抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性监测与分析

戚海峰

（新疆巴州新华水电开发有限公司，新疆 库尔勒 841000）

抽水蓄能电站是一种相对比较特殊的发电站，其在具体工作的过程之中，利用电力负荷低谷时期的富余电力将水抽至上水库，当进入到电力负荷高峰时期时，再把上水库之中的水下放至下水库，以此充分利用水力资源。对于抽水蓄能电站，其通常为地下厂房，所以地下洞室围岩稳定性也是水电站工程设计方面的一项重要技术，与工程安全性、经济性等存在直接关联。现阶段，针对地下洞室围岩稳定性进行分析评价的方式包括多种，基于围岩稳定分析数字模型，可以把围岩稳定性分析方式细化为三种类型，即解析法、数值分析法、不确定性法，其中数值分析法的应用范围最广、应用效果最佳，并且还可以与计算机技术进行配合，切实提升分析结果的精准性。本文在研究分析的过程之中，首先对影响抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性的因素进行了阐述，然后指出了抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性监测的具体内容，最后又针对抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性分析内容进行了介绍。

1 影响抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性的因素

（1）地质构造。从严格意义上来讲，岩体实质上属于一种较为特殊地质介质，岩体在形成以及后期发展时，一般会经历多次构造运动，并且每一次的运动强度各不相同，对于构造运动而言，由于多方面因素的影响，通常会早地层中形成一系列不同形态的形迹，例如裂隙、断层等。同时，岩体之中还包含诸多结构面，如接触面、间断面等，而这些结果面的力学强度参数通常仅为岩石的几十分之一，相对比较小，所以在提升围岩稳定性的过程之中，应当高度注重岩体结构以及裂隙分布状况。如果地下厂房洞室穿过断层破碎带、蚀变带等，那么围岩稳定性的控制难度将会大大提升，进而对整个地下厂房洞室围岩稳定性造成不良影响。

（2）岩体物理性质以及力学性质。岩体物理性质通常包含多方面内容，流入结构特性、矿物组成等，比如火成岩强度非常高，变形量相对较小；对于沉积岩而言，其主要是两方面有关，即层厚、胶结物力学性质，还有一些薄层沉积岩将会由此产生聚类变形等。地下洞室的失稳通常是当开展挖掘工作的过程之中，岩体应力分布情况发生突变，造成围岩应力远远高于岩体强度，又或者岩体产生十分严重的变形情况，进而造成地下洞室围岩产生失稳状况，所以岩体力学性质对其造成的影响相对比较大。

（3）地下水。地下水的活动同样会对围岩稳定性造成一定的影响，在地下水的作用之下，洞室周围将会形成力学变化或者化学反应等，进而造成围岩稳定性降低，该方面具体体现在四点：第一，在洞室周围逐渐构成形态各异的水力梯度，如此一来，围岩岩体将会承受一个外部的附加推力；第二，当受到静水压力的严重影响时，岩体之中所存在的有效压力也会随之而产生十分明显的变化，即逐渐减小，导致岩体抗剪强度明显降低；第三，地下水活动的影响之下，岩体、节理裂隙强度参数将会因此而降低；第四，在地下水活动的影响之下，围岩侵蚀以及泥化作用加剧，围岩强度将会因此而受到一定的不良影响。

通过以上研究分析以及论述可以得知，对围岩稳定性造成不良影响的因素包含多方面，但是影响最大、最为常见的影响因素主要为以上三种，地质构造、岩体力学以及物理性质实质上是岩体强度的三大影响因素。当对洞室进行开挖的过程之中，围岩应力分布情况、位移特征等，还会受到地应力的严重影响。由于具体施工过程之中会受到多方面因素的严重影响，一些很微小的影响因素也有可能转变为主要因素，所以在具体分析的过程之中，必须要针对具体问题展开具体分析，以便提前制定相应的防范措施。

2 抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性监测分析

2.1 稳定性监测的基本原理

近几年，抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性监测已经渐渐形成一套较为完善、合理的方法，其结合现场测量技术、计算机技术、岩土力学理论等，可以切实提升监测效果，所以应用范围十分广泛。如果根据监测阶段进行细化，那么稳定性监测包括多个环节，例如前期监测、施工开挖监测等。对于前期监测来讲，其主要是指在监测过程之中，运用原位模型试验洞，以监测分析结果为重要基础，从多个维度、多个层面剖析地应力场、岩体弹性模量等，从而由此对支护设计进行完善以及优化，切实提高施工开挖质量。对于施工开挖期监测来讲，主要是指在开展施工工作的过程之中，通过科学化的方式对位移以应力监测系统进行科学化布置，从而为后期支护参数优化、开挖工作提供重要参考。

2.2 稳定性监测的目的

稳定性监测是抽水蓄能电站地下厂房洞室开挖过程中的一项重要内容，其主要目的是为了对围岩稳定性以及支护是受力情况进行研究分析，准确掌握各类信息数据，进而对整个工程的安全性、经济性等多方面进行分析。详细来讲，其目的可以归结为下列三个方面，具体为：

（1）为信息化建设地下工程、监控设计等多方面工作提供重要参考依据，通常情况下需要对工程所在地岩体的产状、物理力学性质等多方面因素进行查看，但是由于多方面因素的影响，地下工程中底层岩体变化情况存在重大差异，如果单纯的利用露头调查、钻孔勘察等方式，并不能反应真实效果。同时，现阶段工程勘查过程中，对岩体力学性质进行剖析的一个重要方式便是室内物理力学试验，但是岩块力学指标、岩体力学指标之间存在显著化差异，所以应当根据工程实际情况，对岩体力学形态进行现场测试以及分析，或者利用围岩以及支护的变位、应力测量等来反推岩体力学参数。

（2）为工程施工过程提供重要的数据参考以及支持，并对一些突发险情进行预警。如果地址条件相对比较复杂，比如塑性流变岩体等，在具体施工的过程之中不可以运用经验作为设计基准，所以在具体施工过程之中必须要进行实时监测与分析，以此保障施工安全性。

（3）用于完善理论研究，并对理论进行校核，并为工程类比提供重要依据，在过去很长一段时间之内，地下工程设计均是基于传统经验，在理论分析方式逐步完善的条件下，越来越多的人开始高度关注此方面的研究分析结论，因此在地下工程理论物理模型等诸多方面的参数提供了非常严格化的要求，对于理论研究结论而言，应当通过实测数据进行分析以及检验。

2.3 稳定性监测的内容

抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性监测的内容包括多个方面，具体为：

（1）稳定性监测包含围岩构造状况、支护变形等。

（2）岩体力学参数测试，主要是包含弹性墨两国、抗压强度、内摩擦角等。

（3）压力测试，其主要包含两方面内容，其一是支护上的围岩压力、其二是渗水压力。

（4）温度测试，主要包含岩体问对、气温等。

（5）物理探测，主要包含视电阻率测试、弹性波声波测试等。

3 抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定性分析

抽水蓄能电站地下厂房洞室包含多项内容，如厂房、主变压器室、尾水调压室等，在空间构造方面存在纵横交错、规模各异的特征。当开挖之后，围岩应力状态相对比较繁琐、复杂，并且洞室内部相互影响，由此产生相对比较明显的偏压。在一些岩体坚硬、完整，并且初始地应力相对较高的区域，如果洞室间距相对比较小，那么开挖之后将会随着应力重分布，洞室岩性变形将会更加显著。一般情况下，外部多种影响均会对地下厂房洞室围岩稳定性产生严重性影响，如洞室间岩柱厚度、围岩类别、地址环境等，基于多方面因素的考量，针对围岩稳定性进行分析的过程之中，可以从以下三个方面进行分析以及评价：

（1）将围岩岩体结构作为重要参考基础，对围岩岩性、围岩强度、围岩抗变形性等进行深入化、全面化的分析，得出具体分析数据，判断围岩的完整性、透水性以及含水性等。同时，利用定量分析的方式对围岩总体质量、整体稳定性等因素进行分析评价。

（2）对于那些规模较为庞大的地下洞室或者一些相相对比较重要的地下洞室，还需要对结构面进行判定以及分析，特别是软弱结构面的空间组合关系，更是要作为研究分析过程中的重点。同时，还要围绕边墙、顶拱等开展稳定型运算，从多个维度对洞室围岩局部稳定型展开深入化探析。

（3）对围岩失稳的机制进行深入化探析，结合不同围岩的类型，选用不同的分析研究方法。重点围绕软弱围岩的长期强度、流变特性进行探析，同时还要对内外水压力、裂隙岩体的水敏效应等进行剖析，制定科学化、合理化的防范措施等。

4 结语

总而言之，在抽水蓄能电站工程日益增多的时代环境之下，抽水蓄能电站地下洞室工程得到了社会各界人士的高度关注，所以地下洞室开挖稳定性成为施工过程中必须要进行思考以及分析的重要问题。通常情况下，当对第一层进行开挖时，厂房顶拱将会产生下沉位移问题，并在后续施工过程中愈发严重，当开挖至第六、七层时，将逐步趋于收敛，所以为了避免厂房顶拱失稳，那么必须要高度注重顶拱层的开挖支护工作，做好各方面监测。在未来一段时间之内，围绕地下厂房洞室围岩稳定性进行分析的过程之中，应当通过科学化的方式对研巧区进行分析，综合考虑研巧区的节理缝隙分布、力学特性等，进而针对地下洞室围岩稳定性提出了科学化、合理化的措施。