王斌，董志宏，劉元坤，韓曉玉，艾凱，齊放

摘要：為研究湖南桂陽(yáng)抽水蓄能電站高壓引水隧洞穩(wěn)定性，在工程區(qū)開(kāi)展了高壓壓水試驗(yàn)和地應(yīng)力測(cè)試，定量描述了隧洞圍巖在高內(nèi)水壓力作用下的滲透特性，分析了整個(gè)工程區(qū)特別是重要工程部位的巖體應(yīng)力狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)圍巖條件、抗抬理論準(zhǔn)則、最小主應(yīng)力準(zhǔn)則、滲透準(zhǔn)則評(píng)價(jià)了高壓引水隧洞的滲透穩(wěn)定性。結(jié)果表明：① 工程區(qū)水平主應(yīng)力大小總體上隨深度的增加而增大，3個(gè)主應(yīng)力之間的關(guān)系為SH>SZ>Sh，屬于走滑型應(yīng)力狀態(tài)，鉆孔附近地殼淺表層的最大水平主應(yīng)力方位平均為NW32°，高壓岔管及廠(chǎng)房區(qū)域?qū)僦械?低地應(yīng)力區(qū)。高壓壓水試驗(yàn)結(jié)果顯示隧洞圍巖屬于弱至微透水巖體；② 高壓引水隧洞各洞段具有足夠的埋深條件，滿(mǎn)足抗抬理論準(zhǔn)則，同時(shí)隧洞圍巖的抗?jié)B透能力及抗水力劈裂能力均較好，基本滿(mǎn)足鋼筋混凝土襯砌方案的要求。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站； 高壓引水隧洞； 地應(yīng)力測(cè)量； 高壓壓水試驗(yàn)； 隧洞穩(wěn)定性

中圖法分類(lèi)號(hào)：TV672；TV221? ? ? ? ? ? ? ? ? ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ??DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.03.008

文章編號(hào)：1006-0081（2024）03-0047-07

0引言

隨著電力供需矛盾日益突出，電網(wǎng)調(diào)峰填谷任務(wù)日趨繁重，抽水蓄能電站建設(shè)因其利于電力資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)而得到了快速發(fā)展［1］。抽水蓄能電站工作水頭較高，常采用高壓引水隧洞及高壓岔管結(jié)構(gòu)，其圍巖往往存在高滲壓差、高水力梯度引發(fā)的滲透破壞或失穩(wěn)問(wèn)題。巖體的透水率及劈裂臨界壓力是滲流分析及滲控效應(yīng)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)參數(shù)，其與節(jié)理裂隙的空間展布情況、巖層結(jié)構(gòu)以及原地應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)［2］。其中，隧洞圍巖最小主應(yīng)力大小既決定圍巖抗水力劈裂能力，又是決定高壓隧洞及高壓岔管能否采用鋼筋混凝土襯砌的依據(jù)。為了準(zhǔn)確掌握巖體在高滲壓作用下的滲透特性和滲透穩(wěn)定性，中國(guó)許多已建和在建的抽水蓄能電站均對(duì)引水系統(tǒng)圍巖進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)高壓壓水試驗(yàn)和地應(yīng)力測(cè)量。周敏等［3］對(duì)呼和浩特抽水蓄能電站高岔區(qū)巖體進(jìn)行了鉆孔高壓壓水試驗(yàn)，獲得了巖體在不同壓力作用下滲透特性的變化規(guī)律。蔣中明等［4］結(jié)合黑麋峰抽水蓄能電站巖體高壓壓水試驗(yàn)的滲壓及變形測(cè)試成果，采用多孔連續(xù)介質(zhì)耦合理論，研究了試驗(yàn)區(qū)巖體在壓水加壓和卸壓過(guò)程中的孔隙壓力和位移變化過(guò)程。李永松等［5］針對(duì)陽(yáng)江抽水蓄能電站高壓隧洞穩(wěn)定性問(wèn)題，在隧洞圍巖中開(kāi)展了高壓壓水試驗(yàn)，證明了高壓隧洞各洞段圍巖能完全承受內(nèi)水壓力，給出了采用鋼筋混凝土襯砌方案的建議。前人研究成果為了解高壓引水隧洞在內(nèi)水壓力作用下巖體的穩(wěn)定性提供了諸多方法和思路，但大部分研究?jī)H側(cè)重于利用高壓壓水試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算巖體的透水率，進(jìn)而研究巖體的滲透特性，較少根據(jù)工程區(qū)的圍巖等級(jí)、高壓引水隧洞上覆巖體厚度、最小主應(yīng)力與內(nèi)水壓力的關(guān)系等對(duì)高壓引水隧洞的滲透穩(wěn)定性進(jìn)行綜合研究。桂陽(yáng)抽水蓄能電站發(fā)電額定水頭413 m，輸水系統(tǒng)總長(zhǎng)約3 826 m，地下廠(chǎng)房區(qū)地面高程420～520 m，洞室群埋深350～450 m，相比其他抽水蓄能電站具有輸水系統(tǒng)線(xiàn)路長(zhǎng)、地下廠(chǎng)房位置埋深大及承受水頭壓力大的特點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)中需著重考慮引水隧洞穩(wěn)定性對(duì)電站建設(shè)運(yùn)行的影響。

為了研究湖南省桂陽(yáng)抽水蓄能電站安全運(yùn)行時(shí)引水線(xiàn)路的圍巖穩(wěn)定性，在工程區(qū)地下廠(chǎng)房深鉆孔開(kāi)展了高壓壓水和地應(yīng)力試驗(yàn)，并結(jié)合工程設(shè)計(jì)方案定量描述了隧洞圍巖在高內(nèi)水壓力作用下的滲透特性，分析了重要工程部位的巖體應(yīng)力分布。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)圍巖條件、抗抬理論準(zhǔn)則、最小主應(yīng)力準(zhǔn)則、滲透準(zhǔn)則，全面評(píng)價(jià)了高壓引水隧洞的滲透穩(wěn)定性，并基于上述結(jié)果，討論了引水隧洞管線(xiàn)的襯砌方案。研究成果可為在建抽水蓄能電站高壓引水隧洞穩(wěn)定性分析提供參考。

王斌 等湖南省桂陽(yáng)抽水蓄能電站高壓引水隧洞穩(wěn)定性分析

1工程概況

湖南桂陽(yáng)抽水蓄能電站發(fā)電額定水頭413 m，初擬裝機(jī)容量為4×300 MW，總裝機(jī)容量1 200 MW，發(fā)電小時(shí)數(shù)6 h，樞紐工程由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)建筑物、地下廠(chǎng)房洞室群、開(kāi)關(guān)站等組成，為日調(diào)節(jié)電站。輸水系統(tǒng)總長(zhǎng)約 3 538.1 m，其中引水系統(tǒng)長(zhǎng)1 904.2 m，尾水系統(tǒng)長(zhǎng)1 633.9 m（圖1），地下廠(chǎng)房洞室群埋深350～380 m。工程區(qū)位于大義山南部地區(qū)華南褶皺系的湘桂褶皺帶內(nèi)，巖性主要為燕山期黑云母花崗巖，屬堅(jiān)硬巖類(lèi)，圍巖類(lèi)別以Ⅰ、Ⅱ類(lèi)為主，斷層破碎帶以Ⅲ類(lèi)為主，局部夾少量Ⅳ類(lèi)。

2水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量方法及結(jié)果

水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量方法是國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)于2003年發(fā)布的測(cè)定巖石應(yīng)力的建議方法之一［6］，該方法不需要巖石的力學(xué)參數(shù)參與計(jì)算，并具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)試周期短、測(cè)試深度大和測(cè)試結(jié)果可靠等特點(diǎn)，在水電工程、交通工程、能源工程中得到了廣泛應(yīng)用，取得了許多研究成果［7-10］。此次研究中的深鉆孔位于湖南省桂陽(yáng)抽水蓄能電站工程區(qū)地下廠(chǎng)房位置，鉆孔終孔深度為415.1 m，靜水位為30.0 m。鉆探巖心揭示巖性為燕山期灰白色黑云母花崗巖，鉆孔巖心整體較完整，節(jié)長(zhǎng)10～200 cm?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量主要在100 m以下展開(kāi)，采用單回路水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，共計(jì)完成12段有效壓裂測(cè)試和3段有效印模測(cè)試。獲得的有效壓裂曲線(xiàn)均較標(biāo)準(zhǔn)，具有比較明顯的破裂壓力，且裂縫重張、閉合所對(duì)應(yīng)的壓力點(diǎn)清晰明確，可用以確定各壓力參數(shù)值和水平主應(yīng)力值。

由實(shí)測(cè)所得的壓力-時(shí)間記錄曲線(xiàn)可直接得到巖石的破裂壓力Pb、瞬時(shí)關(guān)閉壓力Ps以及裂縫的重新張開(kāi)壓力Pr，再根據(jù)水壓致裂法原理［6］計(jì)算出最大水平主應(yīng)力SH以及垂向應(yīng)力SZ：

Sh=Ps（1）

SH=3Ps-Pr-P0（2）

SZ=ρgh（3）

式中：Sh為最小水平主應(yīng)力，MPa；P0為孔隙壓力，MPa；ρ為巖石密度，kg/m3；g為重力加速度；h為上覆巖石埋深，m。

利用公式（2）計(jì)算最大水平主應(yīng)力時(shí)，Ps的取值誤差將放大SH的結(jié)果。目前，比較常用的Ps取值方法有單切線(xiàn)法、dp/dt法、dt/dp法、Mauskat方法等［11-12］，本文采用單切線(xiàn)法、dp/dt法、dt/dp法判讀關(guān)閉壓力參數(shù)并取平均值［13］。水壓致裂地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，具體地應(yīng)力測(cè)量壓裂曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

2.1水平主應(yīng)力隨深度變化規(guī)律

基于表1測(cè)量結(jié)果，在114.3～412.0 m測(cè)量深度范圍內(nèi)，統(tǒng)計(jì)測(cè)段的最大水平主應(yīng)力為7.6～13.2 MPa，最小水平主應(yīng)力為4.8～8.8 MPa，垂向應(yīng)力為3.0～10.9 MPa，各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力分布規(guī)律較明顯，應(yīng)力量值隨深度呈線(xiàn)性增加。測(cè)試深度范圍內(nèi)最大水平主應(yīng)力方向側(cè)壓系數(shù)SH/Sz為1.0～2.5，巖體水平應(yīng)力總體大于垂向應(yīng)力，隨著深度增加，側(cè)壓系數(shù)總體變小，最小水平應(yīng)力與垂向應(yīng)力在量值上逐漸接近，表明垂向應(yīng)力的作用加強(qiáng)。高壓岔管及廠(chǎng)房區(qū)域（孔深330～388 m段）最大水平主應(yīng)力為9.6～11.9 MPa，最小水平主應(yīng)力值為7.2～8.3 MPa，垂向應(yīng)力為8.7～10.3 MPa，屬中等至低地應(yīng)力區(qū)。對(duì)測(cè)深范圍內(nèi)結(jié)果進(jìn)行線(xiàn)性擬合，獲得水平主應(yīng)力量值隨孔深（H）變化關(guān)系如式（4）～（5）所示，并給出研究區(qū)的主應(yīng)力值隨深度變化曲線(xiàn)（圖3）。整體來(lái)看，ZK1鉆孔中最大與最小水平主應(yīng)力值均隨測(cè)量深度的增加而增加，最大水平主應(yīng)力值隨深度增加的梯度為0.015 0 MPa/m，最小水平主應(yīng)力值隨深度增加的梯度為0.011 9 MPa/m，其線(xiàn)性回歸方程為

SH=0.0150H+5.27，R2=0.6774（4）

Sh=0.0119H+3.31，R2=0.8228（5）

Sz=0.0264H（6）

式中：H為鉆孔深度；R2為回歸方程相關(guān)系數(shù)。

為了更好地認(rèn)識(shí)研究區(qū)現(xiàn)今的應(yīng)力狀態(tài)，將測(cè)試結(jié)果同南北地震帶北段、華北地區(qū)、青藏地塊以及中國(guó)大陸整體的地應(yīng)力狀態(tài)研究成果進(jìn)行了對(duì)比分析（表2）。結(jié)果表明：研究區(qū)總體應(yīng)力水平低于中國(guó)大陸、華北地區(qū)及南北地震帶北段的應(yīng)力水平，主要原因可能是研究區(qū)地應(yīng)力狀態(tài)的形成受區(qū)域斷裂的影響，是局部構(gòu)造和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)共同作用的結(jié)果。由Anderson斷層理論［18］，結(jié)合圖3判斷，電站工程區(qū)地殼淺部3個(gè)主應(yīng)力間的關(guān)系總體表現(xiàn)為SH>SZ>Sh，反映了工程區(qū)以水平應(yīng)力為主導(dǎo)的應(yīng)力場(chǎng)特征，地應(yīng)力結(jié)構(gòu)有利于走滑斷層的發(fā)育和活動(dòng)。

2.2最大水平主應(yīng)力方向

采用水壓致裂印模系統(tǒng)獲得研究區(qū)最大水平主應(yīng)力方向值，結(jié)果見(jiàn)表1，應(yīng)力方向的分布范圍為N26°W～N40°W，主應(yīng)力方向分布較為集中。對(duì)比基于GPS觀(guān)測(cè)獲得的該區(qū)地殼現(xiàn)今速度場(chǎng)方向［19］，發(fā)現(xiàn)兩者基本一致。已有研究表明，中國(guó)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的分布與其周?chē)鍓K的動(dòng)態(tài)效應(yīng)密切相關(guān)。中國(guó)大陸板塊受到外部板塊（印度板塊和太平洋板塊）的推擠，推擠速度為每年數(shù)厘米，同時(shí)受到了西伯利亞板塊和菲律賓板塊的約束。在這樣的邊界條件下，板塊發(fā)生變形，產(chǎn)生水平擠壓應(yīng)力場(chǎng)。從中國(guó)華南區(qū)域主壓應(yīng)力場(chǎng)的方向可以看出［20］，湖南地區(qū)主要受菲律賓海板塊NWW向的推擠作用，其次才受太平洋板塊向西俯沖的影響，從菲律賓板塊與中國(guó)大陸板塊的碰撞邊界開(kāi)始，整個(gè)華南應(yīng)力場(chǎng)主要表現(xiàn)出NW～NWW向，與GPS資料顯示華南地區(qū)現(xiàn)今最大主壓應(yīng)力方向?yàn)镹W（NWW）～SE（SEE）相吻合。因此本文實(shí)測(cè)的最大水平主應(yīng)力方向（NW）與工程區(qū)附近的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向表現(xiàn)一致。

3高壓壓水試驗(yàn)方法及結(jié)果

高壓壓水試驗(yàn)是一種在鉆孔中進(jìn)行的巖體原位高壓滲透試驗(yàn)，其目的是測(cè)定在實(shí)際水頭壓力下巖體的透水率和滲透特性［2］。為研究引水隧洞圍巖在高水頭作用下的透水性和滲透穩(wěn)定性、確定圍巖承載能力，對(duì)工程區(qū)ZK1鉆孔進(jìn)行了高壓壓水測(cè)試。測(cè)試采用雙止水栓塞循環(huán)式試驗(yàn)方法?；贜B/T 35113-2018《水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》高壓壓水試驗(yàn)最多采用11個(gè)壓力階段（孔口壓力），分別為1.2，2.4，3.6，4.8，6.0，7.0，6.0，4.8，3.6，2.4，1.2 MPa。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的壓力P和流量Q計(jì)算各試驗(yàn)孔段的巖體透水率（q），確定P-Q曲線(xiàn)類(lèi)型。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，P-Q曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

高壓壓水試驗(yàn)結(jié)果顯示，265.3～269.7 m測(cè)段，聲波測(cè)試波速Kv為5 025 m/s，為完整巖體，巖心未見(jiàn)明顯裂隙發(fā)育，透水率范圍為0～1.28 Lu；280.3～284.7 m測(cè)段，聲波測(cè)試巖體完整性系數(shù)為0.76，為完整巖體，巖心未見(jiàn)明顯裂隙發(fā)育，透水率為0～0.84 Lu；292.3～296.7 m測(cè)段，聲波測(cè)試Kv為5 025 m/s，為完整巖體，巖心裂隙發(fā)育0.5條/m，透水率為0～1.47 Lu；307.3～311.7 m測(cè)段，聲波測(cè)試Kv為3 803 m/s，為完整巖體，巖心裂隙發(fā)育1～3條/m，透水率為0～1.49 Lu；319.3～323.7 m測(cè)段，聲波測(cè)試Kv為4 896 m/s，為完整巖體，巖心裂隙發(fā)育1～3條/m，透水率為0～0.42 Lu；331.3～335.7 m測(cè)段，聲波測(cè)試Kv為5 017 m/s，為完整巖體，巖心未見(jiàn)明顯裂隙發(fā)育，透水率范圍為0～0.57 Lu；346.3～350.7 m測(cè)段，裂隙較發(fā)育，透水率范圍為0～1.47 Lu；367.3～371.7 m測(cè)段，聲波測(cè)試Kv為4 840 m/s，為完整巖體，巖心未見(jiàn)明顯裂隙發(fā)育，透水率范圍為0～2.14 Lu；382.3～386.7 m測(cè)段，聲波測(cè)試Kv為5 019 m/s，為完整巖體，巖心未見(jiàn)明顯裂隙發(fā)育，透水率范圍為0～1.46 Lu；402.5～406.7 m測(cè)段，裂隙較發(fā)育，透水率范圍為 0～1.65 Lu。

綜上，采用測(cè)試孔段最大分級(jí)壓力計(jì)算的透水率范圍為0.42～2.14 Lu（圖5），測(cè)試深度范圍巖性主要為微風(fēng)化-新鮮黑云母花崗巖。按照巖體滲透性分級(jí)（透水率0.1～1.0 Lu為微透水，1.0～10.0 Lu為弱透水），得到微透水孔段3段，弱透水7段，因此該鉆孔所在位置巖體整體為弱透水地層。P-Q曲線(xiàn)類(lèi)型不統(tǒng)一，其中319.3～323.7 m測(cè)段為C型（擴(kuò)張型），即升壓曲線(xiàn)凸向P軸，降壓曲線(xiàn)與升壓曲線(xiàn)基本重合，反映出該測(cè)段巖體在長(zhǎng)時(shí)間的高壓作用下，盡管發(fā)生了變形，但并非為不可恢復(fù)的永久變形，P-Q曲線(xiàn)仍處于彈性范圍內(nèi)。其余測(cè)段為D型（沖蝕型），即升壓曲線(xiàn)凸向P軸，降壓曲線(xiàn)與升壓曲線(xiàn)不重合，呈順時(shí)針環(huán)狀，這種巖體變形是永久性、不可逆的，主要是由于裂隙中的充填物被沖蝕調(diào)整，導(dǎo)致巖層發(fā)生了非彈性變形。

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算和管路壓力損失試驗(yàn)，本工程所用試驗(yàn)管路為內(nèi)徑約70 mm的繩索取芯鉆桿，在最大流量狀態(tài)下，測(cè)試系統(tǒng)管路沿程損失接近0，因此管路壓力損失不計(jì)。按照最小劈裂壓力Pmin的取值方法，即節(jié)理開(kāi)始張開(kāi)、流量明顯啟動(dòng)時(shí)的對(duì)應(yīng)壓力，在265.0～406.7 m深度范圍內(nèi)，各測(cè)段最小劈裂壓力的范圍為6.7～9.2 MPa，均大于工程對(duì)應(yīng)高程位置的1.2倍最大毛水頭（6 MPa），滿(mǎn)足抗劈裂要求。

4高壓隧洞穩(wěn)定性分析

4.1圍巖條件

高壓引水隧洞的圍巖要承受相對(duì)較大的上覆巖體自重、初始地應(yīng)力以及高內(nèi)水壓力的作用，其承擔(dān)內(nèi)水壓力的能力主要與2個(gè)因素相關(guān)：① 圍巖與襯砌材料的變形互饋性，互饋條件越好，圍巖承擔(dān)內(nèi)水壓力的能力越大；② 圍巖變形模量與襯砌材料的彈性模量之比，比值越大即代表圍巖承擔(dān)內(nèi)水壓力的能力越大［5］。該抽水蓄能電站高壓隧洞通過(guò)的圍巖巖性主要為印支期-燕山早期的黑云母花崗巖，巖體主要呈中深相巖基或巖株產(chǎn)出，巖體完整（表4）。樞紐區(qū)5 km范圍內(nèi)斷層構(gòu)造不發(fā)育，工程區(qū)構(gòu)造形跡以規(guī)模不大的斷層和節(jié)理為主，主要為Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面，個(gè)別發(fā)育有Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面，工程地質(zhì)條件較好，利于高壓引水隧洞圍巖穩(wěn)定。

4.2抗抬理論準(zhǔn)則

抗抬理論準(zhǔn)則指高壓引水隧洞沿線(xiàn)必須有足夠厚度的上覆巖體，且最小上覆巖體厚度不包括全、強(qiáng)風(fēng)化巖體：高壓引水隧洞上覆巖體自重大于或等于內(nèi)水壓力，以保證圍巖在最大內(nèi)水壓力作用下不發(fā)生抬動(dòng)［21］。該準(zhǔn)則主要用于地質(zhì)條件較好、巖體堅(jiān)硬完整、節(jié)理裂隙不發(fā)育的硬巖工程區(qū)，計(jì)算公式如下：

γrDcosα >KγwH

式中：γr，γw分別為巖體和水的重度，kN/m3，分別取26.4 kN/m3和10 kN/m3；D為最小覆蓋厚度，m；H為最大內(nèi)水壓力水頭，m；K為安全系數(shù)；α為坡面傾角。

挪威、瑞典等國(guó)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是隧洞覆蓋比達(dá)到0.6～1.0，相當(dāng)于KN＝1.5以上的安全系數(shù)，這一標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已廣泛用于各類(lèi)工程實(shí)踐。湖南桂陽(yáng)抽水蓄能電站高壓引水隧洞位于花崗巖體中，地表風(fēng)化層較薄，因此從地表計(jì)算覆蓋厚度D，分別對(duì)上平段、上斜段、中平段、下斜段中點(diǎn)，下平段及高壓岔管段中點(diǎn)進(jìn)行估算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5?？梢钥闯?，由于地形坡度一般為10°～31°，隧洞側(cè)向圍巖厚度等于或大于垂直厚度，因此從地形條件上，高壓引水隧洞具有足夠的埋深條件，滿(mǎn)足抗抬理論準(zhǔn)則。

4.3最小主應(yīng)力準(zhǔn)則

裂隙巖體的承載能力，即劈裂臨界壓力與節(jié)理裂隙的空間展布情況、巖層結(jié)構(gòu)以及原地應(yīng)力狀態(tài)緊密相關(guān)［2］。在原地應(yīng)力、實(shí)際水頭壓力長(zhǎng)時(shí)間作用下，抽水蓄能電站的調(diào)壓井、高壓岔管、輸水隧洞圍巖內(nèi)的各組裂隙是否會(huì)產(chǎn)生水力劈裂關(guān)系到襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖穩(wěn)定。最小主應(yīng)力準(zhǔn)則建立在巖體中存在構(gòu)造應(yīng)力和自重應(yīng)力的基礎(chǔ)上，其原理是高壓引水隧洞圍巖某一點(diǎn)最小主應(yīng)力σ3大于該點(diǎn)相應(yīng)的內(nèi)水壓力P0，并有1.2～1.3倍的安全系數(shù)，從而保證內(nèi)水壓力不會(huì)劈裂圍巖，并由此確定隧洞的襯砌結(jié)構(gòu)類(lèi)型。湖南桂陽(yáng)抽水蓄能電站在下平段及高壓岔管位置，最大凈水頭為474 m，最小主應(yīng)力與內(nèi)水靜水頭之比約為1.8，滿(mǎn)足抗劈裂要求，在高壓岔管位置建議采用鋼筋混凝土襯砌方案。

4.4圍巖滲透性評(píng)價(jià)

圍巖滲透性評(píng)價(jià)是在高壓水流的長(zhǎng)時(shí)間作用下，評(píng)價(jià)圍巖是否會(huì)產(chǎn)生滲透變形破壞。根據(jù)SL 279-2002《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》，鋼筋混凝土襯砌高壓引水隧洞圍巖宜為Ⅰ、Ⅱ類(lèi)不透水或微透水圍巖，或經(jīng)高壓灌漿后圍巖透水率小于1.0 Lu，且滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求。該抽水蓄能電站根據(jù)高壓岔管附近鉆孔高壓壓水試驗(yàn)成果（表3），巖體透水率在0.42～2.14 Lu之間，平均透水率為 1.27 Lu，屬于弱至微透水巖體，說(shuō)明高壓岔管及廠(chǎng)房部位圍巖具有較好的抗?jié)B透性能，巖體裂隙不易與周邊裂隙貫通。此外，Ⅱ、Ⅲ類(lèi)圍巖的水力劈裂臨界壓力（按最小劈裂壓力Pmin判別）一般在6.7～9.2 MPa之間，平均為7.8 MPa，說(shuō)明高壓管道沿線(xiàn)圍巖的抗?jié)B透能力及抗水力劈裂能力均較好，基本滿(mǎn)足鋼筋混凝土襯砌方案的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件要求。

5結(jié)論

通過(guò)對(duì)湖南桂陽(yáng)抽水蓄能電站工程區(qū)開(kāi)展高壓壓水及地應(yīng)力測(cè)試，并結(jié)合圍巖條件、抗抬理論準(zhǔn)則、最小主應(yīng)力準(zhǔn)則、圍巖滲透性評(píng)價(jià)4個(gè)方面，分析了該電站高壓引水隧洞穩(wěn)定性，得出以下結(jié)論。

（1） 工程區(qū)水平主應(yīng)力大小總體上隨深度的增加而增大，3個(gè)主應(yīng)力之間的關(guān)系為SH>SZ>Sh，屬于走滑型應(yīng)力狀態(tài)，鉆孔附近地殼淺表層的最大水平主應(yīng)力方位平均為NW32°，高壓岔管及廠(chǎng)房區(qū)域?qū)僦械戎恋偷貞?yīng)力區(qū)。高壓壓水試驗(yàn)結(jié)果顯示隧洞圍巖屬于弱至微透水巖體。

（2） 高壓引水隧洞各洞段具有足夠的埋深條件，滿(mǎn)足抗抬理論準(zhǔn)則，同時(shí)隧洞圍巖的抗?jié)B透能力及抗水力劈裂能力均較好，基本滿(mǎn)足鋼筋混凝土襯砌方案的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件要求。

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（編輯：高小雲(yún)）

Stability analysis of high pressure tunnel of Guiyang Pumped Storage Power Station in Hunan Province

WANG Bin1，DONG Zhihong1，LIU Yuankun1，HAN Xiaoyu1，AI Kai1，QI Fang2

（1.Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of the Ministry of Water Resources，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Information and Communication Company of State Grid Hubei Electric Power Co.，Ltd.，Wuhan 430074，China）

Abstract：?In order to research the stability of the high-pressure tunnel of Guiyang Pumped Storage Power Station in Hunan province，high water-pressure test and in-situ stress test were conducted in the engineering area.The permeability characteristics of the tunnel under high internal water pressure was quantitatively described，and the stress state of the entire engineering area，especially the important engineering parts was analyzed.On this basis，the permeability stability of high-pressure tunnel was evaluated according to the surrounding rock conditions，lifting resistance theory criterion，minimum principal stress criterion and permeability criterion.The results indicated that： ① The magnitude of horizontal principal stresses in the engineering area were generally increased with the increase of depth，and the relationship of the three principal stresses was SH>SZ>Sh，which belonged to the strike-slip stress state.The maximum horizontal principal stress orientation of the shallow crust near the drilling hole was NW32° on average and the high-pressure bifurcated pipe and factory areas belonged to a medium-low stress zone.The high water-pressure test results showed that the surrounding rock of the tunnel belonged to weakly to slightly permeable rock mass.② Each section of the high-pressure tunnel had a sufficient burial depth conditions，meeting the theoretical criteria of uplift resistance.At the same time，the tunnel surrounding rock had a good impermeability and hydraulic fracturing resistance，basically meeting the requirements of the reinforced concrete lining scheme.

Key words：?pumped storage power station； high pressure water diversion tunnel； in-situ stress measurement； high water-pressure test； tunnel stability