龙滩水电站地下厂房洞室群围岩稳定性研究：多维度分析与关键技术.docxVIP

龙滩水电站地下厂房洞室群围岩稳定性研究：多维度分析与关键技术

一、工程概况与地质环境特征

（一）地下厂房洞室群工程背景

龙滩水电站坐落于红水河上游，是国家实施西部大开发的标志性工程以及“西电东送”的龙头项目。其地下厂房洞室群规模宏大，涵盖主厂房、主变室、尾水调压井等近60个洞室，这些洞室在平面与立面上相互交叉，构成了一个极为复杂的立体结构，宛如一座庞大的地下迷宫。主厂房作为核心洞室，其最大高度达到了75.1m，跨度为28.9m，埋深在120-260m之间。整个地下厂房洞室群的施工总洞挖石方量高达271万m3，如此大规模的洞室群建设，在国内外的水电工程中都实属罕见。它是典型的高边墙、大跨度地下洞室群工程，其围岩稳定性对整个工程的安全以及长期稳定运行起着决定性的作用。一旦围岩出现失稳现象，不仅会影响工程的施工进度，增加建设成本，还可能引发严重的安全事故，对人员和设备造成巨大威胁，因此，对其围岩稳定性的研究意义重大。

（二）复杂地质条件解析

1.陡倾角层状岩体特性

龙滩水电站地下厂房洞室群的围岩主要由三叠系砂岩夹泥板岩构成，岩层呈现出60°的陡倾角层状分布。其中，砂岩的单轴饱和抗压强度在130-150MPa之间，展现出较高的强度；而泥板岩的强度则相对较低，为40-80MPa。层间错动带在该区域较为发育，这极大地降低了岩体的整体性。这种软硬相间的层状结构，使得围岩的力学性质具有明显的各向异性。当受到外部荷载作用时，围岩容易沿着结构面发生剪切滑移或倾倒变形。例如，在洞室开挖过程中，由于岩体的卸荷作用，顺倾向侧的高边墙岩体可能会沿着层面发生顺层滑动，而反倾向侧的高边墙岩体则可能会出现倾倒弯折变形破坏，这些变形破坏模式严重威胁着洞室的稳定性。

2.地质构造与结构面影响

洞室群区域内地质构造复杂，发育着F?、F??等陡倾角断层以及15条裂隙性断层。层间错动带的密度达到了0.5-1条/m，它们相互交织，形成了一个复杂的切割网络。这些结构面成为了潜在的滑动面，对围岩的变形破坏模式起着控制作用。在主厂房的上游边墙，由于受到断层和层间错动带的影响，岩体容易发生顺层剪切破坏；而下游边墙则由于岩体的结构特性，在开挖卸荷后，容易出现倾倒变形。这些破坏模式不仅会导致围岩的局部失稳，还可能引发连锁反应，影响整个洞室群的稳定性。此外，结构面的存在还会降低岩体的抗剪强度，使得围岩在受到较小的外力作用时，就可能发生破坏，进一步增加了围岩稳定性研究的难度和重要性。

二、影响围岩稳定性的关键因素分析

（一）自然地质因素

1.岩性与岩体结构

龙滩水电站地下厂房洞室群的围岩岩性呈现出明显的软硬相间特征，坚硬的砂岩与软弱的泥板岩呈互层分布。这种特殊的岩性组合使得围岩的力学性质极为复杂。在泥板岩中，劈理发育的段落强度会急剧降低，甚至可降至10MPa，这些部位就成为了整个围岩体系中的薄弱环节。一旦受到外部荷载的作用，如洞室开挖过程中的卸荷作用，泥板岩部位就容易率先发生变形和破坏，进而影响整个围岩的稳定性。

岩体结构方面，薄层状结构的岩体抗剪强度较低，层间结合力较弱。在洞室开挖卸荷后，由于应力的重新分布，岩体容易发生层间分离和结构面张开的现象。以主厂房的高边墙为例，在开挖过程中，边墙部位的岩体由于受到卸荷作用，薄层状结构的岩体层间分离现象明显，导致岩体的完整性被破坏，自稳能力大幅降低。这种层间分离和结构面张开不仅会增加岩体的变形量，还可能引发岩体的局部坍塌，对洞室的安全构成严重威胁。此外，结构面的存在还会改变岩体的应力传递路径，使得应力在结构面附近集中，进一步加剧了岩体的变形和破坏。

2.地应力环境

地应力是影响地下洞室围岩稳定性的重要因素之一。龙滩水电站地下厂房洞室群区域的最大主应力约为12MPa，且以水平应力为主，侧压系数在1.2-1.5之间。洞室轴线与最大主应力方向夹角约为30°，这一角度导致边墙部位出现了明显的应力集中现象。在边墙部位，由于应力集中，岩体所承受的荷载远远超过了其自身的强度，从而容易发生变形和破坏。例如，在主厂房的边墙，实测的应力值明显高于其他部位，岩体的变形量也相对较大，出现了不同程度的裂缝和剥落现象。

高地应力环境还会引发围岩的劈裂、板裂化现象。当岩体受到的地应力超过其抗拉强度时，就会出现劈裂裂缝；而板裂化现象则是由于岩体在高地应力作用下，内部结构发生重组，形成了类似于板状的破裂面。这些现象与结构面共同作用，进一步加剧了围岩的变形风险。结构面的存在为劈裂裂缝和板裂化面的扩展提供了通道，使得岩体的完整性被进一步破坏，稳定性大幅降低。在实际工程中，我们可以观察到，在断层和层间错动带附近，由于结构面的存在，劈裂和板裂化现象更为严重，岩体的变形和破坏也更为明显。

3.地下水作用

尽管龙滩