水电科普：水电工程如何巧用地下空间？

常规水电站是通过截断高山峡谷中的河流筑坝抬高水位进行发电，抽水蓄能电站是利用山上的上水库和山下的下水库之间的水头落差来发电，可见，水电站必然是依山傍水而建。那么，如何利用好大山这个天然资源的空间呢，这里面大有学问。

　　当河道宽度不够时，岸边的山体岩性较好并且有足够空间时，引水发电系统的引水隧洞、主厂房、主变室、调压室、尾水隧洞及部分泄洪隧洞等就布置在山体里。抽水蓄能电站的引水发电系统完全布置在上下水库之间的山体内。地下厂房主洞室的位置选择，主要根据地形、地质条件以及围岩的地质构造与地应力等情况，并考虑引水洞及尾水洞的布置，经方案比较后确定。

　　地下厂房洞室群采用主厂房、主变室、尾水调压室三大洞室平行布置，发电引出线、对外交通、通风等依靠隧洞、竖井或斜井与外部联系。地下厂房的防渗和防潮也很重要，尤其位于库边或地下水丰富的地下厂房，一般采用堵、排、隔等工程措施，使厂内有良好的运行环境。

　　利用山体地下空间布置引水发电系统等洞室有很多好处，如厂房位置不受河谷宽窄限制，与水电枢纽的其他建筑物布置干扰小。可以充分利用岩体作用，简化厂房外围结构。地下厂房等洞室可以全年施工，受洪水和恶劣气候影响小。地面开挖量小，受崩塌、滑坡等影响小，有利于环境保护和交通安全。地下洞室的开挖料用于筑坝料，减少地面料场的规模和对环境的影响。地下地震加速度随深度渐减，抗震性能好。

　　1897年，瑞士建造了世界上第一座地下水电站—费纳雅茨电站，该电站厂房局部埋入地下，内装3台培尔顿式水轮机，水头500米。国外已建的最大地下厂房在日本，神流川和葛野川抽水蓄能电站地下厂房，开挖跨度达34米。已建最长发电隧洞在冰岛，卡拉努卡尔水电站的引水隧洞，长40公里，2008年建成。已建水头最高的水电站是2011年完建的苏巴姑水电站，水头1175米。

　　我国水工技术发展方向是深埋长大地下洞室群成洞技术。超大规模地下洞室群建设面临着围岩高地应力影响及对策、长大深埋隧洞建设、高外水压力、复杂地质条件下的巨型地下洞室建设等技术挑战。国内已建跨度的最大地下厂房是三峡地下厂房，开挖跨度达32.6米，在建最大的是向家坝地下厂房，开挖跨度达33.4米。最长的引水隧洞是1994年完建的太平驿水电站的引水隧洞，长30.6公里。锦屏二级水电站是通过“截弯取直”的办法，在最大埋深达到2525米的地下，施工中经历了高地应力及岩爆、超高压大流量岩溶地下水等地质问题，横穿跨越锦屏山修建长达17公里的隧洞，把150公里大河湾西端的水引到东端，利用310米的世界级高水头，修建装机达480万千瓦的水力发电站。