IMPORTANCE DES MESURES DES PRÉCONTRAINTES DANS LE ROC AVANT LA CONSTRUCTION D'USINE HYDROÉLECTRIQUE SOUTERRAINES ENTWURF EINES UNTERIRDISCHEN KRAFTWERKES UND DIE WICHTIGKEIT VON SPANNUNGSMESSUNGEN VOR DER AUSHÖHLUNG
SUMMARY:

Powerhouses for pumped storage projects are often constructed underground in order to minimize environmental problems and satisfy the elevation required to maintain positive pressures on pump turbines. The size and general shape of an underground powerhouse are dictated by the electric power generating equipment. The precise location, orientation, shape and reinforcement of the underground chamber are the principal objectives of the excavation design. Among the important factors considered in design are topography, formation, rock mechanical properties, joint set patterns, in situ stresses, and location of surge tanks and switchyard. The topography is determined from aerial photographs. Rock type, formation and joint sets are obtained from field reconnaissance and vertical and inclined core borings. Surge tank and switchyard locations are dictated by topography. In situ stress measurements in the past required costly exploratory drifts, and were often postponed until the excavation was nearly completed. However, new technology allows deep hole stress measurements by hydrofracturing. Each of the above factors contribute to the design procedure which includes a finite element analysis of the stresses and displacements generated around the proposed excavation. The analysis objective is to find the most stable location and orientation of the chamber and determine the weak areas which may need special attention. The decision making process as to the final design relies heavily on the judgment and experience of qualified engineers. Two case histories are cited of pumped storage underground powerhouses now in the design stage. In both cases, conventional type of laboratory and field investigations have been conducted with respect to topography, geology and rock mechanics.

ABSTRACT:

Les usines hydroélectriques réversibles pouvant pomper de l'eau au creux de la demande sont souvent construites en sous-sol, a la fois pour préserver l'environnement et pour des raisons techniques. Les dimensions générales de l'excavation souterraine et le type de support utilisé dépendent de conditions locales: géologie, contraintes in situ et disposition des différentes parties de l'installation. La topographie est déterminée par photo aérienne. La géologie est étudiée à l'aide de sondages. Les mesures de contraintes in situ étaient autrefois coûteuses et devaient souvent attendre un état avance des travaux d'excavation. La technique de mesure par hydrofracturation permet de nos jours de déterminer ces contraintes rapidement. Finalement, la méthode des éléments finis est appliquée au calcul des contraintes et déplacements anticipés dans la région de l'excavation et des décisions rationelles peuvent être prises par les ingénieurs responsables. Deux examples d'installations réversibles sont présentés et il est démontré comment l'utilisation de mesures de précontraintes par hydrofracturation a facilité les études.

ZUSAMMENFASSUNG:

Kraftwerke für Pumpspeicherprojekte werden oft unterirdisch angelegt, damit Umweltprobleme minimal i siert werden und damit die Höhe erreicht wird, die nötig ist, um einen positiven Druck auf die Pump- turbinen zu erreichen. Größe und Format eine unterirdischen Kraftwerkes werden von der Ausstattung der Stromerzeugungsanlage vorgeschrieben. Die genaue Lage, Ortung, Form und Absicherung der unterirdischen Kaverne zu ermitteln, ist das hauptsächliche Ziel des Aushöhlungsentwurfes. Wichtige Faktoren müssen in Betracht gezogen werden, wie Topographie, Formation, mechanische Eigenschaften des Felsens, Kluftenmuster, Spannungen in situ sowie die Lage der Stutzweilen-Tanks und des Schaltplatzes. Mittels Luftaufnahmen wird die Topographie ermittelt. Felstyp, Formation und Kluftenmuster werden durch Feldstudium und vertikale und schräge Bohrungen festgestellt. Messungen der in situ Spannungen erforderten im der Vergangenheit kostspielige Tunnel und wurden oft aufgeschoben, bis die Aushöhlung beinahe beendet war. Neuerdings macht aber die Methode des Hydrobruches Messungen des Drucks im tiefen Höhlen möglich. Jeder der oben angeführten Faktoren trägt zur Entwicklung des Entwurfs bei, der außerdem eine Endliche-Elemente-Analyse der Drucke und Verschiebungen einschließt, die rund um die geplante Aushöhlung erzeugt werden. Ziel dieser Analyse ist es, die stabilste Lage und Ortung für die Kaverne zu finden und die schwachen Gebiete zu bestimmen, die besonderer Aufmerksamkeit bedürfen. Der Entscheidungsprozess, soweit er den endgültigen Entwurf betrifft, hängt wesentlich von der Urteilskraft und der Erfahrung qualifizierter Ingenieure ab. Zwei Fälle werden genannt, in denen Pumpspeicher-Untergrundkraftwerke sich im Planstadium befinden. In beiden Fällen sind in herkömmlicher Weise Labor- und Feld-untersuchungen in bezug auf Topographie, Geologie und Felsenmechanik durchgeführt worden.

POWERHOUSES-SURFACE VS UNDERGROUND

Powerhouses in pumped storage projects are comprised of a large machine hall containing the generating/pumping units, a transformer chamber, and of additional rooms and passageways as the need may be (Fig. 1). The ideal location for a pumped storage project is between two bodies of water situated a short distance from each other and at substantially different elevations. The powerhouse can be located either on the surface or underground, the decision depending on a number of parameters that require extensive studies coupled with the judgment and experience of qualified engineers. One of the most important parameters is the submergent requirement of the turbine-pump units.

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