冯夏庭院士团队：高应力大型地下洞室群设计方法

大型地下洞室群一般指包含多个相互连通或相邻影响、三维尺寸均达到数十米量级的地下洞室结构，具有大跨度、高边墙、多洞连通的特点，如水电站地下洞室群、矿山地下采场洞室群、地下水封油库洞群等。在全球日益增长的地下能源开发、深部资源开采、深埋工程建设的过程中，高应力大型地下洞室群规模将向更大的方向发展，世界范围内深部/高应力下复杂地质构造区域建造大型地下工程必将是今后重要的发展方向，高应力大型地下洞室群建设必将趋于常态化。

▲ 典型地下洞室群结构

受复杂地质条件和高地应力制约，以及大型地下洞室自身大跨度、高边墙、洞群效应等因素影响，现有浅层地下工程围岩稳定性分析理论和工程设计方法已不能满足高应力大型地下洞室群的工程建设需求，深层破裂、大体积塌方、大面积片帮、大范围错动变形、大深度松弛破坏等工程问题时有发生，造成了大量的经济损失、人员伤亡、工期延误等。解决这些问题需要回答的关键科学问题包括：

• 高应力大型地下洞室群围岩的变形破坏特征与机制是什么？

• 高应力大型地下洞室群围岩稳定性应采用怎样的分析方法？

• 高应力大型地下洞室群稳定性设计方法是什么？

• 如何进行高应力大型地下洞室群围岩稳定性监测预警？

• 如何开展高应力大型地下洞室群围岩稳定性动态反馈分析与优化设计？

针对高应力大型地下洞室的围岩稳定性控制这一关键科学技术问题，在973计划项目“灾害环境下重大工程安全性的基础研究”(2002CB412700)和“深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论”(2010CB732000)、国家杰出青年科学基金“高应力下地下工程稳定性的智能分析与优化方法研究”(50325414)、国家自然科学基金创新研究群体项目“重大岩石工程安全性分析预测与控制”(51621006)、国家自然科学基金重点项目“深埋长大引水隧洞和洞室群的安全与预测研究”(50539090)和“错动带影响下特大型地下洞室群变形破坏机制与分析方法”(11232014)、国家自然科学基金重点国际合作研究项目“大型地下洞室群和深埋隧道灾害风险的动态评估与设计方法”(41320104005)等支持下，作者团队从机理、理论、设计方法到工程实践，开展了系统研究，提出了岩石工程设计方法与风险方法，出版了专著Rock Engineering Design(2011)和Rock Engineering Risk(2015)。

▲ 《高应力大型地下洞室群设计方法》内容

及其基本逻辑关系

《高应力大型地下洞室群设计方法》（冯夏庭等著. 北京：科学出版社，2024.3）是在专著Rock Engineering Design 中给出的岩石工程动态设计方法和Rock Engineering Risk 中给出的岩石工程风险评估方法的基础上，进一步考虑高应力与复杂地质条件(错动带、柱状节理等)的大型地下洞室群(高边墙、大跨度洞室的开挖效应，大型地下洞室之间的开挖相互作用，大型洞室交叉部位开挖时空效应等)的特点和难点问题，依托多个典型的水电高应力地下洞室群工程(拉西瓦水电站地下厂房、锦屏二级水电站地下厂房、两河口水电站地下厂房、白鹤滩水电站地下厂房、双江口水电站地下厂房等)，围绕工程岩体三维高地应力环境和岩体裂化-抑制支护设计理论，系统建立基于设计目标确定、场地工程岩体与约束条件识别、全局设计策略建立、模型方法和软件选择与开发、初步设计建立、模型方法集成与动态反馈分析、最终设计与验证一体化的七步式大型地下洞室群设计方法，进而建立高应力大型地下洞室群岩石试验与原位测试方法、洞室群稳定性分析与优化设计方法、大型地下洞室围岩稳定性预警方法，以及高应力大型地下洞室深层破裂、片帮、软弱错动带变形破坏、柱状节理岩体松弛塌方等稳定性难题的分析理论和方法，通过白鹤滩水电站左右岸地下洞室群稳定性优化设计实践，系统阐述高应力大型地下洞室稳定性分析与工程优化设计实践。

                                     

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本文摘编自《高应力大型地下洞室群设计方法》（冯夏庭等著. 北京：科学出版社，2024.3）一书“前言”“序”“第1 章 绪 论”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-074679-5

责任编辑：刘宝莉 陈 婕 乔丽维

本书面向高应力大型地下洞室群稳定性分析理论与优化设计方法领域，针对高应力大型地下洞室群开挖中容易出现的围岩深层破裂、大面积片帮、大体积塌方、大深度松弛、大剪切变形等工程难题，系统阐述了高应力大型地下洞室群的优化设计方法、岩石力学试验与测试方法、稳定性分析与优化设计方法、变形破坏预警方法，以及围岩深层破裂、片帮、错动带变形破坏与柱状节理岩体卸荷松弛等分析预测与优化设计方法，介绍了这些理论和技术成功应用于白鹤滩水电站地下洞室群深层破裂、大面积片帮、软弱错动带变形破坏、柱状节理岩体松弛与塌方等关键稳定性难题的优化设计。

本书可供水利水电工程、土木工程、交通工程、采矿工程、国防工程等领域从事高应力和深埋大型地下工程研究和设计的科研人员、工程技术人员和研究生参考。