Design Methodology for Large Underground Powerplants

"As a powerhouse, a transformer or a valve chamber, large underground caverns are a major element of hydropower plant. On the contrary to galleries and shafts which are linear and long underground structures, large caverns are designed with often complex geometries and large spans. Moreover, as these caverns are generally located on the foot of the hydraulic scheme, the high overburden is often responsible of a high stress state. Thanks to current experiences in France and around the world, the Hydro Engineering Centre (CIH) of EDF has defined great principles in the design of caverns leading to a more general methodology. The project of Tehri in India is an example of difficult ground, with in the same time a high overburden, a ductile material and an important schistosity. These physical realities are attempted to be approached in numerical modelling thanks to a constitutive law with softening behaviour and an oriented criterion integrated in the continuum model. As a result, a flexible support is advised, based on a high density bolt system and a thin lay of shotcrete. This methodology has been developed in the case of Gilboa in Israel, except the schistosity which has not been observed in situ. At last, the example of Gavet (France) illustrates a discontinuous case of numerical modelling for a good quality but fractured rock mass.PRINCIPES ET METHODES DE CONCEPTION DE GRANDES CAVERNESHYDROELECTRIQUES SOUTERRAINESRESUME Les grandes cavernes souterraines abritant les turbines, les transformateurs et certaines vannes sont des ouvrages majeurs dans les aménagements hydroélectriques. A la différence des galeries et des puits qui présentent de longs linéaires, les grandes cavernes sont des structures à la géométrie souvent complexe et avec des portées conséquentes. De plus, ces cavernes étant généralement situées en pied du circuit hydraulique, la grande couverture rocheuse peut se traduire par un état de contraintes important. Forte de ses expériences récentes en France et dans le monde, le Centre d’Ingénierie Hydraulique d’EDF a identifié de grands principes de conception des cavernes permettant l’élaboration d’une méthodologie plus générale. Le projet de Tehri en Inde est un exemple de terrain difficile, présentant à la fois une forte couverture, un matériau ductile et une schistosité marquée. Ces réalités physiques sont approchées au mieux grâce à la prise en compte dans les modélisations numériques d’une loi de comportement radoucissante avec un critère orienté intégré dans un modèle continu. Les résultats ont conduit à privilégier un soutènement souple basé sur un boulonnage systématique relativement dense associé à une fine couche de béton projeté. Cette méthodologie a ensuite été reprise pour le projet de Gilboa en Israël, exception faite de la schistosité puisque non observée sur site. L’exemple de Gavet (France) enfin permet d’illustrer un cas de modélisation numérique discontinue d’un massif rocheux de bonne qualité mais fracturé."