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现在国家水电建设的重点正逐步向资源丰富但开发有限的西部地区转移，开发西部水电资源、开展西电东送是西部大开发战略的重要课题之一，也是实现我国水电资源优化配置的关键。西部地区山高谷深，地形陡峻，河流深切，在此地区开发水电工程，受地形、环境、气候等因素的影响，具有地质条件复杂、设计施工难度大、受诸多因素限制等特点。在进行枢纽工程布置方案比选时，地下厂房往往是最安全的、最经济的，有时甚至是唯一的选择。
拟建的大渡河大岗山水电工程位于四川省石棉县境内大渡河中游峡谷地段，枢纽工程布置在左岸山体内。地下厂房规模宏大，结构复杂，又处于复杂的地质环境中，影响围岩稳定的因素更是错综复杂，而枢纽工程区的工程地质条件是洞室群开挖过程中围岩稳定的基础。为了使规模差异数量众多的洞室布置于有限的地下空间内，其开挖效应及不同洞室之间的相互影响如何，将关系到整个水电站的建设成本和运营效益。同时，地下洞室的开挖必然引起围岩变形和应力重分布，再加上开挖断面较大，岩体结构复杂，造成围岩应力重分布必然强烈。在采用钻爆法开挖厂房区的过程中，开挖程序和开挖方法的选择对于实现快速、经济、安全的施工具有重要意义。尤其是地下厂房这种超大型的地下洞室，其开挖方案选择的合理与否，更是直接关系到地下厂房的稳定和工期目标的实现。本文针对大岗山水电站地下厂房区，充分查明厂房区工程地质条件，分析岩体结构以及施工开挖影响因素，首先对厂房区围岩岩体结构特征进行分析，其次对洞室群的开挖影响因素、厂房的布置进行了研究，引进动态规划原理搜索开挖优化过程，得出最优开挖方案。采用三维非线性数值计算方法对厂房进行开挖模拟，对比设计的厂房开挖方案，分析选出最优的开挖方案，印证搜索优化的结果。
通过上述系统的研究工作，本文主要研究内容和研究成果概述如下：
(1)通过对已有勘察资料的搜集、整理和施工地质阶段工程现场施工地质调研、测量以及实测地质资料的统计分析，对大岗山水电站地下洞室群区的岩体结构特征进行了分析研究，主要包括辉绿岩脉岩性、几何特征、断层及基本裂隙结构面特征研究等。
(2)对收集的工程地质资料进行统计分析，进行确定性块体和潜在块体分析。有针对性的对顶拱和边墙出现的被结构面组合切割形成的失稳块体依据其失稳模式进行稳定性分析计算，确定不稳定块体。
(3)通过收集、统计国内外水电工程资料，结合本电站的厂房、尾水调压室和主变室的洞室规模，针对厂区地质条件，考虑厂房内外交通、电站的运行和管理等等因素，从各个角度进行比较分析四种方案的优缺点，确定三大洞室平行布置、主变室布置于厂房和尾水调压室之间的“一”字形布局方案。在确定了主变室布置于厂房和尾水调压室之间的三大洞室平行布置格局方案的基础上，主要根据国内外已建的地下工程经验，进行工程类比，拟定洞室间距，并通过地质力学模型试验和有限元法分析验证岩柱岩体的稳定性，得出了较优的间距。比较本工程的相邻洞室之间的岩柱厚度L、最大开挖跨度B和高度H值与统计得出的规律可见，确定的三大洞室规模、布置格局及洞室之间的间距，不但满足洞室围岩稳定和枢纽布置要求，并且其L/B、L/H值符合国内外大中型地下工程的统计规律。
(4)本文从研究岩体动态施工力学角度出发，引进动态规划原理并将其应用于本工程地下洞室群开挖优化，取全部可能的开挖步骤组成状态空间X，取围岩的等效应变值作为动态规划中的收益函数，随着搜索优化过程的逐步进行得出全局最优解，即洞室群顺序施工的最优开挖方案。
根据已建工程经验，针对选定的洞室布置格局和洞室间距，拟定三个施工开挖顺序方案进行对比分析。有限差分数值分析结果表明：围岩的最大拉应力出现在主厂房第三层下游侧开挖突出的拐角处，最大压应力出现在尾水调压室，在拱座靠近顶拱侧，同时主厂房上游侧拱座靠近顶拱侧处压应力值也相对较大，主厂房、尾水调压室边墙及顶拱的最大主应力出现区均在拱座靠近顶拱侧的位置，而主变室最大压应力出现在底板靠近下游侧墙角处；洞室开挖后围岩水平垂直于洞轴(X)方向负向最大位移，出现在主厂房下游侧边墙中上部位置，X方向正向最大位移，出现在主厂房上游侧边墙中部位置；竖直(Y)方向的负向最大位移，出现在主厂房顶拱中部位置，Y方向的正向最大位移，出现在主厂房底板中部偏左位置。
通过从重分布应力场、位移场、塑性区三个主要方面，对比拟定的三种顺序开挖方案。从分析围岩出现的最大、最小主应力方面，方案二相对更优一点，再考虑三大洞室围岩的整体受力状态，三大洞室之间岩柱的受力因素，则按方案二开挖最优，因其引起的三洞室之间岩柱的应力最小，应力分布状态相对较好，围岩相对更稳定。从位移场方面分析，按方案三开挖施工，围岩X、Y负向的位移绝对值最小，但正向位移最大；按方案二开挖施工，围岩X向的正负位移绝对值介于方案一和方案三之间，Y负向位移绝对值最大，正向位移绝对值最小；按方案一开挖施工，围岩X负向位移绝对值最大，正向位移绝对值最小，Y向的正负位移绝对值介于方案二和方案三之间。从塑性屈服区方面分析，方案二出现的塑性区最小，而且主厂房、主变室、尾水调压室之间的岩柱中塑性区相对最小，并未贯通。方案一介于方案二、三之间，主厂房与主变室之间的岩柱有贯通的危险。方案三开挖完成后塑性区面积明显增大，主厂房与主变室之间的岩柱塑性区部分贯通，远大于方案一、二中的屈服区。综上所述，从应力分布、位移大小、塑性区面积等方面对三种开挖顺序方案的数值分析结果进行的对比结果表明，方案二是最优方案，其次是方案一，再次是方案三。印证了本文中引进动态规划理论，进行全局的搜索优化，得出的最优开挖施工顺序，即方案二为最优开挖顺序。
本文立足于科学前沿，紧密结合工程实践，在野外地质调查、测试及室内资料统计分析、试验的基础上，对大岗山水电站地下厂房工程岩体结构、开挖影响因素及厂房布置和洞室相互的间距进行了深入研究，在此研究的基础上引进理论指导并采用有限差分法数值计算得出大型地下洞室群最优开挖方案，从而为洞室的设计和施工提供科学依据和技术指导，具有较为重要的理论和工程实用价值。