（水利水电工程专业论文）大断面洞室开挖技术与围岩稳定性问题的研究.pdf

摘要 本论文以龙滩水电站地下洞室群施工项目为依托，主要结合龙滩工程地下厂 房洞室群施工中的重大技术问题进行研究和总结。研究总结的内容包括： l 、大断面洞室开挖技术 ， 主要研究巨型洞室合理的开挖布局、开挖分层，开挖方法。通过对龙滩地下 洞室群施工总结，研究地下大断面洞室开挖技术，根据监测数据，地质资料和实 际揭露的围岩情况，研究围岩的变化规律，确定在不同的围岩状态下的合理支护 时段，找出一种经济合理的施工方法，达到快速、经济、安全和确保质量的管理 目标。 2 、大断面洞室稳定性分析研究 根据监测所得的数据和开挖揭露岩层的实际情况，并与理论数值计算值相比 较，对洞室稳定性进行分析研究，找出围岩的变化规律。通过对洞室稳定性分析， 采用相应措施，合理增加锚杆、锚索等方式加强支护，解决了局部不稳定块体稳 定问题，确保了施工安全和围岩稳定；同时，针对不稳定块体和不良地质段，通 过洞室稳定分析，在不良地质段类围岩施工中，及时调整分层高度，并支护紧 跟开挖掌子面，确保了围岩稳定，从而保证了施工期间和运行期间安全。 关键词：洞室围岩开挖技术稳定性分析 a b s t r a c t b a s e do nt h ec o n s t r u c t i o np r o j e c to fu n d e r g r o u n ds t r u c t u r e s o fl o n g t a nh y d r o p o w e rs t a t i o n ，t h ek e yt e c h n o l o g yp r o b l e m si n t h ec o n s t r u c t i o na r ed e a l tw i t ha n dt h e nm e a s u r e sa n d c o n c l u s i o n sa r ea d v a n c e db yt h i st h e s i s t h em a i n s t u d y c o n t e n t sa r el i s t e da sf l l o w i n g ： 1 e x c a v a t i o nt e c h n o l o g yo fl a r g e s e c t i o nc a v i t y e x c a v a ti o nl a y o u t ，m i n i gs e q u e n c e ，m i n i gt e c h n o l o g ya r e s t u d ie di nt h et h e sis t h r o u g hs u m m a r iz i n g c o n s t r u c tio n p r o c e s so ft h ep r o j e c ta n da n a l y z i n ge x c a v a t i o nt e c h n o l o g yo f l a r g e s e c t i o nc a v i t y ，t h ed e f o r m a t i o nl a wo fs u r r o u n d i n gr o c k i sd r a w e do nt h eb a s i so fm o n i t o r i n gd a t a ，g e o l o g i c a ld a t aa n d a c t u a ls u r r o u n d i n gr o c kc o n d i a ti o n t h e nr e s e a n a b l eti m b e r i n g ti m e s p a nu n d e rd i f f e r e n t s u r r o u n d i n g r o c kc o n d iti o n sis d e t e r m i n e da n da ne c o n o m i c a la n dr e a s o n a n b l e 。c o n s t r u c t i o nw a y i sf o u n df o ra t t a i n i n gt h eg o a lo fq u i c k ，e c o n o m i c a l ，s a f ea n d q u a li t y a s s u r i n gm a n a g e m e n t 2 s t u d yo nt h es t a b i l i t yo fl a r g e s e c t i o nc a v i t y b a e s do nt h em o n i t o r i n gd a t aa n d a c t u a lr o c k l a y e r s c o n d i t i o na n dc o m p a r i t yw i t ha c a d e m i cr e s u l t s ，t h es t a b i l i t y o fc a v i t yi ss t u d i e da n dt h ed e f o r m a t i o nl a wo fs u r r o u n d i n gr o c k i s f o u n d t h r o u g ha n a l y z i n g ，t h es t a b i l i t y o f c a v i t y ，t h e c o r r e s p o n d i n gm e a s u r e sa r ea p p l l e dt or e s o l v et h ep r o b l e mo f u n s t a b i l i t yo fl o c a lu n s t a b l er o c kt oa s s u s r es a f ec o n s t r u c t i o n a n dr o c ks t a b i l i t y ：a tt h es a m et i m e ，l a y e rh i g h ti sa d j u s t e d ， a n dt i m b e r i n gi sa p p l i e dt oe x c a v a t i o nf r o n ti m m e d i a t e l yi nt h e c o n s t r u c t i o nw o r ko f i vr o c kc o n d i t i o nt h r o u g h s t a b i l i t y a n a l y s i st oa s s u r es u r r o u n d i n gr o c ks t a b i l i t ya n ds a f e c o n s t r u c t i o na n df u n c t i o n k e yw o r d s ：c a v i t ys u r r o u n d i n gr o c k e x c a v a t i o nt e c h n o l o g y s t a b i l i t ya n a l y s i s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞太堂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。 学位论文作者躲谭为签字隅订年g 月i pr 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丕鲞本堂有关保留、使用学位论文的舰定。 特授权叁鲞苤鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向幽家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 聊 签字r 期：纠年g 月 铆繇吖勿午 签字日期： 嗣年瑟月dh 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 龙滩水电站位于红水河上游广西壮族自治区天峨县境内，距天峨县城1 5 k m ， 坝址控制流域面积9 8 5 0 0 k m 2 ，工程以发电为主，兼有防洪、航运、养殖等综合 效益。本工程为i 等工程，工程规模为大( i ) 型，工程枢纽由碾压混凝土重力 坝、泄洪建筑物、左岸地下引水发电系统、右岸通航建筑物等几大部分构成。工 程按正常蓄水位4 0 0 m 设计，初期按3 7 5 m 建设，电站装机容量为4 2 0 0 m w ( 后 期6 3 0 0 m w ) 。其引水发电系统土建部分按4 0 0 m 设计一次建成，前期安装7 台 机组，预留2 台机组后期安装。龙滩工程是国家西部大开发的十大标志性工程和 “西电东送”的战略项目之一。它的开发建设，对于满足广东和广西地区电力增长 的需要，优化华南地区电源结构和电力结构，减轻红水河下游及西江两岸地区的 洪水威胁，促进广西和贵州少数民族地区经济和社会全面发展具有巨大的作用。 龙滩水电站输水发电系统布置在坝址左岸，主要地下建筑物包括9 条引水 洞、主厂房、主变洞、9 条母线洞，3 个长廊阻抗式调压井、3 条尾水隧洞、进 厂交通洞和其它辅助洞室。其中主厂房尺寸为3 8 8 5m x 2 8 9 m ( 3 0 7 m ) x 7 7 6 m ； 主变洞位于主厂房下游侧，平行主厂房布置，两洞室之间的岩柱厚度约4 3 m ，主 变洞尺寸为4 0 0 r e x l 9 8 m x 2 0 7 m ( 3 4 2 m ) ；调压井位于主变洞下游，平行于主变 洞布置，两洞室之间岩柱厚度约2 7 m 。尾水调压井成直线排列，最大井深8 9 7 1 m ， 宽度为2 1 5 8 m ，长度分别为：6 7 o m ，7 6 4 m ，9 5 3 m ：引水隧洞采用单机单管引 水方式，衬砌后净空尺寸为m 1 0 m ，3 台机组合用l 条尾水隧洞，尾水隧洞衬砌 后净空尺寸为0 2 1 m 。 龙滩地下洞室群施工技术研究总结主要结合龙滩工程地下厂房洞室群施工 中的重大技术问题进行研究和总结。研究总结的内容包括： 1 、大断面洞室开挖技术 通过对龙滩地下洞室群施工，研究地下大断面洞室开挖技术，根据监测数据， 研究围岩的变化规律，确定在不同围岩状态下及大跨度地下洞室群在类围岩中 开挖支护技术的研究与应用，以降低支护费用和加快施工进度。 2 、大断面洞室稳定性分析研究 通过对洞室稳定性分析，采用相应措施，合理增加锚杆、锚索等方式加强支 护，解决了局部不稳定块体稳定问题，确保了施工安全和围岩稳定；同时，针对 不稳定块体和不良地质段，通过洞室稳定分析，在不良地质段类围岩施工中， 及时调整分层高度，并支护紧跟开挖掌子面，确保了围岩稳定，从而保证了施工 第一章绪论 期间和运行期间安全。 1 2 国内外地下洞室的建设情况 我国已建的地下厂房( 包括抽水蓄能电站) 有5 0 余座，其中装机超过1 0 0 m w 以上的地下厂房水电站2 0 余座，装机容量约为1 7 5 0 0 m w ，布置形式以尾部式和 坝旁式占多数。国内己建最大的地下厂房为二滩电站地下厂房，主厂房尺寸为 2 8 0 3 m 2 5 5 m x 6 56 m ( 长。宽。高) 。 世界上约有2 0 的水电站厂房建在地下，国外已建尺寸超过1 2 m x 2 0 m 3 0 m ( 宽高长) 的水工地下洞室约有6 0 0 余座，目前世界上最长的地下厂房为阿根 廷的格兰德河一号电站厂房，尺寸为2 7 m x 5 0 m x l 0 8 5 m ( 宽x 高长) ；最宽的地 下厂房是印度尼西亚的锡拉塔电站厂房，尺寸为3 5 m x 5 0 m x 2 5 3 m ( 宽高长) ， 最高的地下厂房为前苏联的萨彦地下厂房，尺寸为2 7 m x 6 0 m x l 6 0 m ( 宽x 高长) 。 在建的龙滩水电站地下洞室群主要地下建筑物包括9 条引水洞、主厂房、主 变洞、9 条母线洞，3 个调压井、3 条尾水洞、进厂交通洞和其它辅助洞室，大 小洞室共计约1 1 9 条，是当今世界最大的水电工程地下洞室群。厂房尺寸为 3 9 8 5 m x 2 8 9 m ( 3 0 7 m ) 7 7 6 m ( 长x 宽x 高) ，尾水调压井最大井高8 9 7 1 m ，宽度 为2 1 6 m ，长度分别为6 0 m 、7 6 4 m 、9 5 3 m 。洞室群结构见图1 - 1 。 图1 - 1 龙滩水电站地下洞室群结构圈 第一章绪论 与已建大型地下洞室群明显不同的特点是，龙滩工程世界地下洞室群围岩为 陡倾角层状岩体，厂区地层为三迭系中统板纳组( t 2 b ) ，由厚中厚层砂岩、粉 砂岩和泥板岩互层夹少量凝灰岩、硅泥质灰岩组成，其中砂岩、粉砂岩占6 8 2 ， 泥板岩占3 0 8 ，灰岩占1 ，岩层走向3 4 5 0 3 5 0 0 ，倾角北东，倾角5 7 0 - 6 0 0 ， 与主洞室轴线方向( 3 1 0 0 ) 交角3 5 0 4 0 0 。 1 3 国内外研究现状及发展趋势 目前在地下洞室群开挖与支护方面的施工技术在国内不仅有蓬勃发展，而且 洞室跨度、高度越来越大。上世纪已完工的地下洞室群除二滩地下厂房外，一般 洞室规模均较小，而且常埋设在地质条件好的i 、类围岩中，本世纪陆续开发 的上百万级装机的地下厂房都选择在地质条件好的地层中，而龙滩地下厂房洞室 规模庞大，挖空率高，布置于以类为主、也有i i 类的层状砂岩、泥板岩岩层， 中间又夹有软弱夹层岩层的极复杂地质条件下，该超大型龙滩电站上下左右有 1 1 3 条洞室分布的世界级地下洞室群，不仅要如何解决层状岩体大跨度、高边墙 的稳定等方面的施工技术问题，而且需作洞室间的应力重分配与平衡，使得变形 达最小化、稳定达最大化。 。 地下洞室的围岩稳定根据生产领域及使用要求的不同，可能有不完全相同的 概念。一般来讲，围岩不稳定是指围岩破坏或过大变形现象。地下洞室的稳定问 题涉及稳定阶段、破坏阶段，后破坏阶段，常常表现为蠕变、大变形、流变、软 化或突变破坏。对于具体实际工程，影响洞室稳定因素的重要程度可能有所不同， 所以很难建立统一的标准来判断其是否稳定，而是常使用不同的手段来衡量地下 洞室的稳定性。目前国内外常用的稳定分析方法有：定性经验类比法，主要有 成因历史分析法、工程类比分析法、专家系统等方法，应用这些方法进行洞室稳 定分析实际上是一个定性研究过程，它的结论是一种比较客观的评价标准。安 全系数法，是一种历史悠久而目前仍最普遍应用的定量评价方法，由于安全系数 是许多因素共同作用下的一个函数，这些影响因素在具体计算中有其不同的选取 标准和计算方法、以及人们对它们认识的深刻准确程度不一，因此在对安全系数 法取值标准上存在着一定的差异，甚至很大。可靠度、稳定度或破坏概率方法， 通过引进概率论、模糊论、混沌论的原理和方法来分析洞室的稳定性，避免了安 全系数法使用过程中的绝对化，只要破坏概率足够小，小到人们可以接受的程度， 就认为是安全可靠的。岩体的位移、应力、强度、塑性区分析法，通过现场监 测、物理模拟及数值模拟等方法，可以获得有关围岩特定部位的位移量、位移速 度、位移方向及应力大小、方向及它们的空间分布、塑性区或破坏区的大小等。 岩体变形是其稳定性最明显、最直观的反映，根据允许的岩体变形及其趋势来评 3 第一章绪论 价稳定程度是一种概念比较明确、直观的判据，通常是利用岩体位移量不能超过 所允许的位移量、或残余变形不能继续增大、或塑性区不再扩大来判断岩体是否 稳定。现场监控法，在地下工程施工中，可以选择一些特征部位和代表性部位 进行围岩动态监测，然后利用现场监测物理量的变化来判断岩体的稳定性。地下 工程围岩的稳定性问题，是一个综合判断的过程，到目前为止，并没有那一个判 据可以非常准确地判断洞室是否失稳。因此，工程技术人员必须根据施工揭露的 地质情况、现场监测资料和仿真计算等多项指标进行综合分析，最后作出恰当的 判断，并做出相应的措施。 在大断面地下洞室稳定研究中利用现场监控、经验类比法，然后对照在施工 前已有围岩数值计算科研成果进行对比分析，从而判断龙滩地下洞室群稳定状 态，判断围岩支护合理时段，利用监测数据，做到动态、信息化设计，及时调整 优化施工方案，实现信息化施工。在龙滩这么一个大型地下洞室群开挖过程中， 在这类不太好的围岩中，正因为我们应用国内外最先进的施工技术，做到动态、 信息化、新奥法原理指导施工，因此能在以类为主的地层中安全、快速地完成 这巨大地下洞室群的开挖与一次支护，不能不说这是一个很大的进步。 4 第二章大断面洞室开挖技术 第二章大断面洞室开挖技术 2 1 工程地质条件 龙滩水电站坝址为较宽坦的“v 型河谷，宽高比约为3 5 。河流流向$ 3 0 0 e ， 至坝址处转向$ 8 0 0 e 。枯水期水面高程2 1 9 0 0 m ，水面宽9 0 , - - , 1 0 0 m ，水深1 3 0 1 9 5 m 。左岸厂区地形整齐，山体雄厚，底宽约1 0 0 0 m ，山顶高程6 5 0 m 。厂区的 地层全为三叠系中统板纳组( t 2 b ) 。坝址出露的t 1 2 b 至1 5 2 2 b 层，总厚度1 2 1 9 0 7 m ， 由厚层砂岩、粉砂岩、泥板岩互层夹少量层凝灰岩、硅质泥质灰岩组成，其中砂 岩、粉砂岩占6 8 2 ，泥板岩占3 0 8 ，灰岩占l 。 厂区岩层产状3 4 5 0 - 3 5 5 0 n e l 5 7 0 6 0 0 。对引水发电系统布置影响较大的 断层主要有以下4 组： ， 第一组：以层间错动为代表的顺层断层，是坝址区最发育的一组断层。对地 下厂房影响较大的有f 5 、f 1 2 、f 1 8 、f 2 2 、f 7 5 。 第二组：走向3 0 0 6 0 0 ，以倾向n w 为主，倾角6 0 0 - 8 5 0 ，与地下厂房布 置关系较密切的有f 6 3 、f 6 9 。 第三组：走向2 7 0 0 - - 3 0 0 0 ，以倾向n e 为主，倾角7 0 0 8 5 0 ，对地下厂房布 置影响较大的有f 1 、f 4 。 、t 第四组：走向6 5 0 - 8 5 0 ，以倾向n w 或s e ，倾角7 5 0 8 5 0 ，规模较大的有 f 6 0 、f 8 9 和f 3 0 。 厂区节理共有8 组，其中以i 、i i 组最为发育，缓倾角节理很少，除2 - 3 条延伸长度1 0 , - - 一1 5 m 外，绝大多数节理规模短小，延伸长度不超过3 m ，连续性 差。 。 左岸山体内的地应力为压应力场，最大主应力方向约为2 8 0 0 - - 3 3 0 0 ，倾角一 般小于2 0 0 ，最大主应力平均量值1 2 1 3 m p a ，属中等量级，侧压力系数拾1 2 1 9 。 围岩分类：在地下洞室群布置区，围岩新鲜或微风化，透水性小，地下水活 动微弱。地震波速在5 0 0 0 m s 以上，围岩属质量中等或较好的层状结构岩体，洞 室所在区域绝大部分为类、小部分为i i 类围岩，极少部分属、v 类围岩，具 有较好的成洞条件。 2 2 主厂房结构特点 龙滩水电站地下厂房主要由主副安装场及主机间组成。上部开挖跨度为 3 0 7 m ，岩锚梁以下开挖跨度为2 8 9 m ，长度为3 9 8 5 m ，开挖高度为7 7 6 m 。主 5 第二章大断面洞室开挖技术 厂房开挖方量6 9 8 万m 3 ，其工程规模巨大，属目前世界级地下厂房。 该地下厂房开挖支护有以下特点：厂房跨度大，洞室较长；开挖、支护 工程量大，施工强度高；支护类型多，有普通砂浆锚杆、预应力锚杆、预应力 锚索、钢纤维砼、微纤维砼，工艺复杂，施工技术含量高；与主厂房交叉洞室 多，数量达4 0 余条，交叉段洞室高边墙稳定问题突出：工程地质条件复杂， 龙滩水电站岩体为层状岩体，岩性不均，主要由厚层砂岩、粉砂岩、泥板岩互层 和少量凝灰岩，硅质泥灰岩组成，其中砂岩、粉砂岩占6 8 2 ，泥板岩占3 0 8 ， 选定的厂房轴线方向为n 5 0 0 w ，与岩层走向夹角3 5 0 - 4 0 0 交角较小，虽产状对 顶拱稳定有利，但由于跨度大、岩石类别低、稳定性并不好，而且对高边墙稳定 不利。 2 3 主厂房施工总体方案 2 3 1 施工通道布置 根据主厂房的特点，在设计已规划好的永久施工通道的基础上，适当增加临 时施工通道，扩大母线排风廊道( 3 撑施工支洞) 及第三层排水廊道( 4 施工支洞) 。 使厂房左右两端均布置有施工通道，使厂房两端形成对挖工作面。利用合理的施 工通道实现分层平行流水作业，支护滞后0 - - 一5 0 m 跟进，做到“平面多工序”，又 在整个立面进行交叉施工，在开挖i i 层时开挖v 层上游边墙和、导洞，上下 层作业、7 且利用主厂房较长特点，将一个厂房作为两个厂房进行施工，相邻2 层 相互搭接工期约1 - - 3 个月，形成“立体多层次”，以实现地下洞室快速施工。 2 3 2 主厂房分层 地下厂房总体分十层开挖，2 、类围岩降低层高分为十一层、十二层， 分层原则层高不超过8 m ，以6 8 m 为宜，做到“薄层开挖，以变形尽量减速，并 适时支护”。 2 4 开挖支护方法 2 4 1 厂房顶拱层开挖支护 原施工方案利用厂房左右端部施工通道，先进行两侧导洞开挖，为什么先挖 两侧，理论上说明该方法的优越是让两侧应力最集中的地方优先加强支护，稳住 拱肩，再使中间岩柱拆除跟进。但在实际开挖中由于支护试验和顶层排水廊道滞 6 第二章大断面洞室开挖技术 后( 无法安装顶层监测仪器) ，两侧导洞全部开挖支护结束后才进行中间岩柱拆除， 为满足厂房施工进度，监测仪器只好从厂房内进行埋设，因而首先对岩柱有监测 仪器断面部位进行开挖，进行仪器造孔、安装。从而利用已形成的监测断面通道 对岩柱进行分块开挖，增加开挖支护工作面，加快顶层施工进度。 开挖过程中，两侧导洞错距开挖，当一侧普通砂浆锚杆和初喷l o c m 厚钢纤 维砼支护好3 0 m 后，才能进行另一侧开挖；两侧导洞预应力锚杆支护和钢纤维 砼复喷至设计厚度后( 设计支护全部结束) 才能进行拆除中间岩柱，做到尽量减 小一次开挖跨度，确保施工和工程安全。中间岩柱断面较大，跨度有1 4 7 m ，顶 拱矢高较小约1 5 m ，围岩为层状岩体，两侧导洞开挖结束后围岩应力进行了重 分布，为了取得岩柱顶拱光面效果，采用以下方法；将中间岩柱又分为左右半 幅进行开挖，相互滞后2 - - 3 排炮；减小爆破进尺，爆破进尺控制在3 m 以内； 调整光面爆破参数，孔距控制在5 0 e m 以内，线装药密度为l o f t - - 1 2 0 9 m ； 在i i l 2 、i v 类围岩地段增加了导向孔，孔距2 5 c m ，隔孔装药；支护及时跟进， 、类围岩支护滞后1 5 - 3 0 m ，i v 类围岩跟进掌子面。减少围岩变形，通过采 取以上措施厂房项拱开挖成型较好。 。 2 4 2 高边墙开挖支护 厂房i i 层为大体积槽挖，层为机坑槽挖。层开挖采用中间 抽槽两侧保护层跟进的开挖方法，上下游保护层预留厚度为4 m 和8 m ，8 m 保护 层又作为上层支护施工通道，较薄一侧的保护层先挖除，支护结束后再进行较厚 一侧保护层开挖支护，防止两侧同时卸荷引起高边墙应力突变，而导致边墙突然 失稳产生较大位移。高边墙开挖主要采用了以下方法： 采用2 道预裂缝( x 2 保险) 减小中间拉槽梯段爆破对高边墙的爆破影响。 在中间拉槽前先对边墙轮廓线进行预裂，深度为4 - 4 5 m ，孔间距为5 0 c m ，线 装药密度为1 8 0 - - - 2 0 0 9 m ，中间潜孔钻拉槽时对预留保护层同样进行预裂，预裂 深度与梯段爆破深度相同。孔距6 0 - - - 8 0 e m ，线装药密度为3 0 0 - - - 3 5 0 9 m 。 梯段爆破严格控制单响药量，为满足设计高边墙质点振动速度v s _ 冬 7 c m s 要求，采用单孔单响，孔间微差挤压爆破的施工方法。 预留保护层开挖采用手风钻开挖，开挖高度4 m 层，周边预裂，采用小 药量弱爆破的开挖方法，最大单响小于1 0 蝇，尽量减小爆破对边墙围岩的影响。 针对龙滩地下厂房比较长的特点，在分层施工中采用层间搭接施工，搭 接时间一般为l 2 个月，把一个厂房当作2 个厂房进行开挖，当保护层较薄一 侧剥离并支护好l o o m 后，下一层中间拉槽开始施工。 充分利用新奥法原理适时进行支护，为使围岩及时得到支护抗力，防止 7 第二章大断面洞室开挖技术 围岩卸荷位移，在工程施工中针对层状岩体特点，类围岩支护滞后3 0 - - - 5 0 m ， 类围岩滞后1 5 - - 3 0 m ，i v 类围岩开挖支护紧跟掌子面，并在顶拱采用超前锚杆、 小导管进行加强支护，在边墙下卧过程中采用减少层高，将分层高度减少至3 4 m ： 。 岩锚梁采用预留保护层手风钻开挖，用垂直孔+ 斜孔双向同时光爆的方 法进行开挖，采用该方法在层状岩体中取得了良好的开挖效果，岩锚梁成型较好； 在完成开挖的同时，必须完成支护工作，在平面上，保护层开挖错开， 当一侧边墙开挖支护好后再进行另一侧开挖，同样尽量减小一次开挖跨度，减少 围岩变形，在立面体，只有完成上一层锚喷和锚索施工后，才能进行下一层开挖。 根据地质情况、经监理、设计和施工单位现场确定增设随机锚杆、锚索加强支护。 采用先进的施工设备加快施工进度，针对龙滩地下厂房开挖强度高( 最 高达6 5 万m 3 月) 支护工程量大，且均为长锚杆、喷射钢纤维混凝土和微纤维 混凝土，技术指标要求高的特点，在施工中采用了2 台3 5 3 e 阿特拉斯三臂凿岩 台车，1 台全电脑凿岩台车和1 台麦斯特喷车，采用先进的设备保证了工程进度、 支护及时性和工程质量，确保了工程安全。 在厂房下卧过程将“新奥法”理念运用到开挖支护中，“薄层开挖，适时支护”， 及时提高围岩应力参数，以充分利用岩石的弹性抗力，在平面上一侧系统锚杆和 喷射砼没有支护结束，不能进行另一侧开挖，在立面上一层支护没有完成不能进 行下一层开挖；并做到“平面多工序，立体多层次”，实现地下厂房快速施工。 2 4 3 洞室交叉段洞室施工 一 与主厂房交叉的洞室较多，交叉段应力集中，松动圈范围大，容易失稳，要 做好与主厂房交叉洞室岔口处的开挖与支护，在2 倍洞径范围内，开挖采用短进 尺、弱爆破，加强支护，在开挖主厂房边墙时与之相交的小洞室须先完成并挖进 开挖与支护，使其应力在小洞开挖时先释放一部分，做到“先洞后墙”，并贯入主 厂房不少于2 m ，为避免主厂房开挖时破坏小洞洞口，于是进行主厂房边墙环向 预裂，预裂深度不小于3 m ，并在母线洞、引水洞与厂房相交叉段1 0 m 范围内采 用钢格栅加强支护，让交叉洞室交叉处的应力重分配过程逐步、缓慢进行，并在 加强支护中得到稳定。 2 5 质点爆破振动控制 爆破振动控制是厂房开挖的重点之一，爆破振动直接影响顶拱、高边墙的稳 定和岩臂吊车梁结构的安全。按本工程开挖技术条款要求，厂房爆破质点速度控 8 第二章大断面洞室开挖技术 制标准：高边墙v s _ 7 e m s ，锚杆和喷射混凝土v s 5 c m s ，混凝土3 天强度：v s l 2 e m s ，混凝土3 - - 7 天强度：v s 2 - - 5 c m s 混凝土2 8 天强度：v s 1 0 1 7 30 5 81 0 n e 么6 0 6 3 。 节理 n 4 0 5 4 。e ， x 型 j 2 n w l 3 0 1 2 9微风化 o 5 5 1 74 4 8 3 l 3 0 7 2 51 3 83 3 4 节理 4 8 。 n 4 0 6 0 。e ， j 3 1 4 4o4 6 6 75 3 3 3l 30 7 51 3 32 1 4 n e 么5 2 5 。 平缓 n 1 5 3 5 。e ， 节理 j n w 么1 0 4 3新鲜oo1 0 03 1 20 2 2 54 4 43 3 1 1 5 0 n 1 2 3 0 。w ，陡倾 j 5s w 么7 5 8 1o 2 9 4 l7 0 5 90 5 2 0 4 2 52 3 54 1 5 角节 8 5 。 理 n 6 5 8 5 。w ，劈理 j 6 7 7微风化ool o o0 5 - , - , 4o 41 05 0 5 s e 么4 0 5 0 。 带 n 6 0 8 5 。w 。 j 6 706 4 2 9 3 5 7 1 2 50 3 52 8 62 9 1 s e 么4 0 5 0 0中倾角 n 3 0 4 0 。e ， 3 节理 j 暑 新鲜o0l o 5 1 50 252 6 2 s e l 3 5 4 5 。 8 第三章大断面洞室围岩稳定分析 3 2 2 主洞室开挖面展开 对地下洞室开挖面的几何轮廓，将两边侧墙简化为走向3 1 0 0 ，倾向4 0 0 ( 与 层面走向问的交角，下同) ，倾角9 0 0 的垂直平面：左拱顶简化为走向3 1 0 0 ，倾 向4 0 0 ，倾角3 6 0 的斜面；右拱顶简化为走向3 1 0 0 ，倾向2 3 0 0 ，倾角3 6 0 的斜面， 如表3 3 所示，表中同时列有主要结构面的产状与强度指标值。 表3 3 结构面与开挖面方位 走向倾向倾角 面类编号面号 t 髀c ( m p a ) ( o )( o )( o ) 2f 12 8 0 l o 7 5 3f 53 5 08 06 0 断4 f 78 03 5 07 0 0 2 50 0 5 层 5f 1 23 5 08 06 0 6 f 1 33 4 43 4 48 0 7f 5 63 1 53 1 56 3 结 8j 13 5 28 26 2 构 节 9j 24 73 1 73 9 面 理 i oj 33 l o4 01 5 裂 1 l j 42 52 9 51 30 6 5o 2 0 1 2j 53 3 92 4 97 8 隙 1 3j 63 0 52 3 58 0 1 4j 77 31 6 34 5 1 6 ( 1 a ) 上游侧墙 3 1 02 2 09 0 1 6 ( 1 b ) 下游侧墙 3 1 0 4 0 9 0 主洞室 1 7 ( 2 ) 左拱项 3 1 02 2 03 6 开挖 1 83 l o4 03 6 又称临空面 ( 3 ) 右拱项 母线洞 1 9 ( 4 ) 边墙 2 2 01 4 09 0 3 2 3 可动块体的分布 根据结构面走向及地下厂房开挖面方位的相对关系，采用空间解析方法和块 体理论得出各临空面处的可移动性块体的数量、类型及几何特征，其分布规律如 表3 - 4 - - - 3 6 。 表3 - 4主厂房安装场区可动块体汇总表 旧 围岩 可动块体的位置构成可动块体的结构面与开挖面 类别 1 6 第三章大断面洞室围岩稳定分析 l 主厂房安装场区上游边墙 f l ，f 5 ，f 1 3 ，f 5 6 ，( 1 a ) 2 主厂房安装场区上游边墙 f l ，j 2 ，j 6 ，( 1 a ) 3 主厂房安装场区上游边墙f l ，j 3 ，j 6 ，( 1 a ) 4 主厂房安装场区上游边墙 f l ，j 4 ，j 6 ，o b ) 5 主厂房安装场区右拱顶 f 1 3 ，j 2 ，j 6 ，( 3 ) 6 主厂房安装场区右拱顶f 1 3 ，j 3 ，j 6 ，( 3 ) 7 主厂房安装场区右拱顶 f 1 3 ，j 4 ，j 6 ，( 3 ) 8 主厂房安装场区下游边墙 f 1 3 ，f 靳，j 6 ，( 1 b ) 9 主厂房安装场区下游边墙 f 5 6 ，j 2 ，j 6 ，( 1 a ) 1 0 主厂房安装场区下游边墙 f 5 6 ，j 3 ，j 6 ，( 1 a ) 1 1 主厂房安装场区下游边墙 f 5 6 ，j 4 ，j 6 ，( 1 b ) 1 2 主厂房安装场区下游边墙 f 5 6 ，j 2 ，j 7 ，( 1 a ) 1 3 主厂房安装场区下游边墙 f 5 6 ，j 3 ，j 7 ，( 1 a ) 1 4 主j 厉安装场区卜讶手边墙 f 5 6 ，j 4 ，j 7 , ( 1 b ) 1 5 主厂屑安装场区f 游边墙 f 5 6 ，j 6 ，j 7 ，( 1 b ) 1 6 主厂房安装场区左拱顶f 5 6 ，j 5 ，j 6 ，( 2 ) 表3 5 主厂房与母线洞交叉处可动块体汇总表 编围岩 号类别 可动块体的位置构成可动块体结构面与开挖面 主厂房上游边墙与母线洞交 l f 5 ，j l ，j 2 ，( 1 a ) ，( 4 ) 叉处 主厂房上游边墙与母线洞交 2 f 5 ，j l ，j 3 ，( 1 a ) ，( 4 ) 叉处 主厂房上游边墙与母线洞交 3m f 5 ，j l ，j 4 ，( 1 a ) ，( 4 ) 叉处 主厂房上游边墙与母线洞交 4 f 5 ，j 5 ，j 7 ，( 1 a ) ，( 4 ) 叉处 主厂房上游边墙与母线洞交 5 f 5 ，j 6 ，j 7 ，( 1 a ) ，( 4 ) 叉处 表3 - 6各主要洞室边墙由节理组合导致的可动块体的汇总表 编号围岩类别 可动块体的位置 构成可动块体的结构面与开挖面 1 洞室群下游边墙j i ，j 6 ，j 7 ，( 1 b ) 2 i i 洞室群下游边墙j 2 ，j 6 ，j 7 ，( 1 a ) 3 洞室群下游边墙 j 3 ，j 6 ，j 7 ，( 1 b ) 4 洞室群下游边墙 j 4 ，j 6 ，j 7 ，( 1 a ) 1 7 第三章大断面洞室围岩稳定分析 3 2 4 可动块体的基本特征 各可动块体的基本特征汇总于表3 7 。 表3 7 可动块体基本特征表 构成可动块体的移动方向失稳的 可动移动形式 结构面及开挖面 毗( 倾角)p k ( 倾角) 可能性 f l ，f 5 ，f 1 3 ，f 5 6 ，( 1 a ) 单面滑动 7 5 08 0 0 很大 f l ，j 2 ，j 6 ，( 1 a ) 单面滑动3 9 03 1 7 0较大 f l ，j 3 ，j 6 ，( 1 a ) 单面滑动 1 5 0 4 0 。较小 f l ，j 4 ，j 6 ，( 1 b ) 单面滑动 1 3 02 9 5 0 较小 f 1 3 ，j 2 ，j 6 ，( 3 ) 双面滑动6 7 01 0 0 很大 f 1 3 ，j 3 ，j 6 ，( 3 ) 双面滑动6 7 0 1 0 0 很大 f 1 3 , j 4 ，j 6 ，( 3 ) 双面滑动 6 7 01 0 0 很大 主 f 1 3 ，f 5 6 ，j 6 ，( 1 a ) 双面滑动6 7 01 0 0很大 厂 f 5 6 , j 2 ，j 6 ，( 1 a ) 单面滑动3 9 03 1 7 0较大 房 f 5 6 ，j 3 , j 6 , ( 1 a ) 单面滑动 1 5 04 0 0 较小 安 f 5 6 ，1 4 ，j 6 ，o b )单面滑动 1 3 02 9 5 0 较小 装 f 5 6 ，j 2 ，j 7 ，( 1 a ) 单面滑动3 9 03 1 7 0较大 间 f 5 6 ，j 3 ，j 7 ，( 1 a ) 单面滑动 1 8 03 6 0 较小 f 5 6 ，1 4 ，j 7 ，( 1 b ) 单面滑动1 3 。2 9 5 0较小 f 5 6 ，j 6 ，j 7 ，( 1 b ) 双面滑动8 0 02 3 5 。很大 f 5 6 ，j 5 ，j 6 ，( 2 ) 垂直掉落 9 0 0任一结构面 失稳 主厂 f 5 ，j l ，h ，o a ) ，( 4 ) 双面滑动2 7 08 2 0较大 房边 f 5 ，j l ，h ，( 1 a ) ，( 4 ) 双面滑动 1 0 08 8 0 较小 墙与 f 5 ，j l ，j 4 ，( 1 a ) ，( 4 ) 双面滑动 1 5 08 6 0 较小 母线 f 5 ，j 5 ，j 7 ，( 1 a ) ，( 4 ) 双面滑动1 4 07 2 0较小 洞交 f 5 ，j 6 ，j 7 ，( 1 a ) ，( 4 ) 双面滑动 4 5 04 5 0 大 叉处 3 2 5 可动块体加固 龙滩水电站地下洞室群围岩被多组断层和节理切割，由此对洞室围岩的稳定 性构成威胁，必须施以必要的加固措施，才能保证整个洞室群的稳定与安全。 主厂房、主变室与母线洞的可动块体主要产生于边墙部位，与母线洞交叉处 的可动块体也位于边墙上。此外，尤应注意主厂房顶部存在的4 个可直接冒落或 滑落的块体，它们将对施工安全构成很大的威胁。因此，主厂房顶部是关键部位， 而边墙是加固的主要部位。加固锚杆的长度需根据断层、层间错动与节理裂隙的 1 8 第三章大断面洞室围岩稳定分析 大小以及可动块体的规模决定。 可以看出，优势结构面为断层f 5 、f 5 6 、f 1 2 和节理裂隙j 6 、j 7 、j 1 。因此加 固过程中应重点防范这些优势结构面的影响。 根据上述分析结论可知，由大断层f 1 、f 5 、f 1 2 、f 1 3 ( f 7 ) 、f 5 6 、f 5 6 1 等中的 一条或两条与节理面形成的可移动块体占总数的绝大部分( 约9 0 ) ，这也是在 支护设计和施工加固中应重点关注的因素。表3 7 中，标注有“失稳”“很大”和“较 大”的块体都应该用锚杆进行加固，加固深度应根据断层和层间错动的间距、节 理的密集程度以及块体的移动形式确定。 3 3 龙滩地下洞室群监测资料分析 由于龙滩水电站地下引水发电系统工程规模巨大，洞室纵横交错，围岩结构 复杂、层间错动发育，洞室的稳定安全至关重要，因而埋设了大量监测仪器进行 监测，通过对围岩的监测达n - 对地下洞室稳定评价提供依据，验证设计正 确性提供依据，对施工质量评价提供依据。 l 、主厂房多点位移计 主厂房内共布置了7 个监测断面：a a 断面，b b 断面，c c 断面，d d 断 面，e e 断面，f f 断面，g g 断面，断面位置布置详见附图所示。7 个监测断 面上主要埋设了四种监测仪器：多点位移计、锚杆应力计、锚索测力计，仪器布 置详见附图2 1 2 6 ；从监测成果统计分析，位移值在1 0 m m 以下的测点占总数 的8 0 ，即大部份测点位移值不大；位移值在1 0 m m 3 0 m m 范围内的测点占总 数的1 2 ，位移值大于3 0 m m 的测点占总数的8 ，各断面位移测值情况详见附 表3 8 。 表3 8 主厂房断面位移特征值 m a x ) 统计表 监测埋设仪器位移最大值i l l i n备 断面位置 编号注 顶拱膨1 7 3 4o 0 00 0 00 0 0 3 0 r a m 上游墙高程m a 4 6 9 1 89 6 01 7 25 8 64 2 3 4 3 0 m 下游墙i 岛程m a 4 7 1 4 9o 9 86 7 4o 0 5 2 3 4 6 0 m 1 9 第三章大断面洞室围岩稳定分析 顶拱 m b 4 _ 1 5 2 84 0 0o 6 l1 5 2 3 0 r a m 2 1 9 0 0 m 下游墙高程m b 4 6 8 5 68 4 7 7 2 5o 0 02 5 2 1 7 7 5 m 顶拱m c 4 1 1 0 2 0 4 9 o 2 10 0 0 3 0 r a m 2 2 6 7 5 m 下游墙高程 m ，6 1 8 1 51 3 8 09 3 82 4 7 。 2 1 2 3 7 2 5 m 顶拱 m d 4 1 3 5 5o 0 7o 0 00 2 5 3 0 r a m 2 3 4 3 0 m 上游墙高程m d 4 6 7 7 47 7 2l o 3 77 7 2o 2 2 6 7 5 m 下游墙高程 m d 4 7 4 3 64 2 6o 2 81 0 4 2 3 7 2 5 m 顶拱m e 4 一i o 8 l o 4 10 1 90 o o 3 0 r a m 2 2 6 7 5 m 下游墙高程m e 4 7 8 5 68 4 7 7 2 50 0 04 2 2 5 2 5 m 顶拱m f 4 - 1 2 0 61 6 8o 0 0o 0 0 1 0 m m 第三章大断面洞室围岩稳定分析 h l 0 + 3 0 6 6 2 5 上拱脚 m f 4 2 o 0 00 1 40 4 60 9 01 0 0 下拱脚m f 4 3 7 4 26 8 44 3 l5 4 4 h i 0 田3 0 0 0 0 下拱脚m 增 8 9 83 2 81 3 30 9 7 1 0 m m 4 1 h l 0 + 0 01 0 5 0 下游墙高程m - 2 7 3 00 0 0o 0 02 1 8 68 8 2 3 7 2 5 m4 - 2 h i 伽加2 5 0 5 0 下游墙高程m - o 7 7o 6 7o 5 20 4 210 m m 3 0 m m 2 3 7 2 5 m 4 3 h l o + 3 2 8 7 0 0 高程2 3 9 7 0 m m g 4 20 3 l0 4 6 0 2 5o o o1 2 位移 l o m m 所占比例 8 0 l o m m 位移