[发明专利]一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法

说明书

本发明公开了一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法，对工程区域岩质类型判别为硬岩、大跨度且浅埋地下洞室，以地下洞室顶拱上覆岩体整体安全系数和围岩扰动强度应力比DSSR、地下洞室超万m³的大型关键块体安全系数作为主要量化评价指标；长大结构面走向应与主洞室轴线呈大角度相交；采用数值方法计算得到地下洞室开挖后的围岩扰动强度应力比，量化最大水平主应力方向应与主洞室轴线方向的夹角；采用强度折减法量化地下洞室顶拱到地表之间的上覆岩体整体稳定性；采用块体理论量化地下洞室超万m³的大型关键块体稳定性。本发明比传统方法更为科学、完善、指标明确、易于实施，能够降低施工风险，提高地下洞室群的整体稳定性。

技术领域

本发明涉及地下洞室成洞条件分析方法技术领域，具体地指一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法，适用于以硬脆性岩石为主的浅埋大跨度地下洞室围岩稳定性分析，提供了一种有效的定量化评估方法，从而能够获得量化的地下洞室成洞条件判断数据，有利于地下洞室围岩稳定，确保施工安全。

背景技术

随着我国社会、经济快速发展，在水电、能源、国防、城市建设等诸多领域，如水利枢纽地下电站、地下油库、地下机库、地下场馆等大跨度地下工程得到广泛应用。受场地条件制约，有相当部分的大跨度地下工程不得不布置在浅埋的硬岩环境当中。

人们对深埋洞室的研究较为深入，已经取得了很多成果，但对浅埋洞室成洞条件的研究成果却相对较少。由于浅埋洞室必须考虑地形边界以及埋深对稳定性的影响，其围岩应力情况比深埋洞室更为复杂。在浅埋地层开挖地下洞室时，首先要考虑洞顶覆盖层的厚度，即洞顶以上应留有足够厚度的新鲜岩体，以便顶拱能够自承成拱。如果洞室上覆岩体厚度不足且地应力水平不利时，顶拱易遭受破坏而不能成洞。此外，对于浅埋地下洞室，围岩中各类结构面较为发育，块体失稳也是一种常见的破坏模式，其破坏深度和体积主要受岩体结构控制。

目前相关的规程规范及工程经验，一般仅考虑地应力大小和方位、结构面产状等因素对地下洞室成洞条件的影响，对浅埋地下洞室特有的如何确定上覆岩体厚度及其安全性、工程区域地应力场空间分布、地下洞室关键块体的安全性等对成洞影响很大的因素均未考虑。常用的围岩分类及工程类比、参照规范、地质力学模型试验等评价方法在浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件的评价中多是以定性方式出现，多为单一方法或单一指标在成洞条件评价方面的应用，缺乏全面性和代表性。

针对传统地下洞室成洞条件评价存在的不足，有必要提出一种更为科学和完善的浅埋大跨度地下洞室成洞条件量化评价方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，而提出的一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法，更为科学和完善，并能够降低施工风险，提高地下洞室群的整体稳定性。

为实现上述目的，本发明所设计的一种浅埋硬岩大型地下洞室成洞条件量化评价方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：对工程区域进行原位地应力测试；

步骤2：在地应力测试部位钻取岩芯，对岩芯进行岩石饱和单轴压缩试验；

步骤3：判别洞室为硬岩、大跨度且浅埋的大型地下洞室则前往步骤4，否则流程结束；

步骤4：根据工程规模进行相应的工程地质勘察工作，查明工程区域内主要结构面的产状和性状。考虑工程区域内岩体主要结构面走向与主体洞室轴线呈较大角度相交，夹角一般应不小于45°。

步骤5：通过三维数值方法计算地下洞室开挖后的应力场和围岩扰动强度应力比，首先通过围岩扰动强度应力比判断地下洞室成洞条件。当围岩扰动强度应力比DSSR≥2.0时，洞室成洞条件好；当DSSR＜2.0时，洞室成洞条件差，需要调整最大水平主应力方向与主洞室轴线夹角不大于35°；