随着我国经济建设的快速发展和基础设施的大量兴建,特别是西部大开发战略工程的实施,在水利水电工程、铁路交通、石油天然气等众多的西部工程建设中,岩体力学与工程学科也将面临严峻挑战。在西部高山峡谷地带修建大型地下洞室,必然要进行大规模开挖施工而建造,并且开挖形成大量卸荷围岩体,这些岩体的开挖与支护问题成为设计与建设以及安全运行中的主要问题之一,其工程处理措施方式的选择对工程的造价和工程岩体稳定也有着重要的影响。针对这些大型岩体变形控制及保证地下洞室的稳定等技术难题,迫切需要开展开挖卸荷岩体的变形机理相关的支护研究。2011年,在国家能源局发布的《国家能源科技“十二五”规划》中,把研究“超大型地下洞室群开挖与支护”作为关键技术科技研究项目,因此本文具有一定的前瞻性。本论文针对水布垭电站地下厂房工程围岩稳定的关键技术问题,通过对厂区围岩的地质特征和工程特性、主厂房围岩稳定性与软岩处理措施和厂房的安全监测与动态反馈优化等方面的研究,取得以下主要研究成果：(1)利用了“工程组合岩体”分级方法,解决了水布垭工程层状复杂岩体质量级别划分问题,也为岩体质量分级提供了一条新的思路。通过厂区构造变形研究,确定了厂区地质特征及工程岩体概化特征。(2)通过试验研究,将地下厂房围岩分为较均质的坚硬岩体、中厚层、厚层的较坚硬岩体、薄层状软硬相间的复合岩体和剪切带软岩等4种类型,并获得了上述4类岩体的变形模量和抗剪强度参数。同时获得了厂区软岩岩层的性状特点和破坏形态,并取得了各种软弱层面的抗剪强度参数。(3)根据地层、岩性条件,结合电站运行要求和数值分析成果,通过研究,确定了对控制地下厂房围岩稳定的边墙中上部软岩(p1q3),采用圈梁式超前软岩封闭支撑体结构进行处理,确保了厂房上部围岩的刚度与完整性,保证了软岩上下层岩体之间力的传递,防止软岩压缩挤出变形；同时,利用封闭圈梁对软岩形成围压,基本保持软岩岩层的原始受力状态,维持软岩的承载能力,以达到充分利用软岩的目的。对控制地下厂房围岩稳定的边墙下部软岩岩层(p1q3、马鞍煤层及黄龙剪切带),采取保留软岩支撑隔墩处理,发挥隔墩对地下厂房上下游边墙的支撑作用,限制厂房边墙变形,并达到了有效降低厂房全断面开挖高度和限制下部软岩回弹变形的目的。(4)对厂房上部及下部软岩不同处理方式及洞室围岩不同支护方案,进行了二维及三维数值模拟研究,验证并优化了软岩处理方案及洞室围岩支护参数。(5)通过对地下厂房工程各部位监测的重点、难点分析,确定了施工期临时监测设施及永久监测设施的布置,提出了施工过程中的控制原则。动态进行了地下厂房施工期稳定评价、预测与反馈优化研究,提出了厂房开挖程序、支护参数及软岩处理的优化建议。(6)根据实际揭露的地质条件,结合安全监测和反馈优化研究成果,对地下厂房的施工程序、开挖方式、支护参数进行了动态优化,完整实现了动态设计及信息施工。