一种大型地下洞室群布置方法技术

本发明专利技术涉及地下洞室设计方法，其公开了一种大型地下洞室群布置方法，科学合理地确定相互平行的洞室之间的岩柱厚度。本发明专利技术中根据洞室群的结构和功能需要确定的相邻洞室水平跨度B1、B2，岩柱挖空率η，岩石单轴湿抗压强度Rs，以及围压影响系数K2，目标安全系数[K]，按本发明专利技术提出的相应公式计算得到所需的相邻洞室岩柱厚度B。此外还可以利用该公式复核开挖后的洞室间岩柱的安全性。本发明专利技术适用于确定相互平行的洞室之间的岩柱厚度，如水电站地下主厂房、主变室、尾调(闸)室三大洞室之间，以及尾水洞之间等的岩体厚度，并判断其安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地下洞室设计方法，尤其是一种在水利水电工程、地下储库工程运用的大型地下洞室群布置方法。
技术介绍
在水利水电工程、地下储库工程等领域，均涉及到地下洞室群的合理布置设计问题，特别是我国西部地区水电站地下厂房，其洞室群规模较大，往往处于高山峡谷地区，具有洞室埋深大、地应力高、地质条件复杂等特点，从而使大型地下洞室群围岩的稳定和安全问题变得十分突出。近几年来岩石力学领域相关专家及地下工程建设者越来越清楚的意识至IJ，岩石基本强度、地应力、围岩结构面发育特征、支护强度是决定地下工程围岩是否稳定的关键性因素，洞室开挖尺寸与群洞效应、施工开挖顺序、爆破方式、支护的及时性等也都会对洞室围岩的稳定造成一定影响；而在其他条件基本相同的情况下，不同的岩石强度应力比将导致地下洞室群围岩表现出不同的变形破坏特征。水电站地下厂房主要由主厂房、主变洞、尾调(闸)室、引水洞、尾水洞、母线洞、出线洞(井)、交通洞、施工支洞等组成，形成了以主厂房、主变洞、尾调(闸)室为中心相互连接的地下洞室群。由于洞室之间布置紧凑，开挖后洞室之间相互影响，形成群洞效应，其强烈程度将影响洞室群的围岩稳定及开挖支护方案。正是由于洞室群效应的存在，在进行洞室群布置时，必须合理确定相邻洞室间距，在充分利用洞室间岩柱承载力的同时防止洞室间岩柱塑性区相互连通。现代隧洞的柔性支护以“充分发挥围岩承载能力”为核心。目前大型地下洞室的支护设计也是采用柔性系统支护，分三个阶段分步实施的喷混凝土层、系统锚杆和系统锚索的总支护强度一般在0.2?0.3MPa之间，远低于初始地应力水平，几乎不能限制围岩的卸荷变形，这已在多年来的洞室围岩数值分析和工程实践中得到证实。正是由于柔性支护以“充分发挥围岩承载能力”为核心，且支护的强度和作用极为有限，在进行洞室群布置设计时，首先应使洞室围岩在开挖后不依靠柔性支护力就能达到某种程度的稳定平衡。因此，合理的布置设计是保证大型地下洞室群围岩稳定和安全的先决条件。根据SD335—1989《水电站厂房设计规范(试行)》、《SL266— 2001水电站厂房设计规范》、NB/T35011— 2013《水电站厂房设计规范》提供的现有技术进行地下洞室群布置设计时，需要确定洞室位置、洞室纵轴线、洞室间距和洞形。按现有技术进行大型地下洞室群布置设计的工作流程为:首先确定主洞室位置，然后确定主洞室轴线方位，再确定主洞室洞形及尺寸，最后确定主洞室之间的岩柱厚度，其主要布置设计依据是工程经验、工程类t匕。按现有技术进行地下洞室群布置时，在确定地下洞室群主洞室之间的岩柱厚度时一般仅考虑洞室尺寸因素，对地应力和岩石强度因素不予以考虑或仅在后续的支护设计时对洞室围岩进行加强支护予以补救。按该传统技术确定的地下洞室群主洞室之间的岩柱厚度不尽合理，从而可能导致高地应力环境、围岩强度相对较低条件下的地下洞室群洞室之间的岩柱在洞室开挖卸荷后发生较为严重的围岩变形破坏现象，如围岩岩爆、时效大变形、围岩松弛深度大、围岩压裂、块体失稳等，造成后期加强支护工程量巨大，甚至无法通过加强支护加以弥补，造成工程安全裕度不足或不安全，或是不经济。如某水电站地下厂房地质条件极为复杂，洞室群规模大，实测厂区最大主应力为20.0~35.7MPa，与二滩水电站、瀑布沟水电站、官地水电站等同属高地应力条件，但其岩石单轴抗压强度仅为60~75MPa，与其他电站岩石强度相比明显偏低(其他电站岩石单轴湿抗压强度均在IOOMPa以上)。在施工开挖过程中厂房洞室围岩出现了时效特征明显的持续大变形、主厂房下游拱腰混凝土喷层严重开裂和围岩劈裂破坏、主厂房高边墙裂隙明显错动、岩体片状剥落、表层岩体压裂等围岩卸荷灾变现象，同时洞周松弛区最大深度达到了一般工程的2~5倍且持续发展、数值计算模型中主洞室间塑性区连通、锚杆锚索拉力值超限情况较为严重，其洞室围岩的变形破坏情况和支护受力超限情况远比二滩水电站、瀑布沟水电站、官地水电站严重，给洞室围岩稳定性和施工期人员设备安全带来威胁，国内相关专家甚至认为上述问题在一定程度上超出了现有岩石力学的理论认识和工程应用水平，使得洞室群在开挖支护过程中遇到了严峻的挑战。由此可见，传统技术不能适用于各种地应力水平和复杂地质条件的大型地下洞室群布置设计。为解决上述传统技术存在的不足，在已有的专利申请(申请号为201310234648.0,201310234638.7,201310234651.2,201310234313.9)公开的
技术实现思路
中，在确定主洞室之间的岩柱厚度时，主要依据岩石强度应比指标、相邻洞室的宽度和高度尺寸，结合大量已建和在建工程的主洞室之间的岩柱厚度统计指标，最终确定目标工程主洞室之间的岩柱厚度，其指标基本实现了量化，也适用于各种地应力水平和复杂地质条件的大型地下洞室群设计。其主要缺点是，确定洞室群厚度的方法对工程经验的依赖程度相对较高，且不能根据岩石强度和地应力量值等指标对岩柱厚度进行精确计算，也不能用于复核洞室间岩柱的安全性并给出具体承载力安全系数值。因此，本专利技术有必要 提出一种大型地下洞室群布置的新方法，更为科学、准确地确定主洞室之间的岩柱厚度(如水电站地下主厂房、主变室、尾调(闸)室三大洞室之间，以及尾水洞之间等的岩体厚度)，以克服现有方法的缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提出，科学合理地确定相互平行的洞室之间的岩柱厚度，进一步，还可以获取洞室之间岩柱的确切承载力安全系数以复核开挖后的洞室间岩柱的安全性。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:，包括:首先确定主洞室群纵轴线方位，然后确定主洞室的洞形和尺寸，再确定主洞室之间的岩柱厚度，最后确定主洞室群谷坡侧岩体厚度和上覆岩体厚度；在确定主洞室之间的岩柱厚度时，按照以下公式计算出岩柱厚度B:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型地下洞室群布置方法，包括：首先确定主洞室群纵轴线方位，然后确定主洞室的洞形和尺寸，再确定主洞室之间的岩柱厚度，最后确定主洞室群谷坡侧岩体厚度和上覆岩体厚度；其特征在于，在确定主洞室之间的岩柱厚度时，按照以下公式计算出岩柱厚度B：K=K2Kv(1-η)RsK1σz≥[K].]]>   公式①K1＝1+(B1+B2)/2B   公式②式中：K为岩柱受压安全系数；K1为洞室开挖后应力集中系数；B1，B2分别为相邻洞室的跨度；B为相邻洞室间岩柱厚度；K2为围压影响系数，与初始地应力水平和开挖后卸荷程度有关；Kv为开挖前的围岩完整性系数；η为岩柱挖空率，即同一高程挖除的孔洞断面面积与全断面面积之比；Rs为岩石单轴湿抗压强度；σz为洞室顶部铅直向地应力；[K]为岩柱受压允许安全系数，在取值时，K2取值范围为0.7～0.8，Kv可根据GB50287‑2006《水力发电工程地质勘察规范》取值，[K]取值2.0。

【技术特征摘要】
1.一种大型地下洞室群布置方法，包括:首先确定主洞室群纵轴线方位，然后确定主洞室的洞形和尺寸，再确定主洞室之间的岩柱厚度，最后确定主洞室群谷坡侧岩体厚度和上覆岩体厚度； 其特征在于，在确定主洞室之间的岩柱厚度时，按照以下公式计算出岩柱厚度B: 2.如权利要求1所述的一种大型地下洞室群布置方法，其特征在于，该方法还包括:通过上述公式①和公式②获取岩柱的安全...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51