4、新老坝间小库体，5、新坝，6、新建电站，7、新建大坝泄洪消能系统，8、新建大坝下游围堰，9、下游河道，10、左右岸上坝公路，11、新坝开挖基坑，12、老坝加固对应的工程措施（需要时）。
某大型水电枢纽重建工程，老坝为混凝土重力坝，经前期方案论证和枢纽布置比较，最终确定采用重建方案，按恢复电站原任务和功能，在原大坝下游120m处新建一座混凝土坝，老坝最大坝高约80m，新建大坝最大坝高约95m，大坝全长约800m，新建电站枢纽工程主要建筑物由混凝土重力坝、坝身泄洪系统、左岸泄洪兼导流洞、坝后式引水发电系统等组成。重建工程为Ⅰ等大（1）型工程，大坝建成后，为满足发电和泄洪，对老坝部分坝段进行缺口拆除。
工程采用左岸导流洞泄流、一次拦断河床施工的导流方案，老坝在新坝建设期兼做上游围堰并正常挡水运行，下游修建土石围堰。老坝施工期间的度汛通过左岸导流洞泄流，同时考虑水库调蓄作用，尽量保证100年重现期洪水溢流坝不泄流、创造干地施工条件，其余情况完全按照原调度原则，正常开启老坝溢流坝闸门泄流度汛。新坝施工期超标洪水度汛采用淹没基坑、坝体预留缺口过水的方式。
第一步（STEP1）：判断上述工程是否适用于本发明
本发明适用的重建工程平面布置型式示意详见图2，重建工程新建大坝（5）近距离布置于老坝（2）下游，两者轴线距离D≈（1～1.5）H（坝高），坝型为混凝土坝，老坝在新坝建设期正常挡水运行。
上述实施例为大型水电枢纽重建工程，最大坝高约95m，新老混凝土坝间轴线距离约120m，约为1.3倍坝高，老坝在新坝建设期兼做上游围堰并正常挡水运行。通过判断，本发明完全适用本工程解决新老坝相互影响的问题。
第二步（STEP2）：确定建设期新老坝之间相互影响的因素
1、新坝建设对老坝的影响因素
根据本发明内容，新坝建设对老坝的影响因素一般体现在5个方面：新坝下游围堰的存在、新坝基坑开挖、新坝混凝土浇筑、新坝建设期度汛、新坝基坑开挖爆破。
上述实施例中，以上5个影响因素都存在。
2、老坝拆除对新老坝的影响因素
根据本发明内容，老坝缺口拆除对新老坝的影响因素一般体现在2个方面：老坝缺口拆除爆破、新坝坝前充水。
上述实施例中，以上2个影响因素都存在。
第三步（STEP3）：各因素影响程度的计算分析和评价
通过数值计算、水力学计算、水工模型试验、工程类比等手段，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度。
1、数值计算
采用材料力学法和刚体极限平衡法进行大坝应力及抗滑稳定计算，建立有限元模型进行数值和仿真计算，定量分析下游围堰的存在、新坝基坑开挖、新坝混凝土浇筑、新坝建设期度汛、新坝基坑开挖爆破等各因素对新老坝安全的影响程度，从应力、稳定、变形等方面全面评价新老坝的安全。
2、水力学计算
通过水力学计算，分析确定坝前充水预留缺口范围、下泄流量、水流流速、充水时间等参数，确保坝前充水时新老坝的安全。
3、水工模型试验
由于新老坝近距离相邻以及施工期各年新建坝的浇筑高程不同等因素，使老坝在遇超标洪水泄洪时，水流条件变得相对复杂，需开展施工期新坝度汛水工模型试验，以全面掌握下泄流量及水流流态，对老坝溢流坝闸门调度、新坝预留缺口范围、下泄水流对新坝坝面的冲击等进行评价，并提出合理化建议。
4、工程类比
通过工程类比，提出新坝基坑开挖爆破以及老坝拆除爆破期间，新老坝关键部位的爆破安全控制标准，并结合现场生产性爆破试验以及有限元数值计算，分析新老坝各关键部位的动态响应和稳定情况，指导爆破安全控制标准的制定。
第四步（STEP4）：针对性的提出对策措施
根据本发明内容，解决以上相互影响问题的对策措施一般包括6个方面：施工期加强水库调度、必要时通过工程措施对老坝进行加固处理、对老坝安全监测系统进行升级改造、对老坝廊道下游出口及坝体横缝进行封堵、开展爆破振动监测以及安全防护、制定坝前预充水方案和工程防护措施。
上述实施例中，以上6个对策措施基本全部涉及。
1、施工期加强水库调度
为减少老坝泄洪机率、避免新坝基坑过水，在不影响现有水库及其下游防洪目标安全的情况下，通过对水库进行合理调度，充分发挥现有水库的调蓄作用，尽最大可能保证新坝建设期在发生100年一遇洪水时，老坝不泄洪，为工程建设创造干地施工条件，确保重建工程按期完工。
2、必要时通过工程措施对老坝进行加固处理
在新坝建设期，下游围堰的存在、新坝基坑开挖、新坝混凝土浇筑、新坝建设期度汛、新坝基坑开挖爆破等各因素均改变了老坝原有的运行状态，但通过计算表明，老坝整体稳定安全裕度均是满足规范要求的，但个别坝段由于建坝时存在坝基处理不彻底等问题，致使其抗滑稳定安全裕度不满足现行规范要求，从必须确保老坝在新坝建设期安全稳定运行的角度出发，对其采用坝后坡预应力锚索、坝后堆渣增重等综合措施进行处理。
3、对老坝安全监测系统进行升级改造
针对老坝基础廊道的安全监测设施在新坝度汛期可能被淹没的问题，对老坝安全监测系统进行适当改造和迁建。
4、对老坝廊道下游出口及坝体横缝进行封堵
虽然对老坝廊道内的监测设施进行了改造升级，但仍不能完全解决新坝度汛期间老坝廊道进水淹没仪器，导致部分监测设施无法正常运行的问题。为此，采用浇筑钢筋混凝土厚板的方式对老坝廊道下游出口进行封堵，采用喷涂聚氨酯防水层的方式对坝体横缝进行封堵。
5、开展爆破振动监测以及安全防护
针对新坝基坑开挖爆破以及老坝缺口拆除爆破振动的关键控制性部位，进行爆破振动监测设计，提出爆破安全监测设施布置及防护方案。
6、制定坝前预充水方案和工程防护措施
通过老坝缺口拆除部位预留混凝土挡坎、小缺口过流等方式建立安全的坝前预充水方案，新老坝之间采用回填石渣、铺设钢筋石笼和防冲垫等工程防护措施，避免老坝缺口下泄水流对新坝上游面形成冲击和对老坝坝脚的掏刷。
上面描述，只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制。
Claims (1)
1.一种解决大型水电枢纽重建工程近距离新老混凝土坝相互影响的方法，其特征在于：首先结合实际工程判断适用条件；分析并提出近距离新老坝相互影响的一般因素；通过有关手段，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度；针对性的提出相关对策措施；
新老坝相互影响的一般因素包括新坝建设对老坝的影响因素以及老坝拆除对新老坝的影响因素；
（1）新坝建设对老坝的影响因素
1）新坝下游围堰的存在，使老坝下游在建设期一直处于无水运行状态，改变了老坝下游水位条件以及坝基渗流条件，进而对老坝稳定、应力产生影响；
2）新坝基坑开挖较深，使老坝坝基下游出现临空面，增加了老坝产生深层滑动，进而对老坝稳定、应力产生影响；
3）新坝混凝土浇筑，使老坝下游尾岩体所受荷载以及变形逐渐增加，进而对老坝稳定、应力产生影响；
4）新坝在建设期预留缺口度汛，抬高了老坝在正常运行状态时的下游水位，改变了老坝下游水位条件以及坝基渗流条件，进而对老坝稳定、应力产生影响；老坝度汛期间下游水位抬升会引起老坝坝基廊道进水，进而对老坝安全监测系统产生影响；
5）新坝基坑开挖爆破会对老坝各部位结构产生不同程度的振动影响；
（2）老坝拆除对新老坝的影响因素
1）老坝缺口拆除爆破会对新坝各部位产生不同程度的振动影响，水下冲击波会对新坝上游坝面产生冲击影响；同时爆破飞石可能会对新坝上游附属结构产生破坏和影响；
2）新坝坝前充水期间，从老坝缺口下泄的水流会对新坝上游面形成冲击，同时掏刷老坝坝脚；
其具体步骤如下：
第一步：适用条件
适用于大型水电枢纽重建工程，坝型为混凝土坝，新建大坝近距离布置于老坝下游，两者轴线距离D≈（1～1.5） H，H是坝高，老坝在新坝建设期正常挡水运行；
第二步：分析确定建设期新老坝之间相互影响的因素
第三步：各因素影响程度的计算分析和评价
通过材料力学法、有限元法数值计算、水力学计算、水工模型试验、工程类比手段，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度；
（1）材料力学法计算分析
针对影响新老坝稳定应力的各因素和计算工况，按照悬臂梁对重力坝进行材料力学法应力计算，包括坝基面和混凝土层面的应力，其中水平方向上考虑剪切与弯曲变形的作用；稳定分析是采用刚体极限平衡法进行坝基面和混凝土层面的稳定计算；
地震工况动力分析采用拟静力法和反应谱方法；拟静力法将坝体地震惯性力等效为一个集中荷载，然后与静力荷载叠加，按照静力计算方法分析坝体的应力稳定；
反应谱方法将坝体分层简化为多自由度体系，并考虑坝体和地基的自振特性，对各截面上的各振型应力采用“平方和开平方”的方法进行组合，进而求解地震工况下的坝体应力和稳定；根据计算结果，定量分析和评价各因素对新老坝安全的影响程度；
（2）有限元法数值计算分析
针对影响新老坝稳定应力的各因素和计算工况，建立坝体和地基有限元计算模型，将模型离散为若干计算网格，形成整体质量矩阵、刚度矩阵和荷载矩阵，求解网格节点变形，进而计算整个有限元模型的应力；根据应力计算结果，针对关注的滑动面，进行应力积分，得出作用于该滑动面上的内力，然后求解和分析滑动面的抗滑稳定安全性；
地震作用下的线弹性有限元分析采用时间历程分析和振型分解反应谱分析；爆破作用下的线弹性有限元分析采用振型分解反应谱法；
（3）水力学计算
满足新建大坝泄洪和引水发电的前提下，对老坝过流进行水力学计算，确定老坝缺口拆除规模；对新老坝间充水进行水力学计算，确定充水流量、充水时间、水流流速以及防护措施；对建设期新坝预留缺口度汛进行水力学计算，确定预留缺口高程及范围；
（4）水工模型试验
由于老坝与新建坝的相对位置以及不同施工期新建坝的浇筑面貌因素影响，使老坝在遇超标洪水泄洪时变得相对复杂，为此，开展工程施工期度汛水工模型试验研究，以便分析新建坝建设期度汛对老坝泄洪的影响；
（5）工程类比
通过工程类比，提出新坝基坑开挖爆破以及老坝拆除爆破期间，新老坝关键部位的爆破安全控制标准，并结合现场生产性爆破试验以及有限元数值计算，分析新老坝各关键部位的动态响应和稳定情况，指导爆破安全控制标准的制定；
第四步：针对性的提出有关对策措施
解决以上相互影响的有关对策措施包括以下6个方面：
1、建设期加强水库调度，尽量降低上游库水位运行；
2、通过工程措施对老坝进行加固处理；
3、对老坝安全监测系统进行改造，保证新坝建设期老坝监测系统正常运行；
4、对老坝廊道系统下游出口以及坝体横缝进行封堵；
5、针对新坝基坑开挖爆破以及老坝缺口拆除爆破振动的关键控制性部位，进行必要的爆破振动监测以及安全防护；
6、制定新坝坝前预充水方案，并进行必要的工程防护。
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