陳嘉國　陳貴文

【摘 要】目前，由于我國近些年水電工程施工數(shù)量較多，很多工程環(huán)境各不相同，因而影響水電站地下洞室安全的因素也逐漸的增大，其中塊狀的穩(wěn)定性是影響水電站地下洞室安全的主要因素。所以，在進行地下洞室開挖時，對于地下洞室的整體穩(wěn)定性研究是十分重要的，本文通過對地下洞室和巖體應力變化的主要內容進行簡要的分析，對地下洞室塊體的穩(wěn)定性進行了一定的研究。

【關鍵詞】水電站；地下洞室；巖體應力；塊體；穩(wěn)定性

在水利工程中，地下洞室的開挖有著十分重要的意義，它的安全問題直接關注到整個水利工程的質量，因此在進行地下洞室開挖的時候，我們必須要保證對地下洞室的各個工程環(huán)境因素進行勘察，確保地下洞室的安全性得到保障，這樣也有利于我國水利工程的發(fā)展。其中巖塊的穩(wěn)定性是影響水利工程地下洞室安全的重要因素，而巖體的穩(wěn)定性和地下洞室?guī)r體的應力變化有關，因此我們進行分析討論的時候，一定要對其地下洞室的巖體應力進行一定程度的分析。下面我們就以實際案例為例來對其進行系統(tǒng)的分析和處理。

1.地下洞室的概述

地下洞室泛指于在地表以下巖土體中修建的各種形式和用途的建筑。地下洞室是巖土工程中的重要組成部分，廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、交通、采礦、水利水電、國防等部門，如作為地下工廠、交通隧道、礦山巷道、水電站地下廠房、地下商場、儲備倉庫、地下防空洞等等。

地下洞室的共同特點是：都建設在地下巖土體內，具有一定斷面形狀和尺寸，并有較大延伸長度。地下洞室的斷面形狀一般有曲線型、折線型和兩者的組合型。地下洞室斷面形狀的選擇，應考慮洞室的用途和服務年限、洞室的圍巖性質、巖土體地應力的分布特征；洞室的支護或襯砌方式和材料等因素綜合確定。一般地來講，曲線型洞室（圓形、橢圓形和馬蹄形等）的穩(wěn)定性較好，對周圍巖土體的穩(wěn)定有利。折線型洞室（矩形、方形和梯形等）的斷面利用率高、施工方便、開挖工藝簡單。洞室的尺寸主要取決于洞室的用途，一般性隧道高（或寬）在3 m-5m，有些可達20m以上，而地下廠房的斷面則要大得多，一般高度可達60m-70m，寬度在20m-35m之間。洞室可分為過水的和不過水的（如交通隧洞）兩大類。

洞室周圍的巖土體通稱圍巖。狹義上，圍巖常指洞室周圍受到開挖影響，大體相當?shù)叵露词覍挾然蚱骄睆?倍左右范圍內的巖土體。由于初始地應力的存在，洞室開挖勢必打破原來巖（土）體的自然平衡狀態(tài)，引起洞室周圍一定范圍內的巖（土）體應力重新分布，有的圍巖的強度能夠適應變化后的應力狀態(tài)，可不采取任何人力措施，便能保持洞室穩(wěn)定；但有時因圍巖強度低，或其中應力狀態(tài)的變化大，以致圍巖不能適應變化后的應使巖土體產生變形、位移，甚至破壞，若不加固或加固而未保證質量，都會引起破壞事故，對施工、運營造成危害。工程中將洞室開挖后周圍發(fā)生應力重新分布的巖（土）體稱為圍巖。

地下洞室突出的工程地質問題是圍巖穩(wěn)定問題。尤其象地下飛機庫、大跨度引水隧洞和水電站地下廠房等大型洞室的因巖穩(wěn)定性，常常是工程地質研究的重點；礦山采空區(qū)常出現(xiàn)獨特的工程地質現(xiàn)象。國內外建筑史上因洞室圍巖失穩(wěn)而造成的事故，為數(shù)不少。如澳大利亞悉尼輸水壓力隧洞，混凝土襯砌。使用期間在300m長的地段上，發(fā)現(xiàn)洞內有壓水大量滲入圍巖而達地表。放空檢修發(fā)現(xiàn)在100m的內水水頭作用下，襯砌被破壞，洞頂圍巖被掀起，出現(xiàn)裂縫，錯開距離多達1.0-2.0cm。

2.塊體理論

巖體的穩(wěn)定性的分析方法有很多種，塊體理論就是其中的一種，并且由于這種理論對巖體結構和力學指標，都有著比較系統(tǒng)的分析，因此目前在水電站的地下工程中得到了廣泛的應用。當在進行地下洞室開挖時，對已知的巖體結構和工程作用力進行一定的分析處理，而且將洞室四周和洞室頂部不穩(wěn)定巖塊的應力，作為工程處理的依據，并且對其進行逐步的開展了一系列的穩(wěn)定研究。而且據地下洞室?guī)r體的相關規(guī)律，我們可以了解到當?shù)叵露词規(guī)r體的徑向應力開始減少時，切向應力也開始在增大，而局部的應力也開始的集中，因此我們可以將地下洞室的巖體穩(wěn)定性，看成一種穩(wěn)定的變量，當其中的一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題的時候巖體的穩(wěn)定性也會發(fā)生變化。因此，在運用塊體理論對地下洞室的塊體的應力進行分析的時候，我們主要從塊體的穩(wěn)定性和活動性進行分析處理。

2.1塊體的穩(wěn)定性

在進行塊體穩(wěn)定性進行研究的時候，發(fā)現(xiàn)影響塊體的穩(wěn)定性的因素有很多，其中做主要的因素就是塊體的中存在的靜滑力，而對巖塊靜滑力的變化的因素主要包括主動力合力、作用于歡動的法相反作用力和滑動面上的切向摩阻力合力等各方面因素，因此在對塊體的穩(wěn)定性進行檢測的時候，我們就通過這些方面的因素，進行計算研究，當計算結果為正值的時候，這塊體的穩(wěn)定性就存在著不足，而為負值的時候你就表面滑動面上的應力小于摩擦阻力，因此地下洞室就處于一個平衡的狀態(tài)。

2.2塊體的活動性

由于地殼在進行不同的運動，水電站的地下洞室的塊體就具有一定的活動性。目前，在地下洞室塊體的運動中，主要存在著三種不同的活動方式，它們分別是直接掉落的方式、沿單面滑面滑動的方式和沿雙滑面滑動的方式。直接掉落的十分主要是和塊體的運動方向，當主動力的合力方向和可動巖塊的運動方向相同時，塊體就會出現(xiàn)直接掉落的現(xiàn)象；沿單滑面滑動則是指塊體的運動方向和某一結構面平行作用而產生滑落的現(xiàn)象，這主要使得和主動合力在某一平面的投射方向有關。而雙向滑面滑動則和單向滑動的原理有著類似的關系，但是由于塊體的作用面和主動合力的投射方向不同，而進行雙面的滑動。

3.某地下洞室開挖圍巖應力場的演化

某水電站地下洞室開挖前，地層處于彈性狀態(tài)，在開挖初期，圍巖應力場相比于最初的應力場變化不大，構造應力較高，洞室內可動塊體基本處于極限布的演化，主廠房內層的巖體由于應力釋放形成松動圈，這種圍巖條件，塊體賦存的應力環(huán)境發(fā)生了改變，在沒有支護和襯砌等加固措施時，這些可動塊體只受自身重力和結構面摩擦力、粘聚力的作用，穩(wěn)定性降低，部分塊體穩(wěn)定性會降低到臨界狀態(tài)之下發(fā)生破壞。

4.某地下洞室塊體穩(wěn)定性分析

某水電站地下洞室主軸方向為NE25。長297m，寬30-m，高57.1 m。地應力大小為21～23MPa，SN方向13-14 MPa，豎直方向79 MPa，WE方向。根據塊體理論，依據地下洞室編錄圖對洞室進行塊體穩(wěn)定性分析，得到的兩種應力狀態(tài)下關鍵塊體的穩(wěn)定性見表1。計算表明，在不考慮圍巖應力場作用時，地下洞室分布的8個可動塊體穩(wěn)定性均有不同程度的降低，并且塊體開始運動后滑移方向發(fā)生改變。其中11、86、87號塊體由原來的穩(wěn)定狀態(tài)轉化到不穩(wěn)定狀態(tài)，40號塊體穩(wěn)定性降低到0，直接掉落。在地下洞室開挖初期塊體穩(wěn)定性系數(shù)較大，隨著時間的推移，滑動方式發(fā)生改變，穩(wěn)定性降低，甚至發(fā)生破壞，表明塊體穩(wěn)定性不是～成不變的，而是隨圍巖應力演化狀態(tài)變化的過程而改變。

5.結論

由此樂見，在進行地下洞室開挖前，整個洞室的圍巖都是處于應力調整的階段，而且各種彈性應力都還沒有進行完全的釋放，因此要從巖體的整體性的各方面的穩(wěn)定性進行研究，然后在施工開挖過程中進行應力的提供，以免在施工工程中對洞室?guī)r體的穩(wěn)定性進破壞從而導致，整個建筑工程都受到影響。所以，為了保障水利工程中各個項目都能正常運行，我們就要對水利工程的地下洞室的穩(wěn)定性進行合理的研究，從而保證地下洞室的安全。

【參考文獻】

[1]李素梅.塊體理論在巖石路塹邊坡穩(wěn)定分析中的運用[J].云南交通科技，2003（04）.

[2]許傳華，任青文，李瑞.地下工程圍巖穩(wěn)定性分析方法研究進展[J].金屬礦山，2003（02）.