某厂房顶拱缓倾角裂隙特征及其对稳定性影响分析研究

刘冲平等

摘 要：对乌东德水电站右岸主厂房顶拱岩体层面近直立，通过读取钻孔彩电缓倾角裂隙深度与产状、性状，并对所有相邻钻孔间、钻孔与中导洞间裂隙连通性进行全面的搜索与分析，确定缓倾角裂隙特征。通过缓倾角裂隙组合模式，宏观分析其对顶拱整体稳定性影响程度；通过较长大缓倾角裂隙与其他结构面组合是否构成块体，分析其对顶拱局部稳定性影响程度。

关键词：顶拱 缓倾角裂隙 连通性 稳定性 块体

中图分类号：TU19 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0014-01

乌东德水电站为一等大（Ⅰ）型工程，装机容量10200 MW（12台机组×85 MW）。右岸主厂房轴线方向为65 °，长×宽×高为333 m×32.5 m×90 m，顶板高程855 m，机窝底板高程765 m。为查明近直立岩层可能存在的隐性缓倾角裂隙及其对顶拱稳定性的可能影响，在已开挖完成的中导洞（长×宽×高为333 m×12 m×10 m）内进行补充勘探孔共16个，间距约20 m，单孔向上孔深20 m。

工作思路是在中导洞布置垂直向上的勘探孔，利用高清数字钻孔彩电对顶板所有缓倾角裂隙进行搜索、定位，再结合中导洞顶拱施工地质编录成果，经综合分析后，确定顶板较长大缓倾角裂隙的位置及其对顶拱稳定性的影响。

1 工程地质条件

地下厂房所岩性为落中厚～厚层灰岩、白云岩及大理岩，岩层走向与洞轴线夹角以10～30 °为主；岩层近直立，倾角75～85 °。断层不发育，规模小，皆为陡倾角，只有一条规模相对较大，其他皆为裂隙性断层；层面间绝大多数紧密接触；裂隙总体不发育，规模小，延伸长度多在10 m以内；裂隙走向以近SN向为主，与厂房轴线交角较大，多倾W，以中倾角为主，其优势产状为271 °∠50 °；裂隙面一般平直粗糙，多充填方解石，闭合或微张，少部分溶蚀充泥钙质、碎屑夹泥。岩体绝大多数呈微新状，局部沿结构面见溶蚀风化。岩溶不发育，仅局部见顺层小溶洞或小溶缝。围岩类别为Ⅱ类和Ⅲ类。

2 缓倾角裂隙特征分析

通过钻孔彩电揭露的长度>0.1 m即穿过孔壁的所有缓倾角裂隙，利用物探彩色电视软件长盛或固德，读取其深度与产状、性状，并对所有相邻钻孔（间距20 m）间裂隙连通性进行搜索与分析。

2.1 产状特征

对缓倾角裂隙进行玫瑰花图统计，产状较为分散，相对较多为226～297 ° ∠20～30 °，缓倾角走向与在厂房轴线方向夹角多较大。

2.2 充填物分类

根据钻孔彩电，结构面按充填物特征及溶蚀风化程度为两类六亚类，绝大多数即占整个缓倾角裂隙的90%是硬性结构面，充填物较多充填方解石，还有部分浸染色变或无充填；少部分即占10%为软弱结构面，受局部溶蚀影响，充填泥钙质薄膜、碎屑夹泥、泥夹碎屑，该类缓倾角裂隙只有6条。

2.3 发育密度

沿铅直方向的线密度为0.18条/m；可以延伸至相邻钻孔的较长大缓倾角裂隙沿铅直方向的线密度为0.0125条/m、平均间距约80 m。

2.4 裂隙连通分析

对相邻钻孔间缓倾角裂隙连通性进行全面的搜索与分析，以倾向差<30 °，倾角差<10 °，投影距离差<5 m，同为硬性或软弱结构面，即认为两条缓倾角裂隙可连通，为较长大缓倾角裂隙（以较长大缓倾角裂隙YCL4为例，见表1）。同理对贯穿中导洞顶拱的裂隙，与钻孔裂隙进行连通分析。

搜索结果表明只有7条可在相邻钻孔间连通，亦即只有7条较长大的缓倾角裂隙（YCL1～YCL7）。60条缓倾角裂隙中，只有7条的缓倾角裂隙较长大，这表明缓倾角裂隙多较短小。

2.5 特征综述

缓倾角裂隙特征总体特征为：缓倾角裂隙不发育；绝大多数为硬性结构面；绝大多数延伸不长，只有7条较长大缓倾角裂隙。

3 缓倾角裂隙对顶拱整体稳定性影响分析与评价

顶拱缓倾角裂隙不发育且多较短小，于顶拱模式为上游侧不连续缓倾角裂隙，下游侧层面，内侧与外侧无控制结构面切割，仅可能为随机裂隙，不能组合形成确定性或定位块体；缓倾角裂隙主要位于拱圈内，拱圈处于受压状态，并处于系统锚杆锚固范围内。宏观评价缓倾角裂隙对顶拱整体稳定性不存在影响。

4 缓倾角裂隙对顶拱局部稳定性影响分析与评价

顶拱缓倾角裂隙可分为两类。第一类即短小的缓倾角裂隙：该类短小缓倾角裂隙延伸长一般3～9 m，其可能与其他结构面构成最大埋深小于4.5 m的随机小块体。由于主厂房顶板系统锚杆长6 m和9 m相间布置，间距仅1.5 m，加上顶拱另有挂网喷护，因此该类短小缓倾角裂隙与其他结构面构成的随机小块体皆已处理，不会影响下卧开挖过程中的施工安全和以后运行期的安全。

第二类即较长大缓倾角裂隙：共有7条，其对顶拱稳定性的可能影响分为两种情况：一是与其他结构面构成块体；二是没有构成明显的块体。结构面组合表明：仅较长大缓倾角裂隙YCL2与缓倾角裂隙T48、断层f42组合形成块体，方量约380 m3，最大埋深约5 m，稳定性较差，需进行锚索加固，其余均未组合形成块体，考虑到其延伸较长大，对该段范围内的顶拱岩体进行适当加强支护。

5 结语

乌东德水电站右岸主厂房裂隙特征与连通性分析表明：缓倾角裂隙不发育；绝大多数为硬性结构面；绝大多数延伸不长，只有7条较长大缓倾角裂隙。缓倾角裂隙组合模式分析表明对顶拱整体稳定性不存在影响；较长大缓倾角裂隙与其他结构面组合分析表明，仅有一条缓倾角组合形成块体，其余均未组合形成块体。

参考文献

[1] 丁秀丽.陡倾角沉积岩地层中大型地下厂房开挖围岩变形失稳特征和反馈[J].岩石力学与工程学报，2008，27（10）：2019-2026.

[2] 樊启祥，王义锋.向家坝水电站地下厂房缓倾角层状围岩稳定分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29（7）：1307-1313.endprint

摘 要：对乌东德水电站右岸主厂房顶拱岩体层面近直立，通过读取钻孔彩电缓倾角裂隙深度与产状、性状，并对所有相邻钻孔间、钻孔与中导洞间裂隙连通性进行全面的搜索与分析，确定缓倾角裂隙特征。通过缓倾角裂隙组合模式，宏观分析其对顶拱整体稳定性影响程度；通过较长大缓倾角裂隙与其他结构面组合是否构成块体，分析其对顶拱局部稳定性影响程度。

关键词：顶拱 缓倾角裂隙 连通性 稳定性 块体

中图分类号：TU19 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0014-01

乌东德水电站为一等大（Ⅰ）型工程，装机容量10200 MW（12台机组×85 MW）。右岸主厂房轴线方向为65 °，长×宽×高为333 m×32.5 m×90 m，顶板高程855 m，机窝底板高程765 m。为查明近直立岩层可能存在的隐性缓倾角裂隙及其对顶拱稳定性的可能影响，在已开挖完成的中导洞（长×宽×高为333 m×12 m×10 m）内进行补充勘探孔共16个，间距约20 m，单孔向上孔深20 m。

工作思路是在中导洞布置垂直向上的勘探孔，利用高清数字钻孔彩电对顶板所有缓倾角裂隙进行搜索、定位，再结合中导洞顶拱施工地质编录成果，经综合分析后，确定顶板较长大缓倾角裂隙的位置及其对顶拱稳定性的影响。

1 工程地质条件

地下厂房所岩性为落中厚～厚层灰岩、白云岩及大理岩，岩层走向与洞轴线夹角以10～30 °为主；岩层近直立，倾角75～85 °。断层不发育，规模小，皆为陡倾角，只有一条规模相对较大，其他皆为裂隙性断层；层面间绝大多数紧密接触；裂隙总体不发育，规模小，延伸长度多在10 m以内；裂隙走向以近SN向为主，与厂房轴线交角较大，多倾W，以中倾角为主，其优势产状为271 °∠50 °；裂隙面一般平直粗糙，多充填方解石，闭合或微张，少部分溶蚀充泥钙质、碎屑夹泥。岩体绝大多数呈微新状，局部沿结构面见溶蚀风化。岩溶不发育，仅局部见顺层小溶洞或小溶缝。围岩类别为Ⅱ类和Ⅲ类。

2 缓倾角裂隙特征分析

通过钻孔彩电揭露的长度>0.1 m即穿过孔壁的所有缓倾角裂隙，利用物探彩色电视软件长盛或固德，读取其深度与产状、性状，并对所有相邻钻孔（间距20 m）间裂隙连通性进行搜索与分析。

2.1 产状特征

对缓倾角裂隙进行玫瑰花图统计，产状较为分散，相对较多为226～297 ° ∠20～30 °，缓倾角走向与在厂房轴线方向夹角多较大。

2.2 充填物分类

根据钻孔彩电，结构面按充填物特征及溶蚀风化程度为两类六亚类，绝大多数即占整个缓倾角裂隙的90%是硬性结构面，充填物较多充填方解石，还有部分浸染色变或无充填；少部分即占10%为软弱结构面，受局部溶蚀影响，充填泥钙质薄膜、碎屑夹泥、泥夹碎屑，该类缓倾角裂隙只有6条。

2.3 发育密度

沿铅直方向的线密度为0.18条/m；可以延伸至相邻钻孔的较长大缓倾角裂隙沿铅直方向的线密度为0.0125条/m、平均间距约80 m。

2.4 裂隙连通分析

对相邻钻孔间缓倾角裂隙连通性进行全面的搜索与分析，以倾向差<30 °，倾角差<10 °，投影距离差<5 m，同为硬性或软弱结构面，即认为两条缓倾角裂隙可连通，为较长大缓倾角裂隙（以较长大缓倾角裂隙YCL4为例，见表1）。同理对贯穿中导洞顶拱的裂隙，与钻孔裂隙进行连通分析。

搜索结果表明只有7条可在相邻钻孔间连通，亦即只有7条较长大的缓倾角裂隙（YCL1～YCL7）。60条缓倾角裂隙中，只有7条的缓倾角裂隙较长大，这表明缓倾角裂隙多较短小。

2.5 特征综述

缓倾角裂隙特征总体特征为：缓倾角裂隙不发育；绝大多数为硬性结构面；绝大多数延伸不长，只有7条较长大缓倾角裂隙。

3 缓倾角裂隙对顶拱整体稳定性影响分析与评价

顶拱缓倾角裂隙不发育且多较短小，于顶拱模式为上游侧不连续缓倾角裂隙，下游侧层面，内侧与外侧无控制结构面切割，仅可能为随机裂隙，不能组合形成确定性或定位块体；缓倾角裂隙主要位于拱圈内，拱圈处于受压状态，并处于系统锚杆锚固范围内。宏观评价缓倾角裂隙对顶拱整体稳定性不存在影响。

4 缓倾角裂隙对顶拱局部稳定性影响分析与评价

顶拱缓倾角裂隙可分为两类。第一类即短小的缓倾角裂隙：该类短小缓倾角裂隙延伸长一般3～9 m，其可能与其他结构面构成最大埋深小于4.5 m的随机小块体。由于主厂房顶板系统锚杆长6 m和9 m相间布置，间距仅1.5 m，加上顶拱另有挂网喷护，因此该类短小缓倾角裂隙与其他结构面构成的随机小块体皆已处理，不会影响下卧开挖过程中的施工安全和以后运行期的安全。

第二类即较长大缓倾角裂隙：共有7条，其对顶拱稳定性的可能影响分为两种情况：一是与其他结构面构成块体；二是没有构成明显的块体。结构面组合表明：仅较长大缓倾角裂隙YCL2与缓倾角裂隙T48、断层f42组合形成块体，方量约380 m3，最大埋深约5 m，稳定性较差，需进行锚索加固，其余均未组合形成块体，考虑到其延伸较长大，对该段范围内的顶拱岩体进行适当加强支护。

5 结语

乌东德水电站右岸主厂房裂隙特征与连通性分析表明：缓倾角裂隙不发育；绝大多数为硬性结构面；绝大多数延伸不长，只有7条较长大缓倾角裂隙。缓倾角裂隙组合模式分析表明对顶拱整体稳定性不存在影响；较长大缓倾角裂隙与其他结构面组合分析表明，仅有一条缓倾角组合形成块体，其余均未组合形成块体。

参考文献

[1] 丁秀丽.陡倾角沉积岩地层中大型地下厂房开挖围岩变形失稳特征和反馈[J].岩石力学与工程学报，2008，27（10）：2019-2026.

[2] 樊启祥，王义锋.向家坝水电站地下厂房缓倾角层状围岩稳定分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29（7）：1307-1313.endprint

摘 要：对乌东德水电站右岸主厂房顶拱岩体层面近直立，通过读取钻孔彩电缓倾角裂隙深度与产状、性状，并对所有相邻钻孔间、钻孔与中导洞间裂隙连通性进行全面的搜索与分析，确定缓倾角裂隙特征。通过缓倾角裂隙组合模式，宏观分析其对顶拱整体稳定性影响程度；通过较长大缓倾角裂隙与其他结构面组合是否构成块体，分析其对顶拱局部稳定性影响程度。

关键词：顶拱 缓倾角裂隙 连通性 稳定性 块体

中图分类号：TU19 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0014-01

乌东德水电站为一等大（Ⅰ）型工程，装机容量10200 MW（12台机组×85 MW）。右岸主厂房轴线方向为65 °，长×宽×高为333 m×32.5 m×90 m，顶板高程855 m，机窝底板高程765 m。为查明近直立岩层可能存在的隐性缓倾角裂隙及其对顶拱稳定性的可能影响，在已开挖完成的中导洞（长×宽×高为333 m×12 m×10 m）内进行补充勘探孔共16个，间距约20 m，单孔向上孔深20 m。

工作思路是在中导洞布置垂直向上的勘探孔，利用高清数字钻孔彩电对顶板所有缓倾角裂隙进行搜索、定位，再结合中导洞顶拱施工地质编录成果，经综合分析后，确定顶板较长大缓倾角裂隙的位置及其对顶拱稳定性的影响。

1 工程地质条件

地下厂房所岩性为落中厚～厚层灰岩、白云岩及大理岩，岩层走向与洞轴线夹角以10～30 °为主；岩层近直立，倾角75～85 °。断层不发育，规模小，皆为陡倾角，只有一条规模相对较大，其他皆为裂隙性断层；层面间绝大多数紧密接触；裂隙总体不发育，规模小，延伸长度多在10 m以内；裂隙走向以近SN向为主，与厂房轴线交角较大，多倾W，以中倾角为主，其优势产状为271 °∠50 °；裂隙面一般平直粗糙，多充填方解石，闭合或微张，少部分溶蚀充泥钙质、碎屑夹泥。岩体绝大多数呈微新状，局部沿结构面见溶蚀风化。岩溶不发育，仅局部见顺层小溶洞或小溶缝。围岩类别为Ⅱ类和Ⅲ类。

2 缓倾角裂隙特征分析

通过钻孔彩电揭露的长度>0.1 m即穿过孔壁的所有缓倾角裂隙，利用物探彩色电视软件长盛或固德，读取其深度与产状、性状，并对所有相邻钻孔（间距20 m）间裂隙连通性进行搜索与分析。

2.1 产状特征

对缓倾角裂隙进行玫瑰花图统计，产状较为分散，相对较多为226～297 ° ∠20～30 °，缓倾角走向与在厂房轴线方向夹角多较大。

2.2 充填物分类

根据钻孔彩电，结构面按充填物特征及溶蚀风化程度为两类六亚类，绝大多数即占整个缓倾角裂隙的90%是硬性结构面，充填物较多充填方解石，还有部分浸染色变或无充填；少部分即占10%为软弱结构面，受局部溶蚀影响，充填泥钙质薄膜、碎屑夹泥、泥夹碎屑，该类缓倾角裂隙只有6条。

2.3 发育密度

沿铅直方向的线密度为0.18条/m；可以延伸至相邻钻孔的较长大缓倾角裂隙沿铅直方向的线密度为0.0125条/m、平均间距约80 m。

2.4 裂隙连通分析

对相邻钻孔间缓倾角裂隙连通性进行全面的搜索与分析，以倾向差<30 °，倾角差<10 °，投影距离差<5 m，同为硬性或软弱结构面，即认为两条缓倾角裂隙可连通，为较长大缓倾角裂隙（以较长大缓倾角裂隙YCL4为例，见表1）。同理对贯穿中导洞顶拱的裂隙，与钻孔裂隙进行连通分析。

搜索结果表明只有7条可在相邻钻孔间连通，亦即只有7条较长大的缓倾角裂隙（YCL1～YCL7）。60条缓倾角裂隙中，只有7条的缓倾角裂隙较长大，这表明缓倾角裂隙多较短小。

2.5 特征综述

缓倾角裂隙特征总体特征为：缓倾角裂隙不发育；绝大多数为硬性结构面；绝大多数延伸不长，只有7条较长大缓倾角裂隙。

3 缓倾角裂隙对顶拱整体稳定性影响分析与评价

顶拱缓倾角裂隙不发育且多较短小，于顶拱模式为上游侧不连续缓倾角裂隙，下游侧层面，内侧与外侧无控制结构面切割，仅可能为随机裂隙，不能组合形成确定性或定位块体；缓倾角裂隙主要位于拱圈内，拱圈处于受压状态，并处于系统锚杆锚固范围内。宏观评价缓倾角裂隙对顶拱整体稳定性不存在影响。

4 缓倾角裂隙对顶拱局部稳定性影响分析与评价

顶拱缓倾角裂隙可分为两类。第一类即短小的缓倾角裂隙：该类短小缓倾角裂隙延伸长一般3～9 m，其可能与其他结构面构成最大埋深小于4.5 m的随机小块体。由于主厂房顶板系统锚杆长6 m和9 m相间布置，间距仅1.5 m，加上顶拱另有挂网喷护，因此该类短小缓倾角裂隙与其他结构面构成的随机小块体皆已处理，不会影响下卧开挖过程中的施工安全和以后运行期的安全。

第二类即较长大缓倾角裂隙：共有7条，其对顶拱稳定性的可能影响分为两种情况：一是与其他结构面构成块体；二是没有构成明显的块体。结构面组合表明：仅较长大缓倾角裂隙YCL2与缓倾角裂隙T48、断层f42组合形成块体，方量约380 m3，最大埋深约5 m，稳定性较差，需进行锚索加固，其余均未组合形成块体，考虑到其延伸较长大，对该段范围内的顶拱岩体进行适当加强支护。

5 结语

乌东德水电站右岸主厂房裂隙特征与连通性分析表明：缓倾角裂隙不发育；绝大多数为硬性结构面；绝大多数延伸不长，只有7条较长大缓倾角裂隙。缓倾角裂隙组合模式分析表明对顶拱整体稳定性不存在影响；较长大缓倾角裂隙与其他结构面组合分析表明，仅有一条缓倾角组合形成块体，其余均未组合形成块体。

参考文献

[1] 丁秀丽.陡倾角沉积岩地层中大型地下厂房开挖围岩变形失稳特征和反馈[J].岩石力学与工程学报，2008，27（10）：2019-2026.

[2] 樊启祥，王义锋.向家坝水电站地下厂房缓倾角层状围岩稳定分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29（7）：1307-1313.endprint