三河口水利樞紐壩后電梯井結構方案比選

解 豪，楊 蕾

（陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710001）

1 概況

三河口水利樞紐是陜西省引漢濟渭工程的調蓄中樞。大壩為碾壓混凝土拱壩，最大壩高141.5 m，水庫總庫容為7.1 億 m3。

大壩電梯井布置在大壩右岸壩后下游，其下部結構嵌入與壩體整體澆筑，電梯井總行程130 m，沿高程共分7站，是三河口樞紐最重要的垂直交通通道。其功能主要為連接壩體內部各層交通廊道，連通壩后電站廠區與壩頂交通。

2 電梯井結構設計方案

在水利行業發展的今天，水工建筑物設計不再僅僅考慮其功能性和安全可靠性，越來越多的水利設計在保證其功能和安全可靠的同時，更注重于生態融合、環保與建筑美感的設計。而鋼結構自重輕、結構美觀、強度較高[1]，因此，鋼結構電梯井則被作為了三河口電梯井設計中一個重要方案。

2.1 混凝土結構設計方案

壩后交通電梯布置在右岸壩后，電梯井結構沿高程（高程516.00 m～646.00 m）共分7站，行程130 m。

電梯井結構主要由電梯井室與檢修爬梯兩部分組成。井壁結構厚度為1 m，高程610.00 m以下部分結構與壩體整體澆筑，與壩頂鉸接；區間檢修爬梯共90跑，為鋼筋混凝土結構；上下游側井壁寬度為7.4 m，左右側井壁寬度為8.1 m。井底部高程516.00 m下設深1.8 m×長2.5 m×寬2.6 m的緩沖坑，坑壁結構采用0.3 m厚的C30鋼筋混凝土襯砌[2]。

電梯井設計圖見圖1～圖7。

圖1 電梯井A-A剖面圖

圖2 電梯井B-B剖面圖

圖3 電梯井下游側立視圖

圖4 電梯井1-1剖面圖

圖5 電梯井2-2剖面圖

圖6 電梯井3-3剖面圖

圖7 電梯井4-4剖面圖

國內近些年大中型水利樞紐、水電站工程在大壩、電站廠房內設置電梯非常普遍，大壩電梯也均采用鋼筋混凝土結構，在眾多已建項目中，電梯井混凝土結構已被證實是一種較為安全可靠的結構。大壩電梯井結構設計、施工，以及電梯設備制造和安裝技術也較為成熟。

2.2 鋼結構設計方案

電梯行業也是一個不斷發展的行業，電梯發展漸趨多樣化。20世紀70年代，鋼結構電梯就登臺亮相了，鋼結構電梯轎廂、井道至少有同一側是透明玻璃組成，乘坐鋼結構電梯乘客可觀看轎廂外景物，鋼結構電梯拓展了電梯的視覺空間，使狹窄的電梯空間得到了延伸，能較大地提升乘客的乘坐舒適感，鋼結構電梯逐漸也成為大型城市建筑的一大亮點[3]。

近年來，鋼結構電梯也開始在各大自然景區出現。很多鋼結構電梯都超過100 m，尤其張家界的百龍鋼結構電梯，提升高度更是達到了326 m，甚至被冠以“國際十大旅游景觀工程”稱號。自然景區的鋼結構電梯，對提升景區舒適度和觀景效果都有很大的益處，同時也帶來不錯的經濟效益。

鋼結構電梯的井道，一般為鋼結構設計或將混凝土結構和鋼結構相結合，因地制宜。對于在自然景區設計的鋼結構電梯多以純鋼結構為主，用以凸顯峽谷峭壁的險峻和更好的觀景體驗。

雖然大壩電梯和景區鋼結構電梯均被較廣泛使用，也通過已建證明各自結構的安全性。但經過調查，目前關于已知大中型水利項目的壩后電梯的實例中，尚無壩后電梯采用鋼結構電梯的先例。雖然景區鋼結構電梯與大壩電梯的運行工況有較大差別，但在地質地形和電梯規模上有一定的相近和相似性。可參考其鋼結構電梯的設計方案對大壩電梯方案做初步設計。2.2.1 鋼結構電梯方案1

考慮在混凝土方案的基礎上，做一定程度的設計改變，以期用較小的方案改動量和更可靠的安全性達到鋼結構電梯的效果。具體方案為：調整原方案布置形式，將電梯井道后置，同時檢修樓梯前置，檢修樓梯間為鋼筋混凝土結構，電梯井道采用鋼結構與樓梯間結合，整體平面為“凸”字型。但井道鋼結構布置在高程550 m以上，高程550 m以下井道已全部在壩體內部，并且下游水位較高，三河口大壩壩后消力塘內50年一遇設計水位為545.10 m，200年一遇校核水位為545.40 m，電梯井的基礎面高程為516 m。同時高程546.50 m為電站廠坪高程，為電梯經常停靠的最低高程，因此以高程550 m為分界。見圖8～圖13。

圖9 電梯井B-B剖面圖

圖10 電梯井下游側立視圖

圖8 電梯井A-A剖面圖

圖12 2-2剖面圖

圖13 3-3剖面圖

圖11 1-1剖面圖

2.2.2 鋼結構電梯方案2

采用下部混凝土結構，上部完全為鋼結構，以高程550m為分界。此方案高程550m以下與方案一相同，高程550m以上與混凝土結構電梯井布置型式相同，但整體結構為鋼結構加玻璃幕墻，典型剖面見圖14～圖15。

圖14 高程588 m橫剖面圖

圖15 高程615 m橫剖面圖

方案二從結構的美觀性以及使用效果方面無較方案一更優。

3 方案比選

3.1 不同方案工程經濟性比較

電梯井方案的經濟性是設計方案考量的重要因素之一，對不同方案的工程量及造價估算進行對比，見表1。

表1 不同方案電梯工程造價對比表

表1中各方案的造價，僅為基本建筑工程費用，大型鋼結構的安裝及運費費用，也較為昂貴。同時，對工程造價編制過程中對部分已建成景區鋼結構電梯案例進行調查，并選取與本工程電梯井規模、參數較為相近的設計方案，對其造價進行比較，作為鋼結構方案的參考依據。表2為兩個已建鋼結構電梯的基本參數與造價調查表。

表2 景區鋼結構電梯參數及造價調查表

綜上所述，電梯井混凝土方案造價最低，兩種鋼結構電梯方案造價依次升高。鋼結構電梯井除建筑工程造價較混凝土結構高外，同時還帶來的運輸、安裝及后期維護等費用均在最終造價中占有不小的比例。

3.2 不同方案電梯井優缺點

三河口大壩電梯的運行環境，和一般建筑電梯及景區鋼結構電梯運行環境相比，更為惡劣。大壩下游消力塘水位較高，電梯下部長年處于水下環境；當地氣候較為溫和，雖不屬于嚴寒氣候，但年內氣溫變化仍較大；并且泄洪對電梯影響較大，包括泄洪時震動和較強的霧化等。根據三河口大壩初設成果中霧化結果分析，大壩泄洪時，在580 m高程以下會產生暴雨級別的霧化現象。

根據大壩的運行特點，對電梯井混凝土方案與鋼結構方案的優缺點進行分析對比，見表3。

表3 不同方案電梯井優缺點分析表

鋼筋混凝土結構電梯井，在經濟性、結構可靠性、耐久性、運行可靠性和適用性等方面較優。鋼結構電梯雖在其他行業很多地方應用效果良好，并成為一道靚麗的風景，但結合水利水電工程的特殊性，加之目前大型水利工程電梯井設計方面尚無建設實例，電梯井采用鋼結構仍會帶來一定的已知和或未知的問題。因此選擇鋼筋混凝土結構為三河口電梯井的最終方案。

4 結語

在水利行業發展的今天，水工建筑物設計不再僅僅考慮其功能性和安全可靠性，更注重于生態融合、環保與建筑美感設計。因此，鋼結構電梯井則被作為了三河口電梯井設計中一個重要方案。對于三河口電梯井設計，提出鋼筋混凝土結構以及鋼結構，兩種設計方案，分別從結構設計、工程造價、運行優缺點等方面對不同的電梯井型式進行分析比較，據分析結果，鋼筋混凝土結構電梯井，在經濟性、結構可靠性、耐久性、運行可靠性和適用性等方面有一定優勢。鋼結構電梯雖在其他行業很多地方應用效果良好，并成為一道靚麗的風景，但結合水利水電工程的特殊性，加之目前大型水利工程電梯井設計方面尚無建設實例，電梯井采用鋼結構仍會帶來一定的已知或未知的問題。因此，三河口大壩壩后電梯井仍然采用鋼筋混凝土結構設計。