内容简介
《雅砻江杨房沟水电站大型地下洞室群稳定控制关键技术》是对杨房沟水电站大型地下洞室群设计、施工、动态反馈分析等关键技术的总结。全书共6章，包括绪论、工程地质研究、地下洞室群布置研究与开挖支护设计、地下洞室群施工关键技术、地下洞室群安全监测与围岩稳定反馈分析、地下洞室群若干典型岩石力学问题与工程对策。
《雅砻江杨房沟水电站大型地下洞室群稳定控制关键技术》可供从事大型地下洞室群研究、设计和施工的相关技术人员借鉴，也可供高等院校水电、水利、地质、土木工程等相关专业师生参考。
精彩书摘
第1章 绪论
1.1 概述
我国水电资源总量位居世界第一，根据《能源中长期发展规划纲要（2004－2020年）》，大力发展水电是解决好能源短缺与清洁能源的重要途径。它不仅有助于减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，而且在电网调峰、稳定供电方面发挥着不可替代的作用。水电作为一种清洁、可再生的能源，在国家能源结构中占据着至关重要的地位，大力开发西部水电，实施西电东送是西部大开发战略的重要组成部分。受地形和气候条件的控制，中国的水力资源多集中在西南高山峻岭地区，河谷狭窄陡峻，适宜修建许多高水头大容量的水电站。21世纪以来，我国已经兴建了一批以复杂大型地下洞室群为标志性建筑物的大型水电站，包括三峡、龙滩、水布垭、构皮滩、彭水、拉西瓦、溪洛渡、官地、锦屏一级、锦屏二级、向家坝、瀑布沟、大岗山、猴子岩、两河口、白鹤滩、乌东德等水电站，我国的大型地下洞室的规模、数量在世界上首屈一指，例如已经建成发电的白鹤滩水电站右岸主厂房洞室开挖尺寸为34mX88.7mX438m、三峡水电站地下电站主厂房开挖尺寸为32.6mX88.6mX311.3m、向家坝水电站主厂房尺寸为33.4mX85.5mX255m，大型地下洞室设计、施工技术水平和工程实践方面已经达到世界领先水平。
地下厂房作为大型水电站的核心结构，其洞室群的布局和设计极具挑战性。这些洞室群通常囊括主副厂房、主变电室（以下简称“主变室”）、尾水调压室（以下简称“尾调室”）等关键空间，以及母线通道、引水隧道、尾水隧道等重要组成部分，还有诸如出线竖井、交通隧道、排水隧道等辅助设施。在相对紧凑的空间内，这些洞室纵横交错，形成了高挖空率的复杂结构，尤其是主副厂房、主变室和尾调室，它们作为宽敞空间和高边墙的代表，对工程设计和施工提出了更高要求。地下洞室的围岩不仅是工程结构的一部分。也是地下洞室稳定的自然条件。在中国西南等地区，由于板块构造的活跃运动，使地形险峻多变，地质构造复杂，岩石性质和地应力条件变化多端，这为地下工程的地质勘探和施工带来了不小的难题。由于勘探技术的限制，地下所有的地质信息和岩石力学特性无法被完全掌握，这无疑增加了工程建设的不确定性和潜在风险。大型地下洞室群在施工和使用过程中，经常面临一些独特的力学挑战。例如，在开挖过程中，由于应力释放，可能会产生大量的卸荷，导致围岩产生显著变形。同时，多洞室的相互作用可能导致力学效应的叠加，进而引起围岩的变形、开裂，甚至影响锚固系统的正常受力。随着时间的推移，围岩可能出现时效变形，这不仅会影响围岩自身的稳定性，还可能导致支护结构的失效，对整个地下工程的安全构成威胁。
因此，对地下洞室群的稳定性进行深入研究，开展针对性的围岩稳定性分析、动态监测反馈、支护控制策略以及安全性评估，不仅是理论上的需要，更具有迫切的现实意义。发展有效的控制技术和支护策略，对于确保大型水电站地下厂房的安全运行至关重要。这需要综合考虑地质条件、岩石力学特性、地应力环境以及施工技术等多方面因素，采取科学合理的设计和施工方法，以应对地下工程中可能出现的各种复杂情况。
1.2 大型水电站地下洞室研究现状
1.2.1 围岩稳定性评价
在水利水电工程领域，大型地下洞室的稳定性分析是至关重要的。分析方法多样，包括但不限于以下几种。
（1）工程类比法与地质分析法：主要用于地下洞室稳定性的宏观定性和半定量分析，是规范中推荐的主要方法。它们依据地质勘察资料、岩体力学试验和地应力测试等，开展岩体质量评价和围岩分类，为地下洞室的开挖和支护方案提供建议。这些方法在工程实践中得到广泛应用，并随着经验的积累而不断完善。国际和国内均有多种围岩分类标准，如RMR法、Q系统分类法、BQ系统分类法和HC法等，这些分类依据工程地质条件进行围岩稳定性的支护设计。
（2）理论分析方法：依赖于数学模型和物理定律来预测地下洞室在不同荷载和地质条件下的行为。对于规则洞室，可以应用解析解来预测其稳定性；对于不规则洞室，则可能需要采用复变函数法等数学工具来求解。这种方法的优势在于能够提供洞室设计的深刻洞见，但可能因实际工程条件的复杂性而受限。
（3）物理模型试验法：通过建立按比例缩小的地下洞室模型来模拟实际工程条件，包括地质构造、应力状态和施工过程。这种方法的优势在于能够直观地展示洞室和围岩的变形、破坏过程，为工程设计提供直观的参考。然而，物理模型的制作和试验成本较高，且在模拟复杂地质条件时可能存在困难。
（4）数值模拟方法：利用计算机技术对地下洞室的稳定性进行仿真分析。这类方法可以细分为基于连续介质力学的方法（如有限元法、有限差分法）、基于非连续介质力学的方法（如离散元法、DDA方法），以及结合连续与非连续介质特性的方法。数值模拟的优势在于能够模拟复杂的地质条件和施工过程，预测洞室的长期稳定性，但需要精确的地质数据和合适的计算模
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 大型水电站地下洞室研究现状 2
1.3 杨房沟水电站工程概况 4
1.4 主要工程问题 8
1.5 主要研究内容 11
第2章 工程地质研究 12
2.1 基本工程地质条件 12
2.2 施工期工程地质条件 16
2.3 岩体蚀变特性研究 27
2.4 岩体尺寸效应研究 35
2.5 岩体初始应力场研究 53
2.6 本章小结 64
第3章 地下洞室群布置研究与开挖支护设计 65
3.1 概述 65
3.2 地下洞室群开挖支护设计 66
3.3 地下洞室群防渗排水设计 77
3.4 施工期典型工程问题动态设计 83
3.5 本章小结 101
第4章 地下洞室群施工关键技术 102
4.1 概述 102
4.2 复杂洞室群安全优质高效施工技术 103
4.3 复杂洞室群多工序、多功能协同施工技术 122
4.4 复杂交叉洞、大跨岔洞的开挖支护设计 133
4.5 地下洞室群施工成效 138
4.6 本章小结 140
第5章 地下洞室群安全监测与围岩稳定反馈分析 142
5.1 概述 142
5.2 复杂地下洞室群快速智能反馈分析方法 142
5.3 围岩安全监测检测数据分析 154
5.4 围岩初始应力场与岩体参数复核分析 165
5.5 围岩开挖响应特征及稳定性分析 182
5.6 施工期围岩安全管理标准研究与实践 202
5.7 本章小结 214
第6章 地下洞室群若干典型岩石力学问题与工程对策 215
6.1 概述 215
6.2 地下洞室顶拱喷层开裂成因机制与防护设计 218
6.3 岩壁吊车梁稳定性分析与程序化设计 226
6.4 地下厂房岩体蚀变带的影响机制与稳定控制 243
6.5 母线洞裂缝成因机制分析与控制 261
6.6 尾调室中隔墩围岩稳定性分析 274
6.7 地下洞室群块体稳定性分析 287
6.8 地下洞室群系统锚索安全评价与预警 312
6.9 本章小结 323
参考文献 325
试读
第1章 绪论
1.1 概述
我国水电资源总量位居世界第一，根据《能源中长期发展规划纲要（2004－2020年）》，大力发展水电是解决好能源短缺与清洁能源的重要途径。它不仅有助于减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，而且在电网调峰、稳定供电方面发挥着不可替代的作用。水电作为一种清洁、可再生的能源，在国家能源结构中占据着至关重要的地位，大力开发西部水电，实施西电东送是西部大开发战略的重要组成部分。受地形和气候条件的控制，中国的水力资源多集中在西南高山峻岭地区，河谷狭窄陡峻，适宜修建许多高水头大容量的水电站。21世纪以来，我国已经兴建了一批以复杂大型地下洞室群为标志性建筑物的大型水电站，包括三峡、龙滩、水布垭、构皮滩、彭水、拉西瓦、溪洛渡、官地、锦屏一级、锦屏二级、向家坝、瀑布沟、大岗山、猴子岩、两河口、白鹤滩、乌东德等水电站，我国的大型地下洞室的规模、数量在世界上首屈一指，例如已经建成发电的白鹤滩水电站右岸主厂房洞室开挖尺寸为34mX88.7mX438m、三峡水电站地下电站主厂房开挖尺寸为32.6mX88.6mX311.3m、向家坝水电站主厂房尺寸为33.4mX85.5mX255m，大型地下洞室设计、施工技术水平和工程实践方面已经达到世界领先水平。
地下厂房作为大型水电站的核心结构，其洞室群的布局和设计极具挑战性。这些洞室群通常囊括主副厂房、主变电室（以下简称“主变室”）、尾水调压室（以下简称“尾调室”）等关键空间，以及母线通道、引水隧道、尾水隧道等重要组成部分，还有诸如出线竖井、交通隧道、排水隧道等辅助设施。在相对紧凑的空间内，这些洞室纵横交错，形成了高挖空率的复杂结构，尤其是主副厂房、主变室和尾调室，它们作为宽敞空间和高边墙的代表，对工程设计和施工提出了更高要求。地下洞室的围岩不仅是工程结构的一部分。也是地下洞室稳定的自然条件。在中国西南等地区，由于板块构造的活跃运动，使地形险峻多变，地质构造复杂，岩石性质和地应力条件变化多端，这为地下工程的地质勘探和施工带来了不小的难题。由于勘探技术的限制，地下所有的地质信息和岩石力学特性无法被完全掌握，这无疑增加了工程建设的不确定性和潜在风险。大型地下洞室群在施工和使用过程中，经常面临一些独特的力学挑战。例如，在开挖过程中，由于应力释放，可能会产生大量的卸荷，导致围岩产生显著变形。同时，多洞室的相互作用可能导致力学效应的叠加，进而引起围岩的变形、开裂，甚至影响锚固系统的正常受力。随着时间的推移，围岩可能出现时效变形，这不仅会影响围岩自身的稳定性，还可能导致支护结构的失效，对整个地下工程的安全构成威胁。
因此，对地下洞室群的稳定性进行深入研究，开展针对性的围岩稳定性分析、动态监测反馈、支护控制策略以及安全性评估，不仅是理论上的需要，更具有迫切的现实意义。发展有效的控制技术和支护策略，对于确保大型水电站地下厂房的安全运行至关重要。这需要综合考虑地质条件、岩石力学特性、地应力环境以及施工技术等多方面因素，采取科学合理的设计和施工方法，以应对地下工程中可能出现的各种复杂情况。
1.2 大型水电站地下洞室研究现状
1.2.1 围岩稳定性评价
在水利水电工程领域，大型地下洞室的稳定性分析是至关重要的。分析方法多样，包括但不限于以下几种。
（1）工程类比法与地质分析法：主要用于地下洞室稳定性的宏观定性和半定量分析，是规范中推荐的主要方法。它们依据地质勘察资料、岩体力学试验和地应力测试等，开展岩体质量评价和围岩分类，为地下洞室的开挖和支护方案提供建议。这些方法在工程实践中得到广泛应用，并随着经验的积累而不断完善。国际和国内均有多种围岩分类标准，如RMR法、Q系统分类法、BQ系统分类法和HC法等，这些分类依据工程地质条件进行围岩稳定性的支护设计。
（2）理论分析方法：依赖于数学模型和物理定律来预测地下洞室在不同荷载和地质条件下的行为。对于规则洞室，可以应用解析解来预测其稳定性；对于不规则洞室，则可能需要采用复变函数法等数学工具来求解。这种方法的优势在于能够提供洞室设计的深刻洞见，但可能因实际工程条件的复杂性而受限。
（3）物理模型试验法：通过建立按比例缩小的地下洞室模型来模拟实际工程条件，包括地质构造、应力状态和施工过程。这种方法的优势在于能够直观地展示洞室和围岩的变形、破坏过程，为工程设计提供直观的参考。然而，物理模型的制作和试验成本较高，且在模拟复杂地质条件时可能存在困难。
（4）数值模拟方法：利用计算机技术对地下洞室的稳定性进行仿真分析。这类方法可以细分为基于连续介质力学的方法（如有限元法、有限差分法）、基于非连续介质力学的方法（如离散元法、DDA方法），以及结合连续与非连续介质特性的方法。数值模拟的优势在于能够模拟复杂的地质条件和施工过程，预测洞室的长期稳定性，但需要精确的地质数据和合适的计算模
前言/序言
随着全球能源结构的转型和可持续发展理念的深入人心，水电作为一种清洁、可再生的能源，在世界能源供应中扮演着越来越重要的角色。中国作为世界上水电资源最为丰富的国家之一，对大型水电站的建设和技术创新有着迫切的需求和巨大的潜力。在这一背景下，大型水电站地下洞室群的稳定性控制技术，成为了确保工程安全、提高能源利用效率的关键。
《雅砻江杨房沟水电站大型地下洞室群稳定控制关键技术》是由中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司联合中国水利水电第七工程局有限公司，依托杨房沟水电站工程的丰富实践经验，精心编写的专业著作。全书系统总结了地下洞室群的设计、施工、动态反馈分析等关键技术，旨在为水电行业的技术人员、管理人员以及相关专业的学生和研究人员提供宝贵的知识资源和实践指导。
本书的编写，是在水电行业转型升级的大背景下进行的。随着市场竞争的加剧和电力体制改革的不断深入，传统的水电开发模式已难以满足新的发展需求。EPC总承包建设模式的推广应用，为水电行业带来了新的生机，同时也带来了工程技术复杂性、管理难度和建设标准的提升。本书正是在这样的行业发展趋势中应运而生的，旨在为水电行业的持续发展与转型升级提供技术支持和理论指导。
全书内容涵盖了工程地质研究、地下洞室群布置研究与开挖支护设计、地下洞室群施工关键技术、地下洞室群安全监测与围岩稳定反馈分析，以及地下洞室群若干典型岩石力学问题与工程对策等多个方面。每一章节都力求深入浅出，既有理论的深度，又有实践的广度，以期为读者提供全面、系统的技术参考。
在编写本书的过程中，我们深知理论与实践相结合的重要性。因此，本书引用了大量的勘察、设计、科研资料和丰富的文献，以确保内容的科学性、先进性和实用性。同时，我们也意识到，任何技术的发展都离不开创新。因此，本书在总结现有技术的基础上，更加注重技术创新与发展趋势的研究，以期为水电行业的技术进步贡献力量。
在本书的编写过程中，我们得到了雅砻江流域水电开发有限公司的大力支持，以及众多参与研究工作的单位、专家和学者的无私帮助。在此，我们表示衷心的感谢。同时，我们也期待同行和读者对本书提出宝贵的意见和建议，以便我们不断修订和完善。
最后，我们希望本书能够为水电行业的发展贡献一份力量，为推动我国乃至全球水电技术的创新和进步提供理论和实践的支持。
作者
2024年6月
