（岩土工程专业论文）狮子坪水电站地下厂房洞室群围岩稳定性分析.pdf

分类号 u d c 密 级 学校代码 劣j 蒺理歹大署 学位论文 1 0 4 9 7 题目逝王盐坐塾盐些王 痉塑窒登圉羞整整：堕金盘 英文t h es t a b i l i t ya n a l y s i so fs u r r o u n d i n g r o c ki nu n d e r g r o u n d 题目里q 塑曼d ! q 丛墨曼q ! 曼h i 圣i p i 堕gl 蔓y 亟煦p q 里丛兰墨! 丛i q 壁 ，r 1 _ _ _ _ - - - _ _ - - _ _ _ _ - - - 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - 。_ _ _ 。_ 。- o 。o 。一 研究生姓名睦廛明 姓名猩鏖职称鏊撞学位题 指导教师 4 3 0 0 7 0 申请学位级别墨堂亟学科专业名称羞圭墨猩 论文提交日期一2q ! ! 生旦 论文答辩日期2q ! ! 生旦 学位授予单位矗垫墨墨盘鲎学位授予日期 答辩委员会主席辽煎丝评阅人辽至珏 努皇兰 20 11 年5 月 独创性声明 删 y 1 8 8 | i ：j i j 葺 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：玛、庄j ；| 两 导师( 签名) 囊0 妒日期沙j j r 。7 武汉理工大学硕七学位论文 开挖 料综 上述 保工 类、 并采 响其 然后 面， 性较 岩支 监测 的规 运营 r 房 其施 摘要 武汉理t 大学硕十学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rt a k i n gt h eu n d e r g r o u n dw o r k s h o po fs h i z i p i n gh y d r o p o w e rs t a t i o na s a n e x a m p l e ，c o m p a r e d d i f f e r e n ts t a b i l i t ye v a l u a t i o nm e t h o d s ，t h r o u g ht h e c l a s s i f i c a t i o no fs u r r o u n d i n gr o c k s ，t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dt h ec o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so fc o n s t r u c t i o ns i t em o n i t o r i n gd a t a , o nt h eb a s i so ft h er e g i o n a lg e o l o g i c a l m a t e r i a la n de x c a v a t i o ns u p p o r ts c h e m e ，i no r d e rt os u m m a r i z eas e to fe f f e c t i v e e v a l u a t i o ns c h e m ef o rt h es t a b i l i t yo fs u r r o u n d i n gr o c kw h i c hw a ss u i t a b l ef o rd e s i g n a n dc o n s t r u c t i o n ，t oe r l s u r et h es e c u r i t ya n dt h ee c o n o m yo fap r o j e c t t h i sr e s e a r c h m a i n l yi n c l u d e s ： ( 1 ) i n t r o d u c es o m ee v a l u a t i o ns c h e m ea b o u tt h es t a b i l i t yo fs u r r o u n d i n gr o c k t h a ta r ec o m m o n l yu s e d t h r o u g he n g i n e e r i n ge x a m p l e sa p p l i c a t i o nc l a s s i f i c a t i o no f s u r r o u n d i n gr o c k s ，n u m e r i c a l s i m u l a t i o na n dm o n i t o rm e a s u r i n gt h r e em e t h o d s ， c o m p a r e dt os u m m a r i z ee v a l u a t i o ns c h e m eo ft h es t a b i l i t yo fs u r r o u n d i n gr o c ko f a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ( 2 ) p u t t i n gt o g e t h e rt h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o ni nt h ep r o j e c tr e g i o no f s h i z i p i n gh y d r o p o w e rs t a t i o na n dt h e na n a l y z i n gi t si n i t i a ls t r e s sf i e l d m e a n w h i l e ， t h ep a p e rw i l le v a l u a t et h er o c km a s si nt h eu n d e r g r o u n dp o w e rh o u s eb yv a r i o u s s u r r o u n d i n gr o c kc a t e g o r i c a lm e t h o d s a n a l y s i st h ef a v o r a b l ea n du n f a v o r a b l ef a c t o r s w h i c ha f f e c t i n gt h es a f e t yo fu n d e r g r o u n dp o w e rh o u s ed u r i n gt h ec o n s t r u c t i o n t h e r e f o r e ，a ni n i t i a le v a l u a t i o no ft h es t a b i l i t yw i l lb em a d e ( 3 )g i v i n g ab r i e fi n t r o d u c t i o na b o u tt h ea r r a n g e m e n ta n dc o n s t r u c t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fm a i nu n d e r g r o u n dp o w e rh o u s ec a v i t i e s ，p r e s e n t i n gi t se x c a v a t i o n m e t h o da n da n a l y z i n gs o m ec o n s t r u c t i o ns i t u a t i o n sc o n c i s e l y , s u c ha st h ef o r m so f s u r r o u n d i n gr o c kd e s t r u c t i o n ，s u p p o r t i n g s i t u a t i o na n dt h ed i f f i c u l t p o i n t so f c o n s t r u c t i o n ( 4 ) a d o p t i n gm i d a s g t s ，a n dc h o o s i n gu n i tc e n t e rs e c t i o nl 开a sat y p i c a l s e c t i o n t h e nt h ep a p e rf o c u so i lt h ea n a l y s i so ft h es u r r o u n d i n gr o c kd i s t o r t i o ni n e v e r yc o n s t r u c t i o np h a s e s ，t h es u p p o r t i n gf o r c eb e a r i n gc o n d i t i o n , e t c l o o k i n gf o r s o m ep o o rs t a b i l i t yo fs u r r o u n d i n gr o c ko ft h ea r e a f i n a l l ya ne v a l u a t i o no fi t s s u p p o r t i n ge f f e c t sa n dt h es t a b i l i t yo f t h o s es u r r o u n d i n gr o c k sw i l lb em a d e i i 武汉理工大学硕士学位论文 ( 5 ) i n t r o d u c i n gt h em o n i t o r i n gp r o g r a mo ft h eu n d e r g r o u n dp o w e rh o u s e s ，a n d a n a l y z i n g t h et e s t i n gr e s u l t sg e n e r a l l y a tt h es a m et i m e ，ab e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h e d i s t o r t i o na n db e a r i n gc o n d i t i o no ft h es u r r o u n d i n gr o c k s s u p p o r t i n gs y s t e md u r i n g e a c hc o n s t r u c t i o np h a s e sw i l lb ep r o v i d e d a n dt h e n ，t a k i n gt h eu n i tc e n t e rs e c t i o n1 开 f o ra ne x a m p l e ，t h ep a p e rw i l lc o l l e c tt h em o n i t o r e dd a t aw h i l ec o m p a r i n gw i t ht h e r e s u l t so ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ，t h e r e f o r e ，s o m ee x c a v a t i o na n dd i s t o r t i o nl a w so f t h eu n d e r g r o u n dp o w e rh o u s ew i l lb ec o n c l u d e di nt h i sp a p e r a n df i n a l l y , aj u d g r n e n t o ft h es u r r o u n d i n gr o c k s s t a b i l i t yi nt h eu n d e r g r o u n dp o w e rh o u s ew i l lb em a d ei n t h ep a p e r t h r o u g ht h es u c c e s s f u le x p e r i e n c e so fs u r v e y c o n s t r u c t i o n 。m o n i t o r i n g o p e r a t i o na b o u tt h eu n d e r g r o u n dp o w e r h o u s ec a v i t i e si nt h es h i z i p i n gh y d r o p o w e r s t a t i o na c q u i r e ds e r i e sm a t e r i a l ，a n a l y z i n gb ys y n t h e s i sa b o u tt h es t a b i l i t y o f s u r r o u n d i n gr o c k , t h er e s u l t s s h o wt h a tt h es u p p o r t i n gs y s t e mf o ru n d e r g r o u n d p o w e r h o u s er o c kh a sr e a c h e ds t a b l es t a t e c u r r e n t l y , t h e s t a t i o nh a sp a s s e dt h e a c c e p t a n c ea n dh a sb e e np u ti n t ou s ef o r m a l l y i t sc o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，m o n i t o r e d d a t aa n dt h ee v a l u a t i o np l a no fi t ss t a b i l i t yc a np r o v i d es o m ee m p i r i c a li n f o r m a t i o n f o rs o m eo t h e rs i m i l a rp r o j e c t k e y w o r d s ：u n d e r g r o u n dp o w e r h o u s e , s t a b i l i t yo fs u r r o u n d i n gr o c k ，e x c a v a t i o na n d s u p p o r t i n g , m o n i t o r i n gm e a s u r e m e n t ，f i n i t e - e l e m e n ta n a l y s i s i i i 武汉理工人学硕士学位论文 摘要 目录 目录。 第1 章绪论 i l 1 1 研究背景l 1 2 国内外研究现状2 j 2 j 席踏易? ；毪3 j 2 2 孝吃氢参g 期4 j 2 3 篮撵考孽溯i 5 ，z 4 ；l ! 凇6 1 3 本文所做的工作6 1 4 本章小结7 第2 章工程区域水文地质条件 8 2 1 工程概况8 2 j j 缝醒弦置8 2 j 2 杰要罄箢缎8 2 2 自然条件9 2 z 1 尔文气蒙条斧9 2 2 2 名手2 ；宏7 ；i 刃j d 2 2 3 易鬈水右争刃j j 2 3 初始地应力场一1 2 2 3 1 地应力实溺成果分析1 2 2 3 2 硇 臼分析原理及计算方法1 4 2 3 3 劫r 殆磁应力场分布劳拦1 6 2 4 围岩分类研究1 7 z 4 1 尔鬯虏缮彰蟛譬搓。j7 2 4 2r 砌限届嗜场蟛譬珐。1 9 i v 武汉理_ t 大学硕士学位论文 2 4 3q 磊绕用筹分类法1 9 2 5 工程地质条件2 0 2 5 j 厉磅f 椽避及越垂章2 d 2 5 2 厂讴磁厉祭绎2 d 2 5 3 厂区席岩分类刀 2 6 本章小结2 4 第3 章地下厂房旖工方案2 6 3 1 地下j 房系统简介2 6 3 2 主要建筑物施工方案2 7 3 2 j 三皇：厂_ 5 ；：瘟章r 2 7 3 2 2 主；舞受星疣7 j 才：寨3 d 3 2 3 尾橱室嫩乙方寨如 3 2 4 圭至吾侯若燃z j ；? 身害一3 3 3 3 施工情况分析3 5 3 3 1 石挈墨笋瘴尊窖不争j 莎f ， 3 3 2 ，严挖安j z 宁爱产2 矿3 6 3 3 3 ，瘟硫 ov o 。，与自重应力分量呈现 相同特征，说明地下厂房区的初始地应力场主要受自重应力场的影响。同时， 测点位置的实测地应力值普遍大于自重应力分量，说明地下厂房区还存在一定 的构造应力场的影响。 3 按照设计方案，地下厂房纵轴线方向拟定为n 1 0 。e ，与实测最大主应力 方向成较大角度，倾角近于垂直，这样的设计方案基本能保证洞室围岩稳定。 由于初始地应力以自重应力为主，实测竖直方向的应力分量o ：值较大，这说明 在开挖时洞室底板和顶拱区域的开挖卸荷效应相对来说更为严重；另外，在厂 房横剖面内水平分量o 。明显小于ov ，这说明初始地应力对三大主洞室上下游边 墙沿x 轴方向影响最小，这对洞室边墙稳定性较为有利。 2 3 2 回归分析原理及计算方法 目前学术界普遍认为初始地应力场主要受自重应力、构造应力、渗流应力 和其他应力的影响，其中又以自重应力和构造应力为主【3 6 】。在工程实践中一般 只需考虑引起这两种应力的因素即可满足精度要求。故本次岩体初始地应力场 回归分析中仅考虑了自重应力和构造应力的影响。其中在分析自重应力场仅考 虑岩体自重因素，计算模式如图2 - 2 ( a ) 所示。在分析构造应力场时仅考虑水平方 1 4 武汉理工人学硕士学位论文 向的地质构造作用，方向未知。计算模式如图2 2 ( b ) 所示，先假定在计算域 的上游和左侧边界面上施加单位位移，并对两个位移量的比例关系进行调试， 直至回归的应力场与实测点的空间初始地应力达到最佳相关性，则此时的回归 应力场即可作为厂区的初始地应力场，并以此为基础来分析洞室围岩的稳定性。 i 7 - 、一 ，一 h yh th 纠一 丸自重应力场计算模式b 构造应力场计算模式 人 v 图2 2 初始地应力场计算模式 假定工程区的岩体为连续且各向同性的弹性介质，那么回归应力场可以表 示为自重应力场0g 以及水平构造应力场ou l ，0u 2 三种应力场的线性叠加， 如式( 2 3 ) 所示。 ( 后) = 名气( 后) + 吃。吒。( 尼) + 吮：吒：( 七) + 6 0 ( 2 - 3 ) 上式即可用来表示计算域内任意点的岩体初始地应力，其中k 表示1 n 的 数值。由于已获得n 个实测天然应力分量，那么由式( 2 3 ) 可以建立起一个由 n 个方程组成的实测方程组，如式( 2 - 4 ) 所示： ( 1 ) 吒i ( 1 ) 吒z ( 1 ) ( 露) o - 1 ( 后) 吒2 ( 七) ( 忉吒( 忉巴( 忉 n 1 i 2 蚓 ( 1 ) ( 七) c r o ( n ) ( 2 4 ) 最后采用最小二乘法进行优化求解，如式( 2 5 ) 所示，即可得出天然应力 1 5 武汉理t 大学硕七学位论文 回归方程式( 2 3 ) 中的各项系数。 召 = ( 咚。 r 。 ) 。1 r ( 2 5 ) 2 3 3 初始地应力场分布特性 按照上述方法采用空间有限元法进行回归分析，解出厂址区初始地应力回 归方程式( 2 - 3 ) 中的系数分别为b f l 6 2 3 2 ，b u l = 0 0 3 2 4 ，b , o = 0 0 2 0 1 6 ，b 0 = - 0 0 3 8 2 8 ， 测点位置的回归应力值如表2 - 6 和表2 7 所示。 表2 。7测点位置实测及回归分析主应力量值及方位 分析上述成果表明： 1 由于岩体边坡中i i i 类、类岩体与覆盖层的松散堆积体之间的变形模 量值相差较大，致使各种岩层交界面附近出现应力梯度较大的过渡带。岩体初 始地应力场总体以三个区域分布，其中第一个分区为应力释放区，主要形成于 岩体浅表层风化带，该区岩体结构松弛，变形模量较低，初始应力值也较小， 一般or = 1 0 , - , 2 0 m p a ，o3 = o 1 - - o 2 m p a ；第二个分区为应力过渡区，该区应力分 布明显随地形起伏变化，o1 2 0 1 0 0 m p a ，o3 ：o 2 1 2 m p a ；第三个分区为应 力平稳区，其主要特征是应力变化梯度相对平缓，主应力量值和方向相对稳定， 基本不受谷坡地形地势影响，除此之外，岸坡的坡脚及河谷部位的岩体还存在 明显的应力集中现象，这主要是受谷坡地形及水平构造作用影响所致。 2 工程区的三大主要洞室均位于岸坡应力平稳区，该区域围岩的最大主应力 ol = 1 2 o 1 6 0 m p a ，最小主应力o3 = 3 2 6 2 m p a ，oi 的方位一般为n e 7 5 。一 8 4 。，倾角约7 2 。7 5 。，主应力的分布呈现出以下两个特征： ( 1 ) 地下厂房各洞室由于水平埋深的不同，主应力量值存在差异，其中主 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 厂房0l 量级1 4 0 - - 1 5 0 m p a ，o3 量级5 2 6 2 m p a ，主变室ol 量级1 2 肛1 4 0 m p a ， o3 量级4 2 5 2 m p a ；尾闸室ol 量级l o 肚1 2 0 m p a ，o3 量级3 2 4 2 m p a 。 ( 2 ) 由于安装间和主机间l 屯3 群机组段地形变化不大，岩性单一，其主应力 分布规律和量值基本相同，但对于同一横剖面( 机组段) 而言，主应力量值明 显随高程降低而增高，这说明洞室中下部的的岩体初始地应力更为偏大，开挖 后引起的变形等开挖卸荷效应将比顶拱部位更为严重。 3 从厂址区回归应力分量对比关系看，呈现o ： ov o ；特征，即厂房横 轴线方向水平应力分量最小，而竖直方向应力分量最大。因此，在主厂房及主 变室中上部高程开挖时，顶拱及开挖底面的应力释放效应较为显著，应重点注 意顶拱部位的支护和岩体稳定工作。另外，由于主厂房和主变室直墙较高，在 洞室中下部高程开挖时边墙的开挖卸荷效应将更为严重，此时应重点注意边墙 区域的变形和岩体稳定问题。 2 4 围岩分类研究 围岩分类是指运用工程类比的方法对地下工程地质条件进行客观评价的一 种方法，正确合理的围岩分级不仅能正确的评价围岩稳定性，合理的拟定支护 方式和施工方法，同时还能极大的提高工程的安全性以及经济合理性【2 3 】。经过 长期的工程实践检验和创新发展，围岩分类作为一种成熟实用的技术，已经在 世界范围内得到广泛的应用。当前已有近百种围岩分类的方法应用于各种工程 实践中。影响围岩分类的主要因素包括工程岩体强度、岩体结构、岩体完整性、 地下水、初始地应力等【2 5 1 。目前主流的围岩分类方法均从多因素考虑来评价围 岩等级，区别在于由于针对不同工程类别不同，各影响因素权重也有所差异。 为了避免片面性和随意性，本文以水利水电围岩工程地质分类方法为主，同时 参考在国际上应用最为广泛的挪威q 系统和南非r m r 系统围岩分类法，最终综 合判定地下厂房区围岩类别。 2 4 1 水电围岩分类法 该分类方法源自水利水电工程地质勘查规范( g b 2 0 4 8 7 2 0 0 8 ) i s 】，属于 行业规范，比较符合水利水电工程的特点，其判定依据分为基本判据和限定判 据。基本判据和限定判据的计算表达式分别如式( 2 - 6 ) 和式( 2 7 ) 所示： 1 7 武汉理- t 大学硕士学位论文 t = a + b + c + d + e ( 2 6 ) 一r b k ， l ，一 ( 2 7 ) 式中t 表示围岩质量最终评分结果，a 、b 、c 、d 、e 分别表示五项基本因 素：岩体强度、完整性、结构面、地下水情况和主要结构面产状对构造物影响 的评分。s 表示围岩强度应力比，r 表示围岩饱和单轴抗压强度( m p a ) ，k ，为 围岩完整性系数，仃。为岩体的最大主应力( m p a ) 。 根据以上公式和各参数的取值表( 具体可参见文献 1 5 】) ，将计算出的t 值 和s 值按表2 8 所示将围岩分为五类： 表2 8水利水电围岩工程地质分类表 注：若、i 、类围岩强度应力比小于本表规定时，围岩类别宜相应降低一级 1 8 武汉理工大学硕十学位论文 2 4 2r m r 围岩分类法 r m r ( r o c km a s sr a t i n g ) 分类，由比尼奥斯基于1 9 7 3 年针对南非矿山开采 提出，目前已广泛应用于国内外各种地下工程岩体的分类。该系统与水电围岩 分类方法类似，通过对各参数进行定性描述或实验后评分，最后相加得到总评 分r m r 值，以此进行围岩类别分级【l 引。主要依据岩石强度、岩石质量指标r q d 值、结构面间距、结构面产状和地下水这些因素对构造物影响程度进行评分， 同时参考结构面产状与工程轴线关系对结果进行修正( 具体参数取值表可参看 文献 1 6 】) ，最终得出r m r 评分结果值并参照表2 - 9 将围岩分为五类。 表2 - 9r m r 系统围岩分类等级表 2 4 3q 系统围岩分类法 q 系统为挪威隧道工法( n o r w e g i a nm e t h o do f t u n n e l i n g ，n m t ) 的核心， 由挪威岩土工程所的b a r t o n 、l u n d e 和l i e n 等人于1 9 7 4 年针对隧道围岩稳定分 析而提出，随后经过大量工程实践的检验和完善，该系统目前己成为国际上应 用最为广泛的围岩分类方法之一【1 7 1 。q 系统的评分方法如式( 2 8 ) 进行计算。 吲等扣志，p。口 ( 2 - 8 ) 式中，r q d 表示岩石质量指标，以表示节理组系数，以表示节理粗糙度， 以表示节理变质程度，l 表示节理含水折减系数，s r f 表示地应力折减系数。 这六个参数可分成三组，其中尺掣形表示岩体完整程度，形表示节理的剪切 o ，o4 1 9 武汉理1 = 大学硕士学位论文 强度指标，矿表示了地下水和地应力对岩体质量的折减【1 8 】。 根据以上公式和各参数的取值表( 具体可参见文献 1 7 】【1 8 ) ，将计算得出 的q 值按表2 一1 0 所示将围岩等级分为九类。 表2 1 0q 系统围岩分类等级表 2 5 工程地质条件 2 5 1 区域构造及地震 狮子坪水电站地处四川盐地与青藏高原的过渡地带，以高山峡谷地形为主， 地势西北高东南低。区内出露寒武系至三叠系地层，第四系地层为分布于谷底 的冰碛块碎石土，河床冲积漂卵砾石、洪积块碎石土和崩坡积块碎石或块碎石 土。工程区出露地层是三叠系中统杂谷脑组( t 2 z ) 浅变质厚层砂岩夹板岩、上统 侏倭组( t 3 z h ) 浅变质厚中厚层砂岩与千枚状板岩、以及新都桥组( t 3 x ) 浅变质 千枚状板岩夹中厚层砂岩。 电站位于n w 向的鲜水河断裂带和n e 向的龙门山断裂带所围限的川青断 块上。区域控制性主干断裂为n e 向龙门山断裂带，小金较场弧形构造带( 西翼) 构成了区域次一级断裂构造格架。工程区不具备强震的地震地质背景，地震活 动较弱，工程场地地震危险性主要受东面的松潘较场地震带、龙门山地震带和 西面的鲜水河地震带等外围强震的波及影响。根据四川省地震局工程地震研究 所的地震安全性评价报告，狮子坪水电站工程场地地震基本烈度为度。 2 5 2 厂区地质条件 厂区地层为三迭系侏倭组( t 3 z h ) 浅变质岩，岩层总体产状n 3 0 一- 7 0 。e n w ( s e ) z 7 0 - 9 0 。，岩性主要为灰色中细粒结构的变质砂岩，另夹有少量的砂 质板岩【5 7 1 。根据钻孔揭示，厂址区覆盖层厚度大于4 8 0 7 米，由下往上可分为六 层，分述如下： 含漂( 块) 卵砾石层( q 3 9 l + f 9 1 ) ：冰川冰水堆积，厚度大于1 5 5 4 米，分布 武汉理工大学硕士学位论文 连续，往山内侧变薄并尖灭，顶板埋深4 4 5 5 米，对应高程2 0 5 1 2 6 米，其成份 主要为变质砂岩和花岗岩，少量砂质板岩，粒径一般1 0 3 0 厘米，次园状，结 构较紧密。 粉细砂层( q 3 1 ) ：堰塞湖相堆积，厚度6 4 9 米，分布连续，往山内侧变薄 并尖灭，顶板埋深3 8 0 6 米，对应高程2 0 5 7 7 5 米，结构较疏松。 含漂( 块) 卵( 碎) 砾石层( q 4 a 1 ) ：冲积堆积，厚度2 7 9 1 n 3 0 6 7 米，分布连续， 顶板埋深l o 1 5 1 7 4 0 米，对应高程2 0 8 5 6 6 - 2 0 8 7 2 6 米，其成份以变质砂岩 为主，少量砂质板岩、花岗岩，卵砾石呈次园状，块碎石以棱一次棱角状为主， 粒径一般3 - - 8 厘米，该层从下部到上部磨圆度由好变差，下部主要为卵砾石， 上部主要为块碎石。此外，在该层靠山内侧夹有一层厚2 5 5 米的中细砂透镜体， x 4 孔揭示其埋深2 1 5 - 2 4 0 5 米。 含砾粉质壤土( q 4 1 ) ：堰塞湖相堆积，厚度3 4 0 - 6 0 5 米，分布连续，往 山内侧变薄，顶板埋深4 1 - 1 4 0 米，对应高程2 0 9 0 6 6 - 2 0 9 1 7 1 米，该层结构 较密实。 漂卵砾石层( q 4 a 1 ) ：冲积堆积，厚度2 3 6 5 5 米，分布连续，往山内侧 逐渐尖灭，顶板埋深1 8 7 4 5 米，对应高程2 0 9 4 0 1 - 2 0 9 7 2 1 米，其成分以变质 砂岩为主，少量花岗岩，粒径一般1 0 - 3 0 厘米、3 8 厘米，次磨园至磨园状。 该层结构较为松散，局部存在架空现象。 块碎石土( q 4 c o l + d 1 ) ：表层崩坡积堆积，厚1 8 - - 4 0 9 5 米，结构松散。广 泛分布于坡脚，形成大顽积的倒石堆。 基岩裂隙水与堆积层中的孔隙水为厂区地下水的主要类型。裂隙水赋存于 谷坡岩体内，受大气降雨补给，向河流排泄，地表调查未见泉水出露，勘探平 硐p d l 2 、p d l 3 和p d l 4 也未见地下水，说明地下厂房区的地下水埋藏较深。孔 隙水主要赋存于i 级阶地堆积层内，钻孔x 2 、x 4 孔揭示终孔水位分别为2 0 8 3 7 6 米、2 0 8 3 4 6 米，较河水位低4 7 和5 0 4 米。 地下厂房区平硐卸荷情况如表2 1 l 所示【5 5 】，从整体来看，厂区岩体在较高 高程处和地表的卸荷作用较强，而在较低高程处卸荷作用较弱，加上风化作用、 裂隙等因素的影响，易在较高高程处产生不稳定岩块，并崩塌滑落至谷底形成 倒石堆。 地下厂房区洞室围岩以侏倭组下段t 3 瘟中厚层状变质砂岩为主，夹杂有部 分砂质板岩，变质砂岩单轴抗压强度为1 7 9 兆帕，砂质板岩单轴抗压强度为1 0 4 兆帕，遇水饱和后的单轴湿抗压强度则分别降为1 3 5 兆帕和5 0 7 兆帕，其软化 2 l 武汉理工大学硕士学位论文 系数分别为0 7 5 和0 4 9 。 表2 1 l地下厂房区平硐卸荷情况 地质构造上厂区位于古尔沟倒转背斜的东翼。据勘探平硐及地表地质调查， 区内无大的断层通过，岩体结构面以节理、裂隙为主，岩层产状为n 5 0 7 0 0 e n w ( s e ) 7 5 - - 一9 0 。岩体内局部区域存在一些挤压破碎带和节理裂隙，如表2 - 1 2 所示【5 5 1 ，但其发育规模较小，对地下洞室整体稳定影响较小。 表2 1 2厂区平硐小断层及挤压破碎带 在勘测平硐内做了三组岩体结构面强度试验，其结果如表2 1 3 所示【5 5 1 ，说 明岩体结构面易成为岩体失稳的控制性边界。 优势节理有五组：( 1 ) 层面裂隙，产状一般为n 5 0 - 7 0 。e n w ( s e ) z 7 5 9 0 。，延伸一般大于1 0 米，面平直粗糙；( 2 ) 缓倾角裂隙，产状变化较大，主 武汉理工大学硕士学位论文 要为倾s e 、n w 方向，倾角一般2 2 0 。，延伸大于5 米，间距2 0 4 0 厘米， 面微起伏粗糙：( 3 ) 产状一般为n 2 0 - - , 5 0 e s e z 5 5 - 7 0 。，延伸约1 - 3 米，间 距3 0 , - - 5 0 厘米，面平直粗糙；( 4 ) 产状一般为n 2 叫0 w n e 么7 0 8 5 。，延伸 约1 - - , - 3 米，间距大于6 0 厘米，面平直粗糙；( 5 ) 产状一般为n 4 啦6 0 w s w 么 7 0 - - 8 0 。，延伸约l 3 米，间距大于5 0 厘米，面平直粗糙【5 3 1 。 表2 1 3厂区平硐岩体结构面强度试验结果 根据该地区初始地应力量级较低，且最大主应力方向近于垂直的特点，初 始地应力对厂房轴线的选择不起控制作用，因此岩体结构面方向则成了影响地 下厂房围岩稳定最重要的因素【5 2 】。由于厂区岩体中前两组节理尤为发育，为控 制性结构面，后三组节理相对不发育，为次要结构面，故厂房轴线布置时应重 点考虑前两组结构面的影响。而对于第( 2 ) 组近水平的缓倾角节理而言，不论 厂房轴线怎样布置，都不可避免会对厂房顶拱构成影响，因此厂房轴线方向应 尽量与第( 1 ) 组节理呈大角度相型删。 2 5 3 厂区围岩分类 根据现场勘查结果，并综合运用上述围岩分级方法，对位于杂谷脑河右岸 地下厂房附近的p d l 4 平硐进行了围岩质量分级，并将三种方法的结果综合比较 分析最终确定围岩类别。围岩分类结果统计如表2 1 4 所示。 由上表可以看出不同评价方法对同一硐段的围岩质量评价略有差异，这是 由于不同评价方法所选取的参数以及各参数的权重不同导致的，但是三种方法 均能反应出围岩质量的主要特征。总体来看，岩体质量随硐深增加而逐渐变好， 遇到地下水发育的硐段岩体质量有所下降。 由p d l 4 平硐岩体类别的综合分析结果可以得知，地下厂房区主要是i i i 类 围岩，约占6 8 7 ，其次为h 类围岩，约占2 0 1 ，仅有少量的类围岩。地 武汉理t 大学硕士学位论文 下厂房区岩体质量整体较好，能保证地下厂房开挖后围岩稳定性，局部区域存 在一些不良地质条件，施工期间应注意加强支护。 表2 1 4p d l 4 平硐综合分析围岩类别 2 6 本章小结 由于地下工程构筑于岩土体中，地质水文等因素将极大的影响地下工程的 设计与施工，本章通过地质勘查的现场实测资料，对狮子坪水电站地下厂房区 的水文气象、地质构造等进行了叙述，并与初始地应力、围岩分类等理论相结 合，初步分析判定了该电站地下厂房洞室群围岩稳定性，得出以下结论： ( 1 ) 狮子坪水电站地处川西季风区，一年之中可明显分为干季和雨季，而 地表径流和洪水主要受降水影响，故每年的雨季( 5 1 0 月) 为丰水期，干季( 1 1 一 翌年4 月) 为枯水期，但其年际间的流量变化不大。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 厂区岩体初始地应力主要由自重应力场构成，并叠加有一定的构造应 力，地下厂房三大主洞室均位于岸坡应力平稳区，其中第一主应力ol 与厂房纵 轴线呈大角度相交，厂区应力回归分量呈oz ov o 。特征，即厂房横轴线方 向水平应力分量最小，而竖直方向应力分量最大，这表明主厂房纵轴线方位布 置较为合理，有利于围岩稳定。 ( 3 ) 由p d l 4 勘测平硐调查结果可知，厂区岩体较为完整，强度较高，地 下水埋藏较深，且主要结构面产状与地下厂房纵轴线呈较大角度相交，故洞室 围岩整体稳定性较好，仅局部存在一些挤压破碎带和裂隙节理。采用围岩分类 的方法可以判定厂区岩体以l i i 类和i i 类围岩为主，具备一定的自稳能力。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章地下厂房施工方案 工程岩体的稳定不仅与自然因素有关，而且还与人为的工程因素密切相关。 在工程选址、地质条件、厂房各洞室结构及平面布置等设计参数基本确定的情 况下，开挖和支护等施工方案的选择则成为围岩稳定性分析的主要因素斟】。应 根据岩体及工程特点，有针对性的选择开挖和支护手段，保证围岩稳定【3 9 1 。本 章主要介绍狮子坪水电站地下厂房系统各主要洞室的具体施工和支护情况。 3 1 地下厂房系统简介 如图2 1 地下厂房系统三维效果图所示，狮子坪水电站地下厂房系统布置有 压力管道系统，主厂房、主变室、尾闸室三大主要洞室，以及交通洞、排风洞 等大小不一、长短各异的洞室与巷道，其横剖面示意图如图3 1 所示。 4 3 31 88 1 3 6 图3 - 1地下厂房系统横剖面示意图 武汉理工大学硕士学位论文 各洞室主要工程特性如表3 1 所示。 表3 1地下厂房系统主要洞室施工特性表 3 2 主要建筑物施工方案 3 2 1 主厂房施工 3 2 1 1 施工特性 主厂房包括主机间、副厂房及安装间，其中主机间典型断面尺寸为4 3 3 1 7 7 x3 6 8 6 米( 长x 宽x 高) ，安装间典型断面尺寸为1 8 8x1 7 7 x 2 7 5 4 米( 长 x 宽x 高) ，副厂房典型断面尺寸1 3 6 x1 7 7 x2 2 0 4 米( 长x 宽x 高) 。整个洞 室总长7 5 7 米，最大开挖跨度1 8 8 米，洞挖石方共4 0 9 0 0 立方米。主厂房2 0 9 8 1 1 米高程处布置有岩锚式吊车梁。洞室水平埋深约2 6 0 米，顶拱垂直埋深约2 8 0 武汉理工大学硕士学位论文 米。主厂房施工是本工程中的关键线路，其施工进度和质量将直接影响到整个 地下厂房的施工。 3 2 1 2 施工方案 由于主厂房单洞断面尺寸较大，洞挖石方量较多，相邻洞室之间施工扰动 影响较为严重，并考虑到施工通道等因素