فصلنامه علمی علوم زمین

فصلنامه علمی علوم زمین

تحلیل پایداری و طراحی سیستم نگهداری محل انشعاب تونل‌های آبراهه پایین نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای رودبار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه زمین‌شناسی مهندسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 شرکت مهندسین مشاور مهاب قدس، تهران، ایران
10.22071/gsj.2026.537222.2213
چکیده
نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای روشی برای ذخیره کردن و تولید برق به‌منظور تامین بیشینه تقاضای مصرف می‌باشند. با توجه به اهمیت این سامانه‌ها و آگاهی از این که بیشتر ناپایداری‌های متداول در فضاهای زیرزمینی پس از اجرا و نپرداختن به برخی مسائل مهندسی رخ می‌دهد، اقدام به تحلیل پایداری محل انشعاب تونل‌های آبراهه پایین نیروگاه تلمبه‌ای ذخیره‌ای رودبار لرستان بـه روش‌های طبقه‌بندی‌های تجربی (Q، RMR، RMi، GSI و ضریب پروتودیاکونوف) و روش عددی (نرم‌افزار FLAC3D) گردید. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهند فضای زیرزمینی با ضریب اطمینان پایین پایدار می‌باشد. بنابراین به‌منظور افزایش ضریب اطمینان، نصب سیستم نگهداری ضروری است. پس از نصب سیستم نگهداری نیروهای داخلی ایجادشده در سیستم نگهداری به‌دست‌آمده و با استفاده از نمودارهای ظرفیت و تراز هشدار خطر ساکورایی ضریب اطمینان سیستم نگهداری تعیین‌ گردید، که با توجه به نتایج حاصل از روش‌های یاد شده با نصب 10 سانتی‌متر شاتکریت همراه با یک‌لایه شبکه فولادی و میل مهارهای تمام تزریقی با طول و فاصله 2 متر از یکدیگر می‌توان به ضریب اطمینان 1/5 رسید. همچنین با توجه منحنی عکس‌العمل زمین و پروفیل تغییر شکل طولی رفتار توده سنگ اطراف تونل الاستوپلاستیک است و گام حفاری 2 متر به‌صورت تمام مقطع جهت حفاری حاصل گردید.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

ابره، ب.، فرامرزی، ل. و قارونی‌نیک، م.، 1391، تعیین پارامترهای زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی توده‌سنگ مسیر تونل‌های پنستاک سد رودبار لرستان. مجله انجمن زمین‌شناسی مهندسی ایران، جلد 5، شماره 3 و 4، ص 66-49  . http://www.jiaeg.ir/article_62340.html.
احمدی، ع.، نیک‌خواه، م.، جلالی، س.  ا. و عیدی‌وندی، ا.، 1401 ، ارزیابی عددی روش‌های تحکیم و بهسازی در تونل البرز. نشریه انجمن زمین‌شناسی مهندسی ایران، جلد 15، شماره 4، ص 17-1.  https://www.jiaeg.ir/article_171052.html.
اصلانی، م. و موحد، م.، 1382، اثرات احداث نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای در بهبود عملکرد سیستم تولید برق کشور. کنفرانس ملی نیروگاه‌های آبی کشور، تهران. وزارت نیرو، تهران . https://civilica.com .
اورعی، ک.، 1390، مباحث پیشرفته فنی و اقتصادی نگهداری در معادن، انتشارات جهاد دانشگاهی، 482 ص.
بهزادی‌نژاد، ح.، فرامرزی، ل.، داربر، م.، 1396، تحلیل پایداری و طراحی سیستم نگهداری موقت محل انشعاب تونل‌های پنستاک از تونل انتقال آب سد رودبار لرستان با استفاده از نرم‌افزار FLAC3D، نشریه روش‌های تحلیلی و عددی در مهندسی معدن، دوره 7، شماره 13، ص 123-113 . https://dx.doi.org/10.29252/anm.7.13.113.
تلخابلو، م.، فاطمی‌عقدا، س. م. و معتمدی، م.، 1394، بررسی تأثیر ویژگی‌های زمین‌شناسی مهندسی و ژئومکانیکی بر گام پیشروی مجاز تونل. نشریه زمین‌شناسی مهندسی ایران، جلد هشتم، شماره 3 و 4، ص 64-47 . https://dx.doi.org/10.18869/acadpub.jeg.8.3.47.
جمالی‌زاده، ح.، فاطمی‌عقدا، م.، تلخابلو، م. و مختاری، ا.، 1400، بررسی خصوصیات زمین‌شناسی مهندسی توده سنگ میزبان تونل قطعه سوم آزادراه ارومیه تبریز و پیشنهاد سیستم نگه‌دارنده بر اساس روش‌های تجربی و عددی. نشریه پژوهش‌های دانش زمین، سال 12، شماره 48، ص 146-123. https://doi.org/ 10.48308/esrj.2022.101464.
خداپرست‌مشهدی، م. و قزلباش، ا.، 1395، ارزیابی اقتصادی احداث نیروگاه برق‌آبی (تلمبه‌ذخیره‌ای) در سدهای مخزنی کشور، مطالعه موردی: سد نیروگاه پیرتقی. فصلنامه علمی پژوهشی مطالعات اقتصادی کاربردی ایران، سال پنجم، شماره 17،ص 244-199. https://dx.doi.org/10.22084/AES.2016.1481.
رحمان‌نژاد، ر.، 1391، کاربرد فضاهای زیرزمینی، انتشارات جهاد دانشگاهی، 459 ص.
شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس.، 1393، گزارش نهایی مطالعات و طراحی‌های مکانیک سنگ سد و نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای رودبار لرستان، 107 ص.
صبور، س.، جوادی‌اصطهباناتی، م. و زارع، ش.، 1403، مدل‌سازی عددی سه‌بعدی سامانه پیش‌نگهداری در جلوی سینه‌کار تونل با رویکردهای مختلف، مطالعه موردی. نشریه روش‌های تحلیلی و عددی در مهندسی معدن، دوره 14، شماره 38، ص 33-21. https://dx.doi.org/10.22034/ANM.2023.19799.1601.
علیزاده کاکلر، س. و دولتی ارده جانی، ف.، 1397، بررسی پارامترهای تأثیرگذار بر مدل‌سازی تغییرات هدایت هیدرولیکی در محیط شکسته با استفاده از روش المان مجزا. نشریه علمی پژوهشی مهندسی معدن، دوره 13، شماره 14، ص 44-27 . https://dx.doi.org/10.22034/ijme.2018.34836.
قارونی‌نیک، م. و فرمهینی‌فراهانی.، ع، 1395، بررسی پایداری تونل‌ها در تقاطعات Y شکل با توجه به زاویه برخورد آن‌ها، مطالعه موردی: تونل پنستاک سد رودبار لرستان. نشریه علمی پژوهشی مهندسی عمران و محیط‌زیست امیرکبیر، دوره 48، شماره 2، ص 197-191. https://dx.doi.org/10.22060/ceej.2016.655.
کمالی‌بندپی، ع.، شهریار، ک.، شریف‌زاده، م. و معارف‌وند، پ.، 1395، بررسی خصوصیات ناپیوستگی‌ها به‌منظور تولید مدل شبکه گسسته شکستگی مطالعه موردی : مغار نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای رودبار لرستان. نشریه علمی پژوهشی سد و نیروگاه برق‌آبی، سال 3، شماره 9، ص 54-37 . https://dx.dor.org/20.1001.1.23225882.1395.3.9.4.1.
مدنی، ح.، 1393، تونل سازی، طراحی و اجرای سیستم‌های نگهداری، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، 624ص.
معینی‌رودبالی، ه.، کتیبه، ه. و گلابتونچی، ا.، 1390، تحلیل نشت مخزن ذخیره آب نیروگاه تلمبه‌ذخیره‌ای سد آزاد و گزینش روش بهینه آب‌بندی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 43، شماره 2، ص 41-35 . https://dx.doi.org/10.22060/ceej.2012.138.
موسوی‌کانی، س. ج.، 1403، مروری بر نقش نیروگاه‌های تلمبه‌ذخیره‌ای در بهره‌برداری سیستم قدرت و بازارهای برق (مطالعه موردی: نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای سیاه‌بیشه). نشریه سد و نیروگاه‌های برق‌آبی ایران، سال 11، شماره 37، ص 97-87. https://dx.dor.org/20.1001.1.23225882.1403.11.37.8.4.
 
Abrah, B., Faramarzi, L., and Gharouni Nik, M., 2013. Determination of geological and geotechnical parameters of rock mass along penstock tunnels of Rudbar-Lorestan dam. Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology, 5: 3 and 4, 49-66 (In Persian), http://www.jiaeg.ir/article_62340.html.
Ahmadi, A., Nikkhah, M., jalali, S.E., and Eidivandi, E., 2023. Numerical Assesment of Support and Reinforcing Techniques of Alborz Tunnel. Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology, 15(4), 1-17 (In Persian), https://www.jiaeg.ir/article_171052.html.
Alizadeh kaklar, S., and Doulati Ardeh jani, F., 2018. Investigation of the affecting parameters to the level of hydraulic conductivity changes in the fractured rock mass by using the finite difference method. Journal of Mining Engineering, 13(41), 27-44 (In Persian), doi:10.22034/ijme.2018.34836.
Aslani, M., and Movahed, M., 2003. The impact of building pumped storage power plants on enhancing the efficiency of the national electricity grid, 1st National Conference on Hydropower (In Persian), https:// civilica.com.
Barczak, T.M., 2017. Research developments that contributed to the landscape of longwall roof support design over the past 25 years. In: Syd S. Peng (Ed.), Advances in coal mine ground control, Woodhead Publishing, doi:10.1016/B978-0-08-101225-3.00001-3.
Barton, N., Lien, R., and Lunde, J., 1974. Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. Rock Mechanics, 6 (4), 189–236, doi: 10.1007/BF01239496.
Barton, N., Loset, F., Lien, R., and Lunde, J., 1980. Application of Q-system in design decisions concerning dimensions and appropriate support for underground installations. In ISRM International Symposium-Rockstore 80. International Society for Rock Mechanics, doi:10.1016/B978-1-4832-8421-7.50080-6.
Behzadinejad, H., Faramarzi, L., and Darbor, M., 2017. Stability Analysis and Support System Design of Penstock Tunnels Bifurcation with Headrace Tunnel of Rudbare-Lorestan Dam Project. Journal of Analytical and Numerical Methods in Mining Engineering, 7(13), 113-123 (In Persian), https://dx.doi.org/10.29252/anm.7.13.113.
Bieniawski, Z.T., 1976. Engineering classification in rock engineering. In: Proceeding of the symposium on Exploration for Rock Engineering, Johannesburg, 97-106. South Africa. Rotterdam, Netherlands: A.A. Balkema, https://scholar.google.com.
Bieniawski, Z.T., 1989. Engineering rock mass classifications: a complete manual for engineers and geologists in mining, civil, and petroleum engineering, John Wiley and Sons. New York, 251 p. https://books.google.com.
Carranza-Torres, C., and Diederichs, M., 2009. Mechanical analysis of circular liners with particular reference to composite supports. Tunnelling and Underground Space Technology 24(5), 506-532, doi:10.1016/j.tust.2009.02.001.
Carranza-Torres, C., and Fairhurst, C., 2000. Application of the convergence-confinement method of tunnel design to rock masses that satisfy the Hoek-Brown failure criterion. Tunnelling and Underground Space Technology 15(2), 187-213, doi: 10.1016/S0886-7798 (00)00046-8.
Chen, D., Wang, L., Shen, C., Jiang, C., and Zhang, L., 2022. Investigation of the support constraint effect and failure instability law of tunnels constructed using the New Austrian tunneling method. Scientific Reports, 12(1), 5811, doi: 10.1038/s41598-022-09826-1.
Chortis, F., and Kavvadas, M., 2021. Three-dimensional numerical analyses of perpendicular tunnel intersections. Geotechnical and Geological Engineering, 39(3), 1771-1793, doi: 10.1007/s10706-020-01587-w.
Gharouni Nik, M., and Farmahini Farahani, A., 2016. Assessment the Stability of Tunnels in Y Shaped Intersections with Regard to the Intersection Angles, Case Study: Penstock Tunnels of Rudbar Dam. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 48(2), 191-198 (In Persian), doi.:10.22060/ceej.2016.655.
Goel, R.K., Jethwa, J.L., and Paithankar, A.G., 1995. Indian experiences with Q and RMR systems. Tunnelling and Underground Space Technology, 10(1), 97-109, doi: 10.1016/0886- 7798 (94)00069-W.
Hoek, E., and Brown, E.T., 1997. Practical estimates of rock mass strength. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34 (8), 1165–1186, doi: 10.1016/S1365-1609 (97)80069-X.
Hsiao, F.Y., Wang, C.L., Chern, J.C., 2009. Numerical simulation of rock deformation for support design in tunnel intersection area. Tunnelling and Underground Space Technology, 24(1), 14-21, doi:10.1016/j.tust.2008.01.003.
Itasca Consulting Group, 2009, Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions, Version 4.0. Minneapolis, Minnesota, Itasca Consulting Group 438. https://www.itascacg.com.
Jamalizadeh, H., Fatemi Aghda, M., Talkhablou, M., and Mokhtari, E., 2022. Investigation of the engineering geological properties of host rock masses in section third of Urmia - Tabriz freeway tunnel and suggested support system based on empirical and numerical methods. Researches in Earth Sciences, 12(4), 123-146 (In Persian), doi: 10.48308/esrj.2022.101464.
Jethwa, J.L., Dube, A.K., Singh, B., Bhawani, S., and Mithal, R.S., 1982. Evaluation of methods for tunnel support design in squeezing rock conditions. Proceedings of the 4th International Congress of the International Association of Engineering geology. Vol. 5, New Delhi, India, 121-134. https://scholarsmine.mst.edu/icchge/1icchge/1icchge-theme7/7.
Ji, Z., Li, J., Zhang, X., and Song, Z., 2023. A quantitative assessment method for the correlation between rock mass basic quality and Protodyakonov coefficient. Frontiers in Earth Science, 11, 1249866, doi:10.3389/feart.2023.1249866.
Kamali Bandpey, A., Shahriyar, K., Sharif Zadeh, M., and Maaref Vand, P., 2016. Statistical Investigation of Discontinuity Properties to Generate Discrete Fractured Network - Case study: Cavern of Rodbar Lorestan Pumped Storage Power Plant. Iranian Dam and Hydroelectric Powerplant, 3 (9):36-54(In Persian), dor: 20.1001.1.23225882.1395.3.9.4.1.
Katsaprakakis, D.A., Christakis, D.G., Stefanakis, I., Spanos, P., and Stefanakis, N., 2013. Technical details regarding the design, the construction and the operation of seawater pumped storage systems. Energy, 55, 619-630, doi:10.1016/j.energy.2013.01.031.
Keyter, G.J., Ridgway, M., Varley, P.M., and Venture, B.C.J., 2008. Rock engineering aspects of the Ingula powerhouse caverns. In 6th International Symposium on Ground Support in Mining and Civil Engineering Construction, Southern African Institute of Mining and Metallurgy (P. 409-445), https://www.researchgate.net.
Khodaparast mashhadi, M. and ghezelbash, A., 2016. Economic assessment of the construction of hydroelectric power plant (pumped-storage) in Iranian reservoir dams: case study of Pirtaghi damandpower plant. Journal of Applied Economics Studies in Iran, 5(17), 199-224 (In Persian), doi:10.22084/AES.2016.1481.
Kulpa, J., Kopacz, M., Stecuła, K., and Olczak, P., 2024. Pumped Storage Hydropower as a Part of Energy Storage Systems in Poland—Młoty Case Study. Energies, 17(8), 1830, doi: 10.3390/en17081830.
Li, G., and Han, Z., 2004. Principal engineering geological problems in the Shisanling pumped storage power station, China. Engineering geology, 76(1-2), 165-176, doi:10.1016/j.enggeo.2004.06.013.
Li, G., He, M., and Tao, Z., 2010. Deformation mechanism and excavation process of large span intersection within deep soft rock roadway. Mining Science and Technology (China), 20(1), 28-34, doi: 10.1016/S1674-5264(09)60156-3.
Li, S., Yanxiang, C., Linhua, H., and Enping, G., 2022, Study on response and influencing factors of shield single/twin tunnel under seismic loading using FLAC 3D, Shock and Vibration. 1 (2022), 2224198, doi:10.1155/2022/2224198.
Li, Y., Lei, X., Wang, N., Ren, Y., Xia, X., Jin, X., and Li, T., 2024a. Stability analysis of pumped storage hydropower plant in abandoned open-pit mine affected by dynamic surface subsidence of combined mining. Environmental Science and Pollution Research, 31(13), 19516-19542, doi: 10.1007/s11356-024-32352-8.
Li, Z., Xiao, J., Wan, J., Cheng, J., Feng, H., Zhan, H., and Huang, K., 2024b. A dynamic modeling approach to predict water inflow during tunnel excavation in relatively uniform rock masses. Tunneling and Underground Space Technology, 146, 105668, doi:10.1016/j.tust.2024.105668.
Liu, H.Y., Small, J.C., and Carter, J.P., 2008. Effects of tunneling on existing support systems of intersecting tunnels in the Sydney region. In SHIRMS 2008: Proceedings of the First Southern Hemisphere International Rock Mechanics Symposium (P. 113-126). Australian Centre for Geomechanics, doi:10.36487/ACG_repo/808_150.
Liu, H.Y., Small, J.C., Carter, J.P., and Williams, D.J., 2009. Effects of tunneling on existing support systems of perpendicularly crossing tunnels. Computers and Geotechnics, 36(5), 880-894, doi:10.1016/j.compgeo.2009.01.013.
Madani, H., 2014. Tunneling, Design and Implementation of Maintenance Systems, Amirkabir University of Technology Publications, Tehran, 624 pp (In Persian).
Mahab Ghods consulting engineering co, 2014, final report on studies and designs of rock mechanics of the rudbar dam and lorestan pumped storage power plant, 107 p (In Persian).
Moeini Roudbali, H., Katibeh, H. and Golaabatoonch, I., 2012. Upper Reservoir Seepage Analysis of Azad Dam Pumped Storage Power Station and Selecting the Best Sealing Method. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 43(2), 35-41 (In Persian), doi: 10.22060/ceej.2012.138.
Morabito, A., Spriet, J., Vagnoni, E., and Hendrick, P., 2020. Underground pumped storage hydropower case studies in Belgium: perspectives and challenges. Energies, 13(15), 4000, doi: 10.3390/en13154000.
Mousavi Kani, J., 2024. An overview of the role of hydroelectricity Pumped-storage in the operation of the power system and electricity markets (Case study: siah bisheh PSH). Iranian Dam and Hydroelectric Powerplant. 11 (37), 86-97 (In Persian), dor: 20.1001.1.23225882.1403.11.37.8.4.
Orei, K., 2011, Mine Maintenance: Advanced Technical and Economic Considerations, Jahad Daneshgahi Publications, 482 pages (In Persian).
Palmstrom, A., 1995. RMi – A rock mass characterization system for rock engineering purposes. Ph.D thesis, University of Oslo, Norway, 400 P. https://www.uio.no.
Pitorac, L., Vereide, K., and Lia, L., 2020. Technical Review of Existing Norwegian Pumped Storage Plants. Energies, 13(18), 4918, doi: 10.3390/en13184918.
Protodyakonov, M.M., and Koifman, M.I., 1964. Uber den Masstabseffect bd Untersuchung yon Gestein und Kohle. 5. Landertreffen des Intemationalen Buros fflr Gebi~gsmeehanik, Deutsche Akademie der Wissenschaften, Berlin, 3, 97-108. https://scholar.google.com.
Rahman Nejad, R., 2012, Application of Underground Spaces, Jahad Daneshgahi Publications, 459 p (In Persian).
Sabour, S., Javadi, M. and Zare, S., 2024. Three-Dimensional Numerical Modelling of Pre-Support System in front of Tunnel by Different Approaches, Case Study. Journal of Analytical and Numerical Methods in Mining Engineering, 14(38), 21-33 (In Persian), doi: 10.22034/ANM.2023.19799.1601.
Sakurai, S., 1981. Direct strain evaluation technique in construction of underground opening. In: Proceedings of the 22nd US Symposium on Rock Mechanics, Cambridge, Massachusetts (P. 278-282). American Rock Mechanics Association, https://scholar.google.com.
Sakurai, S., 1993. Back analysis in rock engineering. Comprehensive Rock Engineering-Excavation, Support and Monitoring. Pergamon Press, Oxford, 4, 543-569, doi:10.1016/B978-0-08-040615-2.50156-5.
Sakurai, S., 1999. Interpretation of field measurements in tunneling practice. In Proceedings of the 9th ISRM Congress, International Society for Rock Mechanics, Beijing, China.
Singh, B., and Goel, R.K. 1999. Rock mass classification: a practical approach in civil engineering, Vol. 46, Elsevier Science, Amsterdam, 282 p. ISBN: 9780444502605.
Sun, X.M., Qi, Z.M., Zhang, Y., Miao, C.Y., Zhao, C.W., and He, M.C., 2023. Failure mechanism and control countermeasures of surrounding rock at deep large section chamber intersection in the Wanfu Coal Mine. Journal of Mountain Science, 20(7), 2058-2075, doi: 10.1007/s11629-023-8004-y.
Talkhablou, M., Fatemi Aghda, S. M. and Motamedi, M., 2016. Evaluation of engineering geology and geomechanic parameters on admissible advancement step in tunnel. Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology, 8(3 and 4), 47-64 (In Persian), doi:10.18869/acadpub.jeg.8.3.47.
Tan, Z., Zhou, Z., Kong, H., Zhao, B., and Zhao, J., 2021. Single excavation face method for super-large-span bifurcated tunnels. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Geotechnical Engineering, 174(4), 406-418, doi: 10.1680/jgeen.20.00222.
Yang, C.J., and Jackson, R.B., 2011. Opportunities and barriers to pumped-hydro energy storage in the United States. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(1), 839-844, doi:10.1016/j.rser.2010.09.020.
Zhang, S., Ran, C., Qu, H., Wu, Z., Zheng, D., and Pan, Z., 2024. Stability and engineering impact analysis of high level glacier valley deposits at the KAWABAIQING pumped storage power station in southeast Tibet. Journal of Engineering Geology, 32(3): 1112-1128, doi:10.13544/j.cnki.jeg.2024-0017.
دوره 36، شماره 2 - شماره پیاپی 140
تابستان 1405، سال سی‌و ششم، شماره 2، پیاپی 140
تابستان 1405
صفحه 123-148