第一章 引言

随着我国水资源调控与防洪减灾需求升级，大型水利枢纽建设规模不断扩大，泄洪洞群作为枢纽核心泄洪设施，其安全运行直接决定整个水利工程的防洪能力。然而，泄洪洞群通常位于复杂地质环境中，具有开挖深度大（常超50m）、洞室密集（多为平行或交叉布置）、断面尺寸大（跨度可达15-20m）的特点，施工过程中易因围岩应力重分布、相邻洞室空间效应干扰，引发围岩变形、支护结构开裂等稳定性问题，严重时可能导致洞室坍塌，威胁施工安全与工程进度。当前针对洞群稳定性的监测多沿用单一洞室经验，缺乏对密集洞群空间耦合效应的针对性设计，难以精准捕捉稳定性动态变化。为此，本文围绕大型水利枢纽泄洪洞群开挖支护施工稳定性监测与分析展开研究，旨在通过解析影响机理、优化监测方案，为保障洞群施工安全、提升工程可靠性提供理论与技术支撑。

第二章 大型水利枢纽泄洪洞群开挖支护稳定性的影响因素与作用机理

2.1 洞群开挖支护稳定性的核心影响因素

洞群开挖支护稳定性受三类核心因素综合影响。一是地质条件，围岩岩性决定基础稳定性，如完整花岗岩围岩稳定性优于节理发育的页岩；节理裂隙发育程度直接影响围岩完整性，裂隙密集区易发生块体塌落；地下水分布会软化围岩，降低其抗剪强度，若遇承压水还可能引发突水突泥风险。二是工程因素，开挖顺序至关重要，先开挖大断面洞室再开挖小断面洞室，易导致小断面洞室围岩应力集中；断面尺寸越大，围岩暴露面积与应力释放量越大，稳定性越差；支护时机若滞后于围岩变形临界期，会错失控制变形的最佳时机。三是施工扰动，爆破振动强度超1.5cm/s时，易破坏围岩原有结构；开挖速率过快（日进尺超3m）会导致围岩来不及完成应力调整，加剧变形累积，各因素相互叠加，共同决定洞群稳定性水平^[1]。

2.2 围岩变形与支护结构受力的作用机理

洞群开挖后，围岩稳定性演化遵循“应力释放-变形累积-支护承载”的过程。开挖前围岩处于原始应力平衡状态，开挖后洞室周边应力重新分布，形成卸荷区与应力集中区，卸荷区围岩因失去约束发生弹性变形，若应力超过围岩屈服强度，会进入塑性变形阶段，表现为径向收敛（洞壁向中心挤压）与拱顶下沉（顶部围岩因自重向下位移），变形量随时间推移先快速增长后趋于稳定。支护结构（锚杆、喷射混凝土、钢支撑）通过不同方式参与承载：锚杆深入围岩内部，将松散岩块锚固在稳定岩体上，限制块体位移；喷射混凝土形成连续支护层，封闭围岩表面裂隙，防止风化与渗水；钢支撑则通过刚性支撑抵抗围岩挤压力，三者协同作用，将围岩荷载传递至稳定岩体，与围岩形成“共同承载体系”，若支护强度不足或布设不合理，会导致荷载集中，引发支护结构开裂、失效。

2.3 洞群空间效应对稳定性的耦合影响

密集泄洪洞群的空间布置会产生显著耦合效应，放大稳定性风险。当洞室平行布置时，若间距小于2倍洞室跨度，相邻洞室开挖会导致应力叠加，中间岩柱成为应力集中区，应力值可达原始应力的2-3倍，易使岩柱发生剪切破坏，引发相邻洞室同步变形；当洞室交叉布置时，交叉部位围岩受力状态复杂，形成三维应力集中，且该部位支护结构难以形成连续受力体系，易出现支护薄弱区。此外，后开挖洞室会对先开挖洞室产生“二次扰动”，先开挖洞室已形成的应力平衡被打破，围岩变形会出现“二次增长”，如先开挖洞室拱顶下沉量原本已稳定在5mm，后开挖相邻洞室后，下沉量可能再增加3-5mm，空间效应的耦合作用使洞群稳定性管控难度远大于单一洞室。

第三章 大型水利枢纽泄洪洞群开挖支护施工稳定性监测方案与分析方法

3.1 稳定性监测指标与监测方案设计

核心监测指标包括四类：一是围岩位移，通过表面收敛计监测洞壁径向收敛量（精度±0.1mm），埋入式位移计监测围岩内部深层位移（监测深度达5-10m），重点关注拱顶、边墙中部等变形敏感部位；二是支护结构应力，在锚杆上安装应力传感器监测锚固力（量程0-200kN），在喷射混凝土内部布设应变计监测表面应力（精度±1με），钢支撑上安装压力传感器监测支撑反力；三是爆破振动，在洞室周边围岩及已支护区域布设振动速度传感器，控制爆破振动速度≤1.5cm/s；四是地下水位，通过水位观测孔实时监测地下水位变化，预防突水风险。监测方案按“分层布设、重点覆盖”原则，在洞群交叉段、应力集中段加密监测点（间距5-8m），普通段间距10-15m，监测频率随施工阶段调整，开挖期每12h一次，变形稳定后每72h一次，确保动态捕捉稳定性变化。

3.2 监测数据处理与分析方法

监测数据先通过预处理消除误差，采用3σ准则剔除异常值（如因仪器故障导致的突变数据），再用移动平均法平滑数据波动，保留真实变化趋势^[2]。数据分析采用“时序分析+数值模拟”结合的方法：时间序列分析通过线性回归、灰色GM(1,1)模型，拟合围岩位移、支护应力随时间的演化规律，预测后续变形趋势，如通过回归方程判断位移是否趋于稳定（当位移速率≤0.5mm/d时判定为稳定）；数值模拟采用FLAC3D软件构建洞群三维地质模型，将监测数据作为边界条件，反演洞群应力场、位移场分布，分析未监测区域的稳定性状态，验证监测数据的代表性，同时通过模拟不同开挖顺序对稳定性的影响，优化后续施工方案，确保数据解读与工程实际紧密结合，避免单一数据解读的局限性。

3.3 稳定性评价与风险预警模型构建

基于监测数据构建多指标综合评价体系，选取围岩位移量、位移速率、支护应力、爆破振动速度4项核心指标，采用层次分析法确定权重（位移速率权重0.35，支护应力权重0.25，位移量权重0.2，爆破振动速度权重0.2），将各指标实测值标准化后计算综合评分，划分“稳定（评分≥80）、基本稳定（60-80）、不稳定（<60）”三个等级^[3]。风险预警模型基于评价体系设定阈值，当位移速率超0.5mm/d、支护应力达设计值的90%、爆破振动速度超1.5cm/s时，触发一级预警；当综合评分降至60-70分时，触发二级预警。模型通过可视化平台实时展示监测数据与预警状态，预警信息同步推送至施工、监理单位，同时提供整改建议（如一级预警时暂停开挖、加强支护），形成“监测-分析-评价-预警”的闭环管理，确保风险及时可控。

第四章 结语

本研究围绕大型水利枢纽泄洪洞群开挖支护施工稳定性监测与分析展开，核心成果体现在三方面：明确了地质条件、工程因素、施工扰动及洞群空间效应的影响机理，揭示了密集洞群应力叠加与二次扰动的耦合规律；设计多指标监测方案，提出“时序分析+数值模拟”的数据分析方法，提升数据解读准确性；构建综合评价体系与风险预警模型，实现稳定性动态管控。研究存在局限，如未充分适配高应力软岩地质，缺乏长期运行稳定性跟踪，预警模型未纳入极端天气影响。未来可深化智能化监测技术应用，结合AI优化预测模型，探索支护自适应调控方法，为水利枢纽洞群安全建设提供更完善的技术支撑。

参考文献

[1]黄秋香,汪家林.某水利枢纽工程泄洪排砂洞进口边坡稳定性监测分析[J].防灾减灾工程学报,2005,25(4):401-405.

[2]付建军,赵海斌,许爱平,廖彬秀,刘要来.复杂地质条件下大型地下洞室群稳定性分析[J].人民长江,2012,43(3):39-42.

[3]齐智勇,毛延翩,远近,徐波,张雨霆,董顺,都旭煌,何军,胡蕾.大型地下厂房洞室群运行期围岩支护结构安全分析与应用[J].土木工程,2025,14(6):1608-1614.