某廠房頂拱緩傾角裂隙特征及其對穩定性影響分析研究

劉沖平等

摘 要：對烏東德水電站右岸主廠房頂拱巖體層面近直立，通過讀取鉆孔彩電緩傾角裂隙深度與產狀、性狀，并對所有相鄰鉆孔間、鉆孔與中導洞間裂隙連通性進行全面的搜索與分析，確定緩傾角裂隙特征。通過緩傾角裂隙組合模式，宏觀分析其對頂拱整體穩定性影響程度；通過較長大緩傾角裂隙與其他結構面組合是否構成塊體，分析其對頂拱局部穩定性影響程度。

關鍵詞：頂拱 緩傾角裂隙 連通性 穩定性 塊體

中圖分類號：TU19 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0014-01

烏東德水電站為一等大（Ⅰ）型工程，裝機容量10200 MW（12臺機組×85 MW）。右岸主廠房軸線方向為65 °，長×寬×高為333 m×32.5 m×90 m，頂板高程855 m，機窩底板高程765 m。為查明近直立巖層可能存在的隱性緩傾角裂隙及其對頂拱穩定性的可能影響，在已開挖完成的中導洞（長×寬×高為333 m×12 m×10 m）內進行補充勘探孔共16個，間距約20 m，單孔向上孔深20 m。

工作思路是在中導洞布置垂直向上的勘探孔，利用高清數字鉆孔彩電對頂板所有緩傾角裂隙進行搜索、定位，再結合中導洞頂拱施工地質編錄成果，經綜合分析后，確定頂板較長大緩傾角裂隙的位置及其對頂拱穩定性的影響。

1 工程地質條件

地下廠房所巖性為落中厚～厚層灰巖、白云巖及大理巖，巖層走向與洞軸線夾角以10～30 °為主；巖層近直立，傾角75～85 °。斷層不發育，規模小，皆為陡傾角，只有一條規模相對較大，其他皆為裂隙性斷層；層面間絕大多數緊密接觸；裂隙總體不發育，規模小，延伸長度多在10 m以內；裂隙走向以近SN向為主，與廠房軸線交角較大，多傾W，以中傾角為主，其優勢產狀為271 °∠50 °；裂隙面一般平直粗糙，多充填方解石，閉合或微張，少部分溶蝕充泥鈣質、碎屑夾泥。巖體絕大多數呈微新狀，局部沿結構面見溶蝕風化。巖溶不發育，僅局部見順層小溶洞或小溶縫。圍巖類別為Ⅱ類和Ⅲ類。

2 緩傾角裂隙特征分析

通過鉆孔彩電揭露的長度>0.1 m即穿過孔壁的所有緩傾角裂隙，利用物探彩色電視軟件長盛或固德，讀取其深度與產狀、性狀，并對所有相鄰鉆孔（間距20 m）間裂隙連通性進行搜索與分析。

2.1 產狀特征

對緩傾角裂隙進行玫瑰花圖統計，產狀較為分散，相對較多為226～297 ° ∠20～30 °，緩傾角走向與在廠房軸線方向夾角多較大。

2.2 充填物分類

根據鉆孔彩電，結構面按充填物特征及溶蝕風化程度為兩類六亞類，絕大多數即占整個緩傾角裂隙的90%是硬性結構面，充填物較多充填方解石，還有部分浸染色變或無充填；少部分即占10%為軟弱結構面，受局部溶蝕影響，充填泥鈣質薄膜、碎屑夾泥、泥夾碎屑，該類緩傾角裂隙只有6條。

2.3 發育密度

沿鉛直方向的線密度為0.18條/m；可以延伸至相鄰鉆孔的較長大緩傾角裂隙沿鉛直方向的線密度為0.0125條/m、平均間距約80 m。

2.4 裂隙連通分析

對相鄰鉆孔間緩傾角裂隙連通性進行全面的搜索與分析，以傾向差<30 °，傾角差<10 °，投影距離差<5 m，同為硬性或軟弱結構面，即認為兩條緩傾角裂隙可連通，為較長大緩傾角裂隙（以較長大緩傾角裂隙YCL4為例，見表1）。同理對貫穿中導洞頂拱的裂隙，與鉆孔裂隙進行連通分析。

搜索結果表明只有7條可在相鄰鉆孔間連通，亦即只有7條較長大的緩傾角裂隙（YCL1～YCL7）。60條緩傾角裂隙中，只有7條的緩傾角裂隙較長大，這表明緩傾角裂隙多較短小。

2.5 特征綜述

緩傾角裂隙特征總體特征為：緩傾角裂隙不發育；絕大多數為硬性結構面；絕大多數延伸不長，只有7條較長大緩傾角裂隙。

3 緩傾角裂隙對頂拱整體穩定性影響分析與評價

頂拱緩傾角裂隙不發育且多較短小，于頂拱模式為上游側不連續緩傾角裂隙，下游側層面，內側與外側無控制結構面切割，僅可能為隨機裂隙，不能組合形成確定性或定位塊體；緩傾角裂隙主要位于拱圈內，拱圈處于受壓狀態，并處于系統錨桿錨固范圍內。宏觀評價緩傾角裂隙對頂拱整體穩定性不存在影響。

4 緩傾角裂隙對頂拱局部穩定性影響分析與評價

頂拱緩傾角裂隙可分為兩類。第一類即短小的緩傾角裂隙：該類短小緩傾角裂隙延伸長一般3～9 m，其可能與其他結構面構成最大埋深小于4.5 m的隨機小塊體。由于主廠房頂板系統錨桿長6 m和9 m相間布置，間距僅1.5 m，加上頂拱另有掛網噴護，因此該類短小緩傾角裂隙與其他結構面構成的隨機小塊體皆已處理，不會影響下臥開挖過程中的施工安全和以后運行期的安全。

第二類即較長大緩傾角裂隙：共有7條，其對頂拱穩定性的可能影響分為兩種情況：一是與其他結構面構成塊體；二是沒有構成明顯的塊體。結構面組合表明：僅較長大緩傾角裂隙YCL2與緩傾角裂隙T48、斷層f42組合形成塊體，方量約380 m3，最大埋深約5 m，穩定性較差，需進行錨索加固，其余均未組合形成塊體，考慮到其延伸較長大，對該段范圍內的頂拱巖體進行適當加強支護。

5 結語

烏東德水電站右岸主廠房裂隙特征與連通性分析表明：緩傾角裂隙不發育；絕大多數為硬性結構面；絕大多數延伸不長，只有7條較長大緩傾角裂隙。緩傾角裂隙組合模式分析表明對頂拱整體穩定性不存在影響；較長大緩傾角裂隙與其他結構面組合分析表明，僅有一條緩傾角組合形成塊體，其余均未組合形成塊體。

參考文獻

[1] 丁秀麗.陡傾角沉積巖地層中大型地下廠房開挖圍巖變形失穩特征和反饋[J].巖石力學與工程學報，2008，27（10）：2019-2026.

[2] 樊啟祥，王義鋒.向家壩水電站地下廠房緩傾角層狀圍巖穩定分析[J].巖石力學與工程學報，2010，29（7）：1307-1313.endprint

摘 要：對烏東德水電站右岸主廠房頂拱巖體層面近直立，通過讀取鉆孔彩電緩傾角裂隙深度與產狀、性狀，并對所有相鄰鉆孔間、鉆孔與中導洞間裂隙連通性進行全面的搜索與分析，確定緩傾角裂隙特征。通過緩傾角裂隙組合模式，宏觀分析其對頂拱整體穩定性影響程度；通過較長大緩傾角裂隙與其他結構面組合是否構成塊體，分析其對頂拱局部穩定性影響程度。

關鍵詞：頂拱 緩傾角裂隙 連通性 穩定性 塊體

中圖分類號：TU19 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0014-01

烏東德水電站為一等大（Ⅰ）型工程，裝機容量10200 MW（12臺機組×85 MW）。右岸主廠房軸線方向為65 °，長×寬×高為333 m×32.5 m×90 m，頂板高程855 m，機窩底板高程765 m。為查明近直立巖層可能存在的隱性緩傾角裂隙及其對頂拱穩定性的可能影響，在已開挖完成的中導洞（長×寬×高為333 m×12 m×10 m）內進行補充勘探孔共16個，間距約20 m，單孔向上孔深20 m。

工作思路是在中導洞布置垂直向上的勘探孔，利用高清數字鉆孔彩電對頂板所有緩傾角裂隙進行搜索、定位，再結合中導洞頂拱施工地質編錄成果，經綜合分析后，確定頂板較長大緩傾角裂隙的位置及其對頂拱穩定性的影響。

1 工程地質條件

地下廠房所巖性為落中厚～厚層灰巖、白云巖及大理巖，巖層走向與洞軸線夾角以10～30 °為主；巖層近直立，傾角75～85 °。斷層不發育，規模小，皆為陡傾角，只有一條規模相對較大，其他皆為裂隙性斷層；層面間絕大多數緊密接觸；裂隙總體不發育，規模小，延伸長度多在10 m以內；裂隙走向以近SN向為主，與廠房軸線交角較大，多傾W，以中傾角為主，其優勢產狀為271 °∠50 °；裂隙面一般平直粗糙，多充填方解石，閉合或微張，少部分溶蝕充泥鈣質、碎屑夾泥。巖體絕大多數呈微新狀，局部沿結構面見溶蝕風化。巖溶不發育，僅局部見順層小溶洞或小溶縫。圍巖類別為Ⅱ類和Ⅲ類。

2 緩傾角裂隙特征分析

通過鉆孔彩電揭露的長度>0.1 m即穿過孔壁的所有緩傾角裂隙，利用物探彩色電視軟件長盛或固德，讀取其深度與產狀、性狀，并對所有相鄰鉆孔（間距20 m）間裂隙連通性進行搜索與分析。

2.1 產狀特征

對緩傾角裂隙進行玫瑰花圖統計，產狀較為分散，相對較多為226～297 ° ∠20～30 °，緩傾角走向與在廠房軸線方向夾角多較大。

2.2 充填物分類

根據鉆孔彩電，結構面按充填物特征及溶蝕風化程度為兩類六亞類，絕大多數即占整個緩傾角裂隙的90%是硬性結構面，充填物較多充填方解石，還有部分浸染色變或無充填；少部分即占10%為軟弱結構面，受局部溶蝕影響，充填泥鈣質薄膜、碎屑夾泥、泥夾碎屑，該類緩傾角裂隙只有6條。

2.3 發育密度

沿鉛直方向的線密度為0.18條/m；可以延伸至相鄰鉆孔的較長大緩傾角裂隙沿鉛直方向的線密度為0.0125條/m、平均間距約80 m。

2.4 裂隙連通分析

對相鄰鉆孔間緩傾角裂隙連通性進行全面的搜索與分析，以傾向差<30 °，傾角差<10 °，投影距離差<5 m，同為硬性或軟弱結構面，即認為兩條緩傾角裂隙可連通，為較長大緩傾角裂隙（以較長大緩傾角裂隙YCL4為例，見表1）。同理對貫穿中導洞頂拱的裂隙，與鉆孔裂隙進行連通分析。

搜索結果表明只有7條可在相鄰鉆孔間連通，亦即只有7條較長大的緩傾角裂隙（YCL1～YCL7）。60條緩傾角裂隙中，只有7條的緩傾角裂隙較長大，這表明緩傾角裂隙多較短小。

2.5 特征綜述

緩傾角裂隙特征總體特征為：緩傾角裂隙不發育；絕大多數為硬性結構面；絕大多數延伸不長，只有7條較長大緩傾角裂隙。

3 緩傾角裂隙對頂拱整體穩定性影響分析與評價

頂拱緩傾角裂隙不發育且多較短小，于頂拱模式為上游側不連續緩傾角裂隙，下游側層面，內側與外側無控制結構面切割，僅可能為隨機裂隙，不能組合形成確定性或定位塊體；緩傾角裂隙主要位于拱圈內，拱圈處于受壓狀態，并處于系統錨桿錨固范圍內。宏觀評價緩傾角裂隙對頂拱整體穩定性不存在影響。

4 緩傾角裂隙對頂拱局部穩定性影響分析與評價

頂拱緩傾角裂隙可分為兩類。第一類即短小的緩傾角裂隙：該類短小緩傾角裂隙延伸長一般3～9 m，其可能與其他結構面構成最大埋深小于4.5 m的隨機小塊體。由于主廠房頂板系統錨桿長6 m和9 m相間布置，間距僅1.5 m，加上頂拱另有掛網噴護，因此該類短小緩傾角裂隙與其他結構面構成的隨機小塊體皆已處理，不會影響下臥開挖過程中的施工安全和以后運行期的安全。

第二類即較長大緩傾角裂隙：共有7條，其對頂拱穩定性的可能影響分為兩種情況：一是與其他結構面構成塊體；二是沒有構成明顯的塊體。結構面組合表明：僅較長大緩傾角裂隙YCL2與緩傾角裂隙T48、斷層f42組合形成塊體，方量約380 m3，最大埋深約5 m，穩定性較差，需進行錨索加固，其余均未組合形成塊體，考慮到其延伸較長大，對該段范圍內的頂拱巖體進行適當加強支護。

5 結語

烏東德水電站右岸主廠房裂隙特征與連通性分析表明：緩傾角裂隙不發育；絕大多數為硬性結構面；絕大多數延伸不長，只有7條較長大緩傾角裂隙。緩傾角裂隙組合模式分析表明對頂拱整體穩定性不存在影響；較長大緩傾角裂隙與其他結構面組合分析表明，僅有一條緩傾角組合形成塊體，其余均未組合形成塊體。

參考文獻

[1] 丁秀麗.陡傾角沉積巖地層中大型地下廠房開挖圍巖變形失穩特征和反饋[J].巖石力學與工程學報，2008，27（10）：2019-2026.

[2] 樊啟祥，王義鋒.向家壩水電站地下廠房緩傾角層狀圍巖穩定分析[J].巖石力學與工程學報，2010，29（7）：1307-1313.endprint

摘 要：對烏東德水電站右岸主廠房頂拱巖體層面近直立，通過讀取鉆孔彩電緩傾角裂隙深度與產狀、性狀，并對所有相鄰鉆孔間、鉆孔與中導洞間裂隙連通性進行全面的搜索與分析，確定緩傾角裂隙特征。通過緩傾角裂隙組合模式，宏觀分析其對頂拱整體穩定性影響程度；通過較長大緩傾角裂隙與其他結構面組合是否構成塊體，分析其對頂拱局部穩定性影響程度。

關鍵詞：頂拱 緩傾角裂隙 連通性 穩定性 塊體

中圖分類號：TU19 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0014-01

烏東德水電站為一等大（Ⅰ）型工程，裝機容量10200 MW（12臺機組×85 MW）。右岸主廠房軸線方向為65 °，長×寬×高為333 m×32.5 m×90 m，頂板高程855 m，機窩底板高程765 m。為查明近直立巖層可能存在的隱性緩傾角裂隙及其對頂拱穩定性的可能影響，在已開挖完成的中導洞（長×寬×高為333 m×12 m×10 m）內進行補充勘探孔共16個，間距約20 m，單孔向上孔深20 m。

工作思路是在中導洞布置垂直向上的勘探孔，利用高清數字鉆孔彩電對頂板所有緩傾角裂隙進行搜索、定位，再結合中導洞頂拱施工地質編錄成果，經綜合分析后，確定頂板較長大緩傾角裂隙的位置及其對頂拱穩定性的影響。

1 工程地質條件

地下廠房所巖性為落中厚～厚層灰巖、白云巖及大理巖，巖層走向與洞軸線夾角以10～30 °為主；巖層近直立，傾角75～85 °。斷層不發育，規模小，皆為陡傾角，只有一條規模相對較大，其他皆為裂隙性斷層；層面間絕大多數緊密接觸；裂隙總體不發育，規模小，延伸長度多在10 m以內；裂隙走向以近SN向為主，與廠房軸線交角較大，多傾W，以中傾角為主，其優勢產狀為271 °∠50 °；裂隙面一般平直粗糙，多充填方解石，閉合或微張，少部分溶蝕充泥鈣質、碎屑夾泥。巖體絕大多數呈微新狀，局部沿結構面見溶蝕風化。巖溶不發育，僅局部見順層小溶洞或小溶縫。圍巖類別為Ⅱ類和Ⅲ類。

2 緩傾角裂隙特征分析

通過鉆孔彩電揭露的長度>0.1 m即穿過孔壁的所有緩傾角裂隙，利用物探彩色電視軟件長盛或固德，讀取其深度與產狀、性狀，并對所有相鄰鉆孔（間距20 m）間裂隙連通性進行搜索與分析。

2.1 產狀特征

對緩傾角裂隙進行玫瑰花圖統計，產狀較為分散，相對較多為226～297 ° ∠20～30 °，緩傾角走向與在廠房軸線方向夾角多較大。

2.2 充填物分類

根據鉆孔彩電，結構面按充填物特征及溶蝕風化程度為兩類六亞類，絕大多數即占整個緩傾角裂隙的90%是硬性結構面，充填物較多充填方解石，還有部分浸染色變或無充填；少部分即占10%為軟弱結構面，受局部溶蝕影響，充填泥鈣質薄膜、碎屑夾泥、泥夾碎屑，該類緩傾角裂隙只有6條。

2.3 發育密度

沿鉛直方向的線密度為0.18條/m；可以延伸至相鄰鉆孔的較長大緩傾角裂隙沿鉛直方向的線密度為0.0125條/m、平均間距約80 m。

2.4 裂隙連通分析

對相鄰鉆孔間緩傾角裂隙連通性進行全面的搜索與分析，以傾向差<30 °，傾角差<10 °，投影距離差<5 m，同為硬性或軟弱結構面，即認為兩條緩傾角裂隙可連通，為較長大緩傾角裂隙（以較長大緩傾角裂隙YCL4為例，見表1）。同理對貫穿中導洞頂拱的裂隙，與鉆孔裂隙進行連通分析。

搜索結果表明只有7條可在相鄰鉆孔間連通，亦即只有7條較長大的緩傾角裂隙（YCL1～YCL7）。60條緩傾角裂隙中，只有7條的緩傾角裂隙較長大，這表明緩傾角裂隙多較短小。

2.5 特征綜述

緩傾角裂隙特征總體特征為：緩傾角裂隙不發育；絕大多數為硬性結構面；絕大多數延伸不長，只有7條較長大緩傾角裂隙。

3 緩傾角裂隙對頂拱整體穩定性影響分析與評價

頂拱緩傾角裂隙不發育且多較短小，于頂拱模式為上游側不連續緩傾角裂隙，下游側層面，內側與外側無控制結構面切割，僅可能為隨機裂隙，不能組合形成確定性或定位塊體；緩傾角裂隙主要位于拱圈內，拱圈處于受壓狀態，并處于系統錨桿錨固范圍內。宏觀評價緩傾角裂隙對頂拱整體穩定性不存在影響。

4 緩傾角裂隙對頂拱局部穩定性影響分析與評價

頂拱緩傾角裂隙可分為兩類。第一類即短小的緩傾角裂隙：該類短小緩傾角裂隙延伸長一般3～9 m，其可能與其他結構面構成最大埋深小于4.5 m的隨機小塊體。由于主廠房頂板系統錨桿長6 m和9 m相間布置，間距僅1.5 m，加上頂拱另有掛網噴護，因此該類短小緩傾角裂隙與其他結構面構成的隨機小塊體皆已處理，不會影響下臥開挖過程中的施工安全和以后運行期的安全。

第二類即較長大緩傾角裂隙：共有7條，其對頂拱穩定性的可能影響分為兩種情況：一是與其他結構面構成塊體；二是沒有構成明顯的塊體。結構面組合表明：僅較長大緩傾角裂隙YCL2與緩傾角裂隙T48、斷層f42組合形成塊體，方量約380 m3，最大埋深約5 m，穩定性較差，需進行錨索加固，其余均未組合形成塊體，考慮到其延伸較長大，對該段范圍內的頂拱巖體進行適當加強支護。

5 結語

烏東德水電站右岸主廠房裂隙特征與連通性分析表明：緩傾角裂隙不發育；絕大多數為硬性結構面；絕大多數延伸不長，只有7條較長大緩傾角裂隙。緩傾角裂隙組合模式分析表明對頂拱整體穩定性不存在影響；較長大緩傾角裂隙與其他結構面組合分析表明，僅有一條緩傾角組合形成塊體，其余均未組合形成塊體。

參考文獻

[1] 丁秀麗.陡傾角沉積巖地層中大型地下廠房開挖圍巖變形失穩特征和反饋[J].巖石力學與工程學報，2008，27（10）：2019-2026.

[2] 樊啟祥，王義鋒.向家壩水電站地下廠房緩傾角層狀圍巖穩定分析[J].巖石力學與工程學報，2010，29（7）：1307-1313.endprint