[發明專利]高地應力條件下大型洞室軸線選擇方法

有效

• 申請號: 201611016626.7
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106638508B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 程麗娟;廖成剛;肖平西
• 申請（專利權）人: 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: E02B9/00
• 分類號: E02B9/00;G01V9/00
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 許澤偉

本發明公開的是水利水電工程領域的一種高地應力條件下大型洞室軸線選擇方法，包括以下步驟：首先根據需要開挖地下洞室的規模進行工程地質勘察，獲取洞室區地應力實測資料和巖體主要結構面特性；然后根據不同地應力級別選擇不同的洞室軸線確定方法，最后以最大水平應力方向作為參照標準來確定洞室軸線，洞室軸線與最大水平應力方向呈小角度。本發明通過理論計算、綜合分析和試驗驗證，在高地應力條件下，尤其是最大主應力傾角較大的情況下，采用最大水平應力方向作為參照標準來確定洞室軸線，能夠使周圍巖體的自穩能力更強，從而可大幅降低設計風險，減少支護措施，以達到經濟安全的目的。

技術領域

本發明涉及水利水電工程領域，尤其涉及一種高地應力條件下大型洞室軸線選擇方法。

背景技術

地下洞室設計包括洞室功能設計、布置設計以及開挖支護設計，在滿足功能要求的前提下，洞室布置設計和開挖支護設計的首要目標是確保洞室圍巖穩定。圍巖穩定靠兩種途徑來維系：一是巖體自穩能力，二是支護措施，因此洞室布置設計和開挖支護設計的核心思想就是充分發揮巖體自穩能力，以減少支護措施的使用，從而達到經濟且安全的目的。洞室軸線選擇屬于洞室布置設計的內容，其目的就是在滿足功能的前提下，調整洞室軸線，讓洞周巖體自穩能力更好。

工程區任意一點的地應力狀態可由六個獨立的地應力分量表示，即三個正應力分量及三個剪應力分量，當三個正應力分量為主應力時，三個剪應力分量為0，工程區的地應力實際上是一個空間地應力場，如何選擇洞室軸線使得地應力對洞室圍巖的影響最小，這個問題一直沒有很好的解決。現行設計規范《水電站廠房設計規范NB/T 35011-2013》中洞室軸線選擇在7.1.3條第2款中給出了建議：高地應力地區，洞室縱軸線走向與地應力的最大主應力水平投影方向呈較小夾角。這條建議只考慮了最大主應力，沒有考慮地應力的其他分量，顯然不能充分反映地應力的影響。在過去的工程實踐中，較少遇到水電站廠區地應力水平高的情況，且最大主應力傾角普遍較小，此時最大主應力對洞室圍巖水平方向的穩定性起控制性作用，采用最大主應力的水平投影方向確定洞室軸線是可行的。但隨著我國西部高山峽谷地區的水電開發，近幾年建設的高地應力條件下的地下洞室越來越多，受地質構造和地形影響，存在最大主應力傾角較大的情況，例如猴子巖水電站地下廠房區域實測最大主應力為36.43MPa，傾角44.5°，這種情況下最大主應力對水平方向的影響力降低，洞室圍巖水平方向的穩定性由各地應力分量綜合決定，采用最大主應力水平投影方向確定洞室軸線則不合理。

發明內容

為克服現有設計建議在高地應力條件下采用最大主應力水平投影方向作為洞室軸線的參照標準所帶來的局限性，本發明所要解決的技術問題是：提供一種新的、具有普適意義的高地應力條件下大型洞室軸線選擇方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：高地應力條件下大型洞室軸線選擇方法，包括以下步驟：

A、根據需要開挖地下洞室的規模進行工程地質勘察，獲取洞室區地應力實測資料和巖體主要結構面特性；

B、按照地應力大小將巖體分為三個等級，分別為低地應力、中地應力和高地應力；

C、在低地應力條件下，根據巖體結構面來確定洞室軸線；中地應力條件下，以巖體結構面為主，地應力為輔來確定洞室軸線；高地應力條件下，以地應力為主，巖體結構面為輔確定洞室軸線；

D、在高應力條件下，以最大水平應力作為洞室軸線選擇的參照標準，使洞室軸線與最大水平應力方向呈小角度布置。

進一步的是，步驟A中所勘察的巖體結構面特性包括斷層產狀、優勢節理裂隙產狀情況。

進一步的是，對工程區進行地應力水平分級時采用巖石強度應力比來劃分，參照GB50287-2006《水力發電工程地質勘察規范》中巖體初始地應力分級方式，巖石強度應力比小于4考慮為高地應力。