地下水封洞庫圍岩穩定性影響因素

地下水封洞庫圍岩的穩定性影響因素可以分為兩大類，一是天然地 質條件(Masanobu and Tadahiko, 2003)，二是實際工程因素(Lee et al., 1996)。

2.1.1 天然地質條件

天然地質條件主要包括地應力、岩體、結構面以及地下水等。

2.1.1.1 地應力

地應力是地下水封洞庫工程穩定性的重要影響因素，是進行工程設 計及施工的基礎。岩體的天然地應力由自重應力以及構造應力二者所組 成，其中由於地球的重力場所產生的應力稱為自重應力，而由於地殼的 各種運動包括過去的地質構造運動和現今活躍變化所引起的應力稱為構 造應力(賀等, 2019)。由於地下水封洞庫主洞室的開挖，打亂了岩體原本 的地應力平衡，圍岩各點的力朝著最容易達到平衡的方向變化，地應力 得到釋放引起開挖卸荷作用，從而造成圍岩不同程度的位移與變形，這 種由於人工開挖而引起的圍岩應力變化我們稱之為應力重新分佈，重新 分佈後的圍岩應力場又可稱為二次應力場(時, 2010)。當二次應力超過了 圍岩強度時，會致使圍岩無法適應重分佈應力，其穩定性變差並最終發

生失穩破壞。洞室開挖過程的力學行為是由場地初始應力場決定，洞室 變形破壞的根本原因為場地天然地應力，其對圍岩穩定性的影響，與洞 室埋深、地質構造運動、地應力大小及方向等相關。由於地下水封洞庫工 程往往修建在水準構造應力為主的場地，因此為了圍岩穩定達到最佳，

根據相關規範可知，應儘量使洞室軸向與最大水準主應力平行或者小角 度相交。

2.1.1.2 岩體及結構面

岩體是由網格結構面及岩石塊體共同組成，其力學性質受到岩塊強 度、結構面強度及其組合情況等影響(季等, 2012)。岩石其礦物成分、礦 物顆粒大小、結構構造等不同，具有較大差異的物理力學性質。當圍岩為 軟弱岩石時，容易由於其強度低、受力易變形破壞或者抗水性較差等因 素，致使圍岩穩定性受到較大影響；當其為堅硬且完整的岩石時，結構面 不發育，且岩石強度遠大於結構面強度時，其穩定性最好。圍岩為塊狀結 構的岩石時，其穩定性受到結構面最不利的組合情況影響，三組結構面 的切割作用加上臨空面會形成不穩定塊體；圍岩為碎裂結構時，塊體容 易相互接連脫落，導致洞室圍岩連續性破壞，甚至由於結構面切割形成 整體冒落現象，其洞室穩定性最差。對於地下水封洞庫工程而言，往往其 主洞室通常為高邊牆、大跨度的地下洞室，且襯砌少或者不襯砌，因此其 對圍岩的穩定性需求較高，大多數的建庫岩體為工程地質條件較好的花 崗片麻岩、花崗岩中，且當場地內發育有結構面時，洞室在軸向選擇上要 儘量與更多的優勢結構面走向呈大角度相交(曹等, 2019)，開挖後圍岩穩 定性更好。

2.1.1.3 地下水

眾多的實際工程案例都表明，當地下洞室處於較為乾燥的環境中時，

即便是有軟弱破碎岩層帶經過洞室，其圍岩穩定性也較好，亦或是開挖 遇到的問題都容易解決，而當工程遇到地下水時，由於地下水的存在而 導致的水力學、物理以及化學等作用，使得圍岩的情況變得十分複雜，且 不利於洞室圍岩的穩定性。但由於地下水封洞庫工程的特殊性，其需要 通過地下水的水封作用，而岩體內部本身就存在各種節理裂隙需要地下 水來填充，並且石油和石油液化氣具有不溶于水且密度比水輕的特性，

依此原理來密閉儲備洞室內的油品使其不外滲，只允許洞庫內有少量的 地下水可流入(賈, 2016)。地下水封洞庫的地下水環境系統往往都較為一 致沒什麼大的差別，其需要在地下水水位穩定的區域，且洞庫埋置深度 需要在水位之下一定距離。

2.1.2 工程實際因素

實際工程因素包括洞室截面形狀、洞室規模（高度、跨度及軸向長 度）、洞室的軸向、支護方式、開挖方法、使用的性質（永久或暫時的）、 及其他工程活動的影響。在高地應力且岩體地質條件較差的區域，爆破 開挖的方法、全斷面開挖還是分層開挖等因素，對於開挖後洞室圍岩的 穩定性非常關鍵，雖然不是決定性因素但也不容忽視(徐, 2000)。且根據 岩石力學相關研究可知，下一步開挖的岩體對於上一步開挖過程的力學 行為存在一定“記憶”性，且洞室開挖是一個空間以及時間都在變化的 過程，不可逆且非線性的演化過程，最終洞室圍岩的狀態與其開挖施工 過程也有密不可分的關係(馮, 2008)。

2.2 地下水封洞庫主洞室截面形狀

2 1 tan( arctan ) tan arctan cos arctan

2 2 2