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開挖方式對地下廠房洞室群圍巖力學特性的影響.pdf

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第 43卷 第 l3期 2 0 1 2 年 7 月 人 民 長 江 Yangtze River Vo1.43,No.I3 July, 2012 文 章 編 號 :1001— 4179(2012)13— 0069— 04 開挖方式對地下 廠房洞室群 圍巖 力學特性 的影響 張 存 慧 ,石 伯 勛 ,肖 明 ,周 述 達 (1.長 江勘 測規 劃設計研 究院,湖北 武漢 430010; 2.武漢大學 水資源與水電工程科 學國家重點實驗 室,湖北 武漢 430072) 摘要 :為 了解大型地下廠 房洞 周圍巖 的力學性 態,以金沙江某地下廠房洞室群 為工程 背景 ,基于卸荷 巖體 力學 理論 ,采用三維有限差分法,研 究不 同開挖方式對洞室群洞周圍巖卸荷力學特性 的影 響。計算 結果表 明:不同 開挖 方 案對 洞 周 圍巖 卸 荷 影 響 程 度 均 較 小 ;洞 室群 開挖 后 ,主 廠 房 、尾 調 室 頂 拱 圍巖 卸荷 程 度 遠 小 于邊 墻 ;受 相鄰 洞室開挖 的影響 ,主變洞頂拱 卸荷程度較 大 ,但 深度較 淺;由于尾調 室頂拱 圍巖 力 學參數 優 于主 廠房頂 拱 ,其 卸 荷 程 度 略 小 于 主 廠 房 頂 拱 ;尾 調 室 高邊 墻 卸 荷 程 度 大 于 主 廠 房 邊 墻 。 該研 究 成 果 對 工程 設 計 與 施 工 具 有 指 導 意 義 。 關 鍵 詞 :圍巖 ;開挖卸荷 ;三維有限差分法 ;地下廠房 中 圖 法 分 類 號 :TV731.6 文 獻標 志碼 :A 天然 巖體 在初始 應 力 場作 用 下處 于 平衡 狀 態 ,由 于人 工開 挖擾 動 ,一 定范 圍 內的 圍巖應 力重 分布 ,力學 特 征表現 為大 面積 的卸荷 “ 。卸荷 巖體 力學 概 念最 早 由哈秋 齡教 授提 出 ,隨著 理 論 研 究 的逐 步 深 入 及工 程 技術 的發展 ,卸荷 巖 體力 學 越 來 越 受 到研 究 人 員及 工程界的重視 。到 目前為止 ,采用卸荷巖體力學理論 對 水工建 筑 物 中的船 閘高邊坡 、壩 肩邊坡 、進水 口邊坡 等 超大 型邊坡 工程 開 展 了較 多 的 研究 工 作 ,相 關 研究 成 果 已成功 地應用 到工 程實踐 中。 目前水 電站地 下 廠 房洞 室 群 正 朝 著高 邊 墻 、大 跨 度方 向發展 ,洞室 群規 模 的 超 大 型化 導 致洞 周 圍巖 開 挖 卸荷 問題 、臨空 面巖體 質量 劣化 問題 突 出 ,從 而對 地 下 廠房 洞室 群的整 體穩定 性產 生 不利影 響 。本 文結 合 工 程實 例 ,應 用卸荷 巖體 力學 理論 ,對某 電站地 下廠 房 洞 室群 開挖 前后 的力 學 特性 進 行 了對 比分 析 ,得 到 不 同分期 開挖 方案對 洞 周 圍巖 的卸 荷 影 響范 圍 ,研 究 成 果 對工 程設 計與施 工有 指導 意義 。 1 工程條件 1.1 工 程概 況 某水 電站位 于金 沙 江 干 流上 ,可研 階段擬 定 左 右 岸各布置 6臺單機容量 85萬 kW 的首部式地下廠房, 引水發 電建 筑 物 由進 水 口、引水 隧 洞 、主廠 房 及 安 裝 場 、主 變洞 、交 通 出線 豎井 、尾水 調 壓 室 、尾 水 隧洞 、尾 水 出 口、地 面出線 場 、交通 洞 、通 風 豎 井 及 廠外 排 水 系 統等組 成 。主廠 房 、主變 洞 、尾水調 壓室 三大 洞室平 行 布置 ,地 下 廠 房 最 大 開 挖 尺 寸 為 321 m ×31.8 m × 86.9 m (長 ×寬 ×高 )、主變洞 最 大開 挖 尺寸 為 255.6 m×18.5 m x 34.2 111(長 :《寬 ×高 )、調 壓室 最 大開 挖 尺寸 為 225 ITI×32 nl×110 m (長 ×寬 ×高 )。 1.2 廠 區基 本 地質 條 件 本 文僅針對 左 岸地 下 廠 房洞 室 群 進 行分 析 研 究 。 左岸 電站地 下廠 房洞 室 群 位 于左 壩 肩 下游 ,縱 軸 線 方 位角 為 NE60。,與 巖層走 向夾 角約 4O。,主 廠房 距 壩 肩 (高程 854 in)最 小距離 約 110 m,距 岸邊 約 80 m。 廠 區最 大 主應力 范 圍為 10.5~20 MPa,屬 中等 地 應力 場 ,最 大水 平主應 力方 向為 N19。E;主廠 房區域 巖 體 主要為 落雪組 第 三段 第 一 亞段 厚 層 灰 巖及 大 理 巖 , 約 占2/3,其余 為落雪組第二段互層狀大理巖化 白云 巖 ;主變 洞 區域 巖體 主要 為 落 雪 組第 三 段 第一 亞 段 厚 層灰 巖 及大理 巖 、第 三段 第 二 亞段 巨厚 ~厚層 白云 巖 及厚 層 石 英 巖 ,山 內側 約 有 3% 的巖 體 為 落雪 組 第 二 段 互層狀 大理 巖化 白云 巖 ;尾 水 調 壓室 區域 巖體 主要 為落 雪組第 三段 第一 亞 段 厚層 灰 巖 、第 三 段第 二 亞 段 收 稿 日期 :2012— 06~05 作者簡介 :張存慧 ,男,工程師 ,博 士,主要從 事水電站 建筑設計 工作 。E— mail:[email protected] cjwsjy.corn.cn
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