丰宁抽水蓄能电站地下厂房围岩稳定性分析张恩宝孔张宇王兰普张顺利吕风英摘要：针对丰宁抽水蓄能电站，依据工程布置和施工期实际揭露地质条件建立了大型三维数值模型。利用围岩变形监测数据，采用GA+BP人工神经网络法和离散元软件3DEC，对地下厂房洞室群的围岩力学参数进行了反演分析。运用反演得到的相对最优力学参数分析了洞室群围岩稳定状况和支护受力特性。结果表明：洞室围岩整体稳定性和支护结构安全性是有保证的，但蚀变带影响区变位量值较大，浅表层局部块体稳定问题相对突出，应加强开挖过程控制和监测，制定好针对性的加强支护预案。该稳定分析方法可为类似地下洞室工程的开挖支护提供有益参考。关键词：地下厂房;围岩稳定;3DEC;正交试验设计;力学参数反演;神经网络;遗传算法;丰宁抽水蓄能电站中图法分类号：TV743文献标志码：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.08.0230引言大型地下厂房一般具有大埋深、大跨度、高边墙、群效应明显等特点[1-2]，其赋存环境和施工过程存在大量不确定因素，加上节理裂隙、断层及其破碎带等不良地质现象存在，洞室群的稳定性研究已然成为水电建设中最为关键的工程技术问题之一[3]。鉴于每个地下工程均具有自身的特殊性，针对不同工程地質特点，采用合适的数值方法和合理地确定岩体物理力学参数是洞室群稳定研究的前提和关键[4]。3DEC为美国ITASCA公司开发的基于离散模型显式单元法的三维离散元数值程序，适合于多块系统运动和大变形模拟计算，其突出特点是能逼真地描述岩体结构面的力学行为，被广泛应用于研究结构面控制问题。3DEC对连续体的求解方式与FLAC3D相同，且提供了忽略结构面的求解功能。因此3DEC适用范围更广泛，无论是结构面控制型工程，还是结构面-应力复合控制型工程，甚至是典型的地应力控制型工程，3DEC都能给出合理的解答。3DEC被广泛用于地下工程挖掘和岩石地基工程中节理岩体、断层、层理等结构影响的模拟估算，是研究由于存在不连续而引起潜在失稳的理想方法。因此3DEC非常适用于节理裂隙发育的地下洞室稳定分析[5]。丰宁抽蓄电站地下厂房花岗岩体中存在有蚀变带，开挖揭示洞周节理裂隙发育。本文通过系统地梳理分析洞室群地质条件，依据多点位移计监测成果，采用3DEC和GA+BP人工神经网络法，对洞室群的围岩力学参数进行了反演分析，评价了节理裂隙发育条件下洞室群围岩的整体稳定性及支护结构的合理性，可为类似地质条件下大型地下厂房稳定性评价提供参考[6-7]。1工程概况河北省丰宁抽蓄电站总装机容量3600MW（12×300MW），建成后将为世界最大抽水蓄能电站。工程规模为Ⅰ等大（1）型，主要永久建筑物为1级建筑物，次要永久建筑物为3级建筑物，分一、二期工程，两期同期建设。厂区建筑物主要由主厂房、主变洞、母线洞、交通电缆洞、排风系统、出线系统、通风洞、排水廊道及其他附属洞室等组成，主副厂房呈“一”字形布置，地下厂房开挖尺寸414.00m×25.00m×55.00m（长×宽×高）;主变洞开挖尺寸450.50m×21.00m×24.50m（长×宽×高）。地下厂房规模大，不同断面和不同功能的洞室在空间上互相交错，形成了庞大的地下洞室群。地下厂房系统位于滦河左岸，鞭子沟沟脑部位，与鞭子沟呈近60°角度斜交。岩性主要为三叠系干沟门单元中粗粒花岗岩，灰白色、肉红色，岩石具花岗结构，碎裂结构，块状构造。花岗岩体中存在有蚀变带，在构造带附近尤为严重，主要表现为岩体强度降低，岩石中的石英、长石等矿物蚀变，开挖揭示表明洞周节理裂隙发育[8-9]。2计算条件2.1计算模型数值模型包含了完整的河谷地形信息、厂区地质条件。模型范围X轴方向长度取600m，Y轴方向长度取800m，模型底部高程870m，顶部延伸至地表，单元总数约230万，cable锚索单元2889根（其中加强锚索575根）。主要考虑了f350、f370、f371、f3014、f375、f376、f3015、f3016、f3017、f3018、f3013等断层，同时根据最新地质揭示，厂房和主变洞共筛选了96条节理裂隙并采用界面单元进行精细模拟。山体整体模型见图1，洞室体型模型见图2。限于篇幅，本文仅对厂房第6期开挖成果进行分析。2.2开挖程序考虑到开挖期数与分层高度对于围岩的稳定性有着重要影响，根据工...