摘 要：地下厂房三大洞室包括主厂房、主变室及尾调室，对于断层及结构面分布多、地应力较高的复杂地形地质条件孟底沟水电站大型地下厂房而言，三大洞室间岩柱厚度是关系到洞室围岩稳定的重要因素之一。本文将根据初拟的三个岩柱厚度方案，采用三维有限元计算手段，通过成果对比分析，论述方案选择的合理性。

关键词：三大洞室；岩柱厚度；孟底沟水电站

孟底沟水电站是雅砻江中游七级开发方案中的第五个梯级，电站采用地下厂房，三大洞室平行布置。地下厂房桥机岩壁梁以下宽26.4m，以上宽度29.1m，高73.22m；主变室宽19.50m，高26.09m，尾调室24m，高60m。本文根据选定的三大洞室位置、轴线方向和布置格局及地应力反演成果，从洞室围岩破坏区、应力、位移分布及锚杆、锚索应力分布等方面对拟定方案进行了三维有限元计算分析，从而论述其选择的合理性。

1 方案拟定

根据国内外大中型地下厂房相邻洞室之间的净距资料统计，相邻洞室之间的岩柱厚度与相邻洞室的最大开挖跨度和高度有如下关系：L/B = 0.60～1.80；L/H = 0.35～0.80。

拟定的三种比选方案如下：

方案一：主厂房与主变洞间岩柱厚度41.8m，主变洞与尾调室间岩柱厚度40m。

方案二：主厂房与主变洞间岩柱厚度46.8m，主变洞与尾调室间岩柱厚度45m。

方案三：主厂房与主变洞间岩柱厚度51.8m，主变洞与尾调室间岩柱厚度50m。

2 计算分析

孟底沟水电站可研设计阶段在选定的厂址、三大洞室布置格局及厂房轴线基础上，根据左岸厂区实际地形、地质条件，通过选取合适的地质力学参数，施加反演的初始地应力，采用初拟的地下厂房洞室群开挖顺序和支护措施方案，对不同岩柱厚度方案下地下厂房围岩稳定特性进行了三维游戏原计算分析。

在洞室群全部开挖完毕后，综合考虑各岩柱厚度方案下地下厂房各机组段的围岩类别及地应力分布情况，主厂房选取4#机组段截面﹑主变洞选取2#机组段截面﹑尾调室选取1#机组段截面进行围岩稳定特性对比分析。

2.1 围岩破坏区分布规律

三种洞室间岩柱厚度方案下地下厂房洞室群全部开挖支护完毕后，各典型机组段截面破坏区深度一般规律量值见表1。

总体来讲，从方案一和方案二的破坏区分布对比可以看出，洞室间岩柱厚度的增加，在一定程度上能够降低各洞室之间的相互影响，改善围岩破坏情况；从方案二和方案三的破坏区分布对比可以看出，洞室间岩柱厚度的继续加大，对三大洞室洞周围岩破坏区分布的优化并不突出，反而增加了开挖量，于施工不利。整体来看，在围岩破坏区分布规律方面，洞室间岩柱厚度方案二较方案一和三要好。

2.2 围岩应力分布规律

三种洞室岩柱厚度方案下地下厂房洞室群全部开挖支护完毕后，各典型机组段截面围岩各部位应力数值大小分布情况列于表2。

综上可知，洞室全部开挖支护完成后，各典型机组段三大洞室洞周围岩第一和第三主应力分布规律，三种方案基本一致；三大洞室拱座部位围岩均有应力集中现象；从三大洞室各部位应力分布来看，三种方案，三大洞室之间围岩的主应力分布基本相同，量值变化很小。可见，洞室间岩柱厚度的变化，对洞周围岩应力分布影响不大。整体来看，在围岩应力分布规律方面，洞室间岩柱厚度方案二较方案一和三要略好。

2.3 围岩变形分布规律

三种洞室岩柱厚度方案下地下厂房洞室群全部开挖支护完毕后，各典型机组段截面围岩各部位位移数值大小分布一般规律列于表3。

整体来看，主厂房部位围岩变形三种方案区别不大；主变洞部位方案一变形最小，方案三变形最大；尾调室部位方案一变形较方案二和三要大。出现这样的分布规律，主要是由于方案一下三大洞室之间岩柱厚度相对最小，洞室开挖过程中，各洞室之间的相互影响相对最大，但是随着洞室间岩柱厚度的增加，主变洞和尾调室洞周围岩条件有所改变。可见，在围岩位移分布规律方面，洞室间岩柱厚度方案二变形情况稍好。

2.4 洞周锚杆、锚索应力分布规律

三种洞室岩柱厚度方案下地下厂房洞室群全部开挖支护完毕后，各典型机组段截面围岩各部位锚杆及锚索应力数值大小分布情况列于表4～表5。

总体来看，三种洞室岩柱厚度方案下，地下厂房各机组段截面，锚杆应力较大的部位主要出现在软弱围岩处，局部达到360MPa；整体来看，主厂房部位，方案一锚杆屈服范围较方案二和三大，主变洞部位，方案三围岩条件最差，因而锚杆大范围内屈服，尾调室部位，除软弱岩体部位外，方案二量值略小。三种洞室岩柱厚度方案下相应部位锚索应力量值基本相当，变幅不大；整体来看，局部软弱围岩部位锚索及贯穿锚索应力较其他部位要大。

3 分析结论

综上可知，从围岩破坏区、应力、位移及锚杆应力分布规律对比情况来看，岩柱厚度方案二较方案一和三下围岩稳定特性要好。出现这样的分布规律，对于方案一而言，主要是由于方案一下三大洞室之间岩柱厚度相对最小，洞室开挖过程中，各洞室之间的相互影响相对最大；对于方案三而言，由于该方案下三大洞室之间岩柱厚度相对最大，虽然各洞室之间的影响相对最小，但由于母线洞和尾水洞长度的增加，开挖释放荷载有所增加以及主变洞和尾调室洞周围岩条件有所改变。可见洞室间岩柱厚度适当的增加，在一定程度上能够降低各洞室之间的相互影响，改善洞室稳定特性；但洞室间岩柱厚度的继续加大，对三大洞室洞周围岩稳定特性的改善效果没有进一步突显，反而增加了开挖量、改变了洞周围岩条件，使得洞室周围部分指标有增大的趋势。故选择岩柱厚度方案二作为地下厂房洞室群三大洞室间岩柱厚度设计方案基本上是合理的。

作者简介

张顺利（1979-），男，河南信阳人，高级工程师，主要从事水工厂房设计工作。

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