中梁一级水电站地下厂房洞室群围岩稳定的分析方法

刘 婷

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000)

1 工程概述

中梁一级水电站位于重庆市巫溪县境内，为大宁河干流梯级开发的龙头电站，坝址位于中梁乡，距巫溪县城49 km。地下厂房位于坝址下游8 km的半溪沟口，主要建筑物包括主、副厂房、主变洞、尾闸室、进厂交通洞、主厂房排风洞、出线洞、尾水隧洞等。厂房安装3台单机容量为24 MW的混流式水轮发电机组，总装机容量72 MW。工程于2006年10月开工建设，2012年完工。

2 地下厂房围岩地质条件

地下厂房布置于右岸山体中，方向为NE36°，上覆岩体厚度约150 m，水平埋深约105 m。洞室群围岩为三叠系大冶组薄至中厚层泥质灰岩、灰岩，新鲜岩石的饱和抗压强度为50～80 MPa。岩层走向为NW278°～290°，倾向SW，倾角64°～68°，围岩类型为Ⅱ类～Ⅲ类。厂区地层岩溶不发育，洞室位于地下水位之下，岩体透水率为0.5～2 Lu。

3 地下厂房洞室群围岩稳定分析

3.1 地下厂房洞室群布置

厂房三大主洞室采用平行布置方式(图1)，从上游向下游分别为主厂房、主变室、尾闸室，洞室间岩壁厚度分别为24.2 m和14 m。主厂房尺寸为57.6 m×16.3 m×36.6 m(长×宽×高)，主变室尺寸为35 m×12.1 m×21.6 m(长×宽×高)，尾闸室尺寸为19.3 m×10.1 m×11 m(长×宽×高)。尾水系统采用三机一洞的布置方式。主要洞室剖面见图2。

3.2 分析方法

针对中梁一级水电站地下厂房洞室群的地形、地质条件和结构布置型式，采用FLAC3D程序模拟围岩及支护的三维力学行为进行三维数值仿真分析研究围岩的稳定性。主要研究内容包括：

(1)模拟厂区的实际地形、地质条件，根据实测的初始地应力点及其测值，建立合理的厂区初始地应力反演回归分析模型，对厂区初始地应力场进行反演分析计算。

(2)对地下厂房洞室群采用无支护、喷锚支护方案的围岩稳定进行分析与比较，研究合理的地下厂房洞室群布置格局及主洞室合理的间距，根据初拟的地下厂房洞室群的开挖程序，研究最佳的开挖方案。

(3)在确定厂房位置、主洞室合理间距及施工开挖顺序后，分析比较各种支护措施下围岩与锚固系统的协调性，对围岩支护参数进行优化选择。

(4)针对地下厂房岩体物理力学参数的变化，对地下厂房洞室群围岩的稳定性进行敏感性分析。

3.3 研究成果

(1)数值分析成果表明，中梁一级水电站地下厂房洞室群围岩在各种分析工况下都能维持稳定状态，洞室群的结构布置合理、可行。

(2)初始地应力场的选取对计算结果影响较大。

(3)洞室群围岩最大的位移区发生在主厂房洞室上下游边墙的中部范围；从应力分布看，地下厂房洞室围岩出现了一定范围内的拉应力区，除局部拉应力略大于1 MPa外，其余部位的拉应力均小于1 MPa；从塑性区分布情况看，最危险部位发生在各洞室之间的岩体、洞口交接处岩体等部位。

图1 地下厂房平面布置示意图

图2 主要洞室剖面图

(4)采用锚杆支护措施，可以有效地减少厂房上下游边墙岩体在后续开挖过程中引起的变形，同时可以减小或消除围岩中的拉应力，说明适当设置锚杆对增加边墙的稳定性十分必要。在主变室和主厂房之间的岩体设置对拉预应力锚索对增加岩体的稳定性十分有利，在洞室开挖过程中，锚索发挥了较好的作用。

(5)敏感性分析表明：岩体内摩擦角的取值对围岩稳定的影响较大。

4 结 语

中梁一级水电站地下厂房洞室群的三维数值仿真分析计算表明：选择合理的支护型式、支护范围及支护参数，可以有效改善围岩的应力分布和变形状况，同时可对支护工程进行有效地优化，有利于减少投资并缩短工期。因此，采用三维数值仿真分析方法对地下厂房洞室群围岩稳定进行分析计算，可以为地下厂房的结构布置及围岩支护设计提供依据和验证，不失为一种行之有效的分析计算方法，可为类似工程的设计和研究提供一定的参考。

作者简介:

刘 婷(1968-)，女，湖南攸县人，副设计总工程师，高级工程师，学士，从事水电站设计工作.