白莲河地下厂房洞室群围岩稳定反馈分析(文章)

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1、白莲河地下厂房洞室群围岩稳定反馈分析摘要：根据白莲河抽水蓄能电站地下厂房的工程地质条件与开挖设计，采用三维有差分法，根据实测地应力进行反演分析，在此基础上分别对地下厂房整体施工开挖程序和球阀室第II层开挖方案进行分析，建议了合理的施工方案，并评价了地下洞室围岩稳定性，为合理选择支护参数和开挖程序提供了依据。1概述白莲河抽水蓄能电站位于湖北省罗田县白莲河乡境内。工程枢纽主要建筑物有上库的主、副坝，上、下库的进/出水口，输水隧洞，调压室和地下厂房等。地下厂房洞室群由输水隧洞、球阀洞、主厂房、主变洞、母线洞（

2、厂用配电洞）、尾水闸门洞、进厂交通洞、及施工支洞等洞室组成,是一组以主厂房为中心的地下洞室群。该工程引水系统采用二洞四机的联合供水方式,尾水系统采用四机二洞。由于地下厂房洞室群位于地质条件比较复杂的区域，断裂构造比较发育；地下厂房洞室群复杂，且洞室尺寸较大。为全面准确地了解和评价地下洞室群的围岩稳定性，通过分析研究地下洞室群施工开挖程序对地下洞室群的围岩的影响，选择合适地下厂房洞室围岩支护参数和相对合理的开挖顺序、支护方式和支护参数，特进行地下厂房洞室群围岩的三维计算分析。2工程地质条件从发电工况水流方

3、向看，依次平行布置球阀洞、主厂房、主变洞和尾水闸门洞四大洞室。四大洞室之间的岩体厚度分别为30.00m、32.00m和15.60m。主厂房最大开挖尺寸为146.40m×23.25m×54.38m（长×宽×高）；主变室开挖尺寸为134.40m×19.70m×19.925m；球阀室开挖尺寸为106.40m×10.70m×27.88m；尾水闸门室开挖尺寸94.00m×10.80m×20.905m。母线洞位于主厂房洞与主变洞之间，长32.00m，城门洞形，开挖断面尺寸B×H=8.00m×9.80m。主厂房洞室纵

4、轴线方向为东西向。地下厂房洞室群布置在白莲河水库右坝头上游侧山体内。地下洞室布置区山体雄厚，地形整齐，地表部分基岩裸露；厂区基岩以灰白色中细粒二长花岗岩为主，夹有少量肉红色花岗岩。主厂房及主变洞位于新鲜岩体内。厂区节理主要有NW组与NE组节理，节理（尤其是NE组）多充填有1～3mm的白色泥。大部分断层延伸不长，规模较小。影响厂房地质条件的主要断层有F8（包括F8-1、F8-2及其影响带）。主变洞主要有F8和与该断层平行的节理裂隙密集带。3计算条件3.1地质概化模型与网格划分考虑到现场的工程地质条件以及计

5、算分析的主要目的，计算域主要包括风化岩体、微新岩体以及F8断层等三种材料，F8断层带的影响带采用IV~V类岩体进行模拟。三维计算分析模型计算范围600m×650m×450m。计算模型共划分四面体和六面体单元：167411个，节点总数：66326个；计算网格见图1、图2；计算时所施加的边界约束条件：地表为自由边界；底面被固定，其余各面均受到法向位移约束。图1地下厂房洞室群围岩稳定计算网格图图2地下厂房洞室群结构网格图3.2力学模型与计算参数本次计算采用弹塑性模型；屈服准则为Mohr-Coulomb准则。计

6、算参数见表1。表1地下厂房区物理力学参数表类型重度/kN/m3抗剪（断）强度变形模量/GPa泊桑比f’C’/Mpa微风化及新鲜花岗岩26.21.82.0250.20Ⅱ类围岩26.21.21.418～200.22Ⅲ类围岩26.21.01.06.0～8.00.25Ⅳ类围岩26.20.70.52.0～4.00.25～0.30Ⅴ类围岩26.20.50.05<1.0>0.30夹泥节理-0.3～0.350.01～0.02--硬性节理面-0.5～0.60.02--断层-0.3～0.40.01～0.03--地下厂房区各

7、洞室于2004年10月开挖至2006年1月，已经完成开挖的有引水支洞、尾水支洞、主变室、尾闸室的全部岩体以及主厂房I~III层、球阀室第I层及第III层中导洞，母线洞还留有岩塞未开挖。所以从地下洞室群的稳定性角度，应重点研究球阀室第Ⅱ、Ⅲ2、Ⅳ层，主厂房第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ层以及母线洞（厂用配电洞）岩塞的开挖顺序。通过分析提出最合适的开挖方案，开挖方案见表2。表2地下厂房开挖程序表方案洞室名称开挖顺序步5678910方案一主厂房ⅣⅤⅥⅦⅧ球阀室ⅡⅢ2Ⅳ母线洞岩塞方案二主厂房ⅣⅤⅥⅦⅧ球阀室ⅡⅢ2Ⅳ母线洞

8、岩塞方案三主厂房ⅣⅤⅥⅦⅧ球阀室ⅡⅢ2Ⅳ母线洞岩塞方案四主厂房ⅣⅤⅥⅦⅧ球阀室ⅡⅢ2Ⅳ母线洞岩塞3.3围岩地质概化根据地下厂房区的地质描述和围岩分类，将各主要洞室及地质构造的围岩进行如下概化：球阀室周围为III类岩体，主厂房周围为II类岩体，主变室周围为界于II类~III类之间的围岩，闸门周围为III类岩体，F8断层影响带为IV类~V类之间的岩体。4计算成果4.1地应力场反演地应力场根据地应力测试成果进行反演，表3为岩体应力场测试成果表，图