[發(fā)明專利]大型地下洞室群布置方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310234648.0
• 申請(qǐng)日: 2013-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN103291332A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張勇;肖平西;王仁坤;宋勝武;楊建宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院
• 主分類號(hào): E21D13/02
• 分類號(hào): E21D13/02
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙) 51124
• 代理人: 許澤偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地下洞室布置方法，尤其是一種在水利水電工程、地下儲(chǔ)庫工程運(yùn)用的大型地下洞室群布置方法。

背景技術(shù)

在水利水電工程、地下儲(chǔ)庫工程等領(lǐng)域，均涉及地下洞室群的合理布置設(shè)計(jì)問題，特別是我國西部地區(qū)水電站地下廠房，其洞室群規(guī)模較大，往往處于高山峽谷地區(qū)，具有洞室埋深大、地應(yīng)力高、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，從而使大型地下洞室群圍巖的穩(wěn)定和安全問題變得十分突出。近幾年來巖石力學(xué)領(lǐng)域相關(guān)專家及地下工程建設(shè)者越來越清楚的意識(shí)到，巖石基本強(qiáng)度、地應(yīng)力、圍巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征、支護(hù)強(qiáng)度是決定地下工程圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵性因素，洞室開挖尺寸與群洞效應(yīng)、施工開挖順序、爆破方式、支護(hù)的及時(shí)性等也都會(huì)對(duì)洞室圍巖的穩(wěn)定造成一定影響；而在其他條件基本相同的情況下，不同的巖石強(qiáng)度應(yīng)力比將導(dǎo)致地下洞室群圍巖表現(xiàn)出不同的變形破壞特征。通過合理的布置設(shè)計(jì)，并采取合理的開挖和支護(hù)措施后，能較好地解決大型地下洞室群圍巖的穩(wěn)定和安全問題，特別是高地應(yīng)力環(huán)境大型地下洞室群圍巖的穩(wěn)定和安全問題。因此，合理的布置設(shè)計(jì)是保證大型地下洞室群圍巖穩(wěn)定和安全的先決條件。

地下洞室群的布置設(shè)計(jì)包括洞室位置、洞室縱軸線、洞室間距和洞形的確定等主要工作內(nèi)容。按現(xiàn)有傳統(tǒng)的大型地下洞室群的布置設(shè)計(jì)方法進(jìn)行地下洞室群布置時(shí)，一般僅考慮地應(yīng)力大小和方向、巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征、洞室尺寸、內(nèi)部布置要求等因素，對(duì)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比、場址區(qū)地應(yīng)力分布特征等因素不予以考慮。

由于未考慮巖石強(qiáng)度應(yīng)力比這一至關(guān)重要因素，按現(xiàn)有方法確定的大型地下洞室群主洞室的布置不盡合理，從而可能導(dǎo)致高地應(yīng)力環(huán)境、圍巖強(qiáng)度相對(duì)較低條件下的地下洞室群圍巖在洞室開挖卸荷后發(fā)生較為嚴(yán)重的圍巖變形破壞現(xiàn)象，如圍巖巖爆、時(shí)效大變形、圍巖松弛深度大、圍巖壓裂等，威脅工程安全并造成工期滯后和投資增加。

如某水電站地下廠房地質(zhì)條件極為復(fù)雜，洞室群規(guī)模大，實(shí)測廠區(qū)最大主應(yīng)力為20.0～35.7MPa，與二灘水電站、瀑布溝水電站、官地水電站等同屬高地應(yīng)力條件，但其巖石單軸抗壓強(qiáng)度僅為60～75MPa，其巖石強(qiáng)度明顯偏低。在施工開挖過程中出現(xiàn)了洞室圍巖時(shí)效大變形、高邊墻裂隙明顯錯(cuò)動(dòng)、主廠房下游拱腰圍巖劈裂破壞、巖體片狀剝落、表層巖體壓裂等圍巖卸荷災(zāi)變現(xiàn)象，同時(shí)洞周松弛區(qū)最大深度達(dá)到了一般工程的2～5倍且持續(xù)發(fā)展、數(shù)值計(jì)算模型中主洞室間塑性區(qū)連通、錨桿錨索拉力值超限情況較為嚴(yán)重，其洞室圍巖的變形破壞情況和支護(hù)受力超限情況遠(yuǎn)比二灘水電站、瀑布溝水電站、官地水電站嚴(yán)重，且靠谷坡側(cè)圍巖(巖柱)的圍巖變形破壞程度明顯高于遠(yuǎn)離谷坡側(cè)，規(guī)模較大結(jié)構(gòu)面附近圍巖的變形破壞程度也明顯高于一般部位，給洞室圍巖穩(wěn)定性和施工期人員設(shè)備安全帶來威脅，使得洞室群在開挖支護(hù)過程中遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，為此該工程停止開挖實(shí)施加強(qiáng)支護(hù)，造成投資增加、工期滯后約一年時(shí)間。分析認(rèn)為上述變形破壞情況的原因主要與地應(yīng)力高而巖石強(qiáng)度相對(duì)較低、斷層和煌斑巖脈等圍巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育、洞室位置離谷坡較近、洞室間距過小、支護(hù)等因素有關(guān)。

因此，必須發(fā)明一種更為科學(xué)的大型地下洞室群布置設(shè)計(jì)方法，以便在進(jìn)行地下洞室群布置時(shí)考慮巖石基本強(qiáng)度、地應(yīng)力特征、巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征這三個(gè)關(guān)鍵因素并易于實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種使設(shè)計(jì)方案更為科學(xué)并能降低施工風(fēng)險(xiǎn)的的大型地下洞室群布置方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的大型地下洞室群布置方法，首先確定主洞室位置，然后確定主洞室軸線方位，再確定主洞室之間的巖柱厚度，最后確定主洞室洞形，在確定主洞室位置時(shí)，首先測得施工地的巖石強(qiáng)度應(yīng)力比，當(dāng)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比為2.0～4.0時(shí)，主洞室外緣到谷坡面的巖體厚度應(yīng)不小于400m；巖石強(qiáng)度應(yīng)力比為4.0～7.0時(shí)，主洞室外緣到谷坡面的巖體厚度取值為200～400m；巖石強(qiáng)度應(yīng)力比大于7.0時(shí)，主洞室外緣到谷坡面的巖體厚度為150～200m。當(dāng)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比為4.0時(shí)，巖體厚度可在400m左右取值，即可按照2.0～4.0時(shí)取值，也可按照4.0～7.0時(shí)取值。

進(jìn)一步的是，在確定主洞室位置時(shí)，若施工地為河流峽谷地段，將谷坡至山體以內(nèi)的河岸地應(yīng)力劃分為河谷地應(yīng)力區(qū)、遠(yuǎn)離河谷地貌的原始地應(yīng)力控制區(qū)、上述二者之間的過渡區(qū)三部分；河谷地應(yīng)力區(qū)又進(jìn)一步劃分為河床一帶的應(yīng)力集中區(qū)和坡面一帶的應(yīng)力松弛區(qū)；大型地下洞室群主洞室的位置應(yīng)避開谷坡應(yīng)力松弛帶和應(yīng)力集中區(qū)，并超過應(yīng)力分布極不穩(wěn)定的應(yīng)力過渡區(qū)邊緣。