巨型地下洞室脆性围岩高应力破裂防治措施研究

摘要

脆性岩体高应力破裂是西部水电地下工程面临的主要岩石力学问题之一.依托世界最大规模的白鹤滩地下厂房洞室群,在概况其高应力条件和玄武岩脆性特征基础上,说明了地下洞室围岩破裂破坏形式.采用3DEC中围岩能量释放等指标,研究了洞群布置、体形优化等宏观策略;依据围岩高应力集中特征,分析了开挖程序和支护时机等应对措施.结果表明,针对构造应力占主导的地下工程,可研设计应尽可能使主要洞室轴线与σ01小角度相交、宜选择双向成拱的圆筒形体形、保证顶拱曲率与应力拱相适应,并且,在施工期应尽可能沿σ01方向优先开挖、对应力集中的顶拱开挖不宜过多分幅、河谷应力条件下应优先开挖临江侧,此外,必须充分利用掌子面效应及时支护,抑制脆性岩体破裂扩展和时效变形.工程实践表明,防治脆性围岩高应力破裂的战略性措施能够降低洞室群围岩产生破裂破坏的总体风险,而战术性措施能够减小支护代价,提升工程安全性和经济合理性.