新奧法在向家壩水電站骨料輸送線8#隧洞施工中的應(yīng)用

王少華 吳宏麗

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 長(zhǎng)沙市 410014）

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

向家壩水電站位于金沙江下游，電站大壩為混凝土重力壩，最大壩高161 m，總裝機(jī)容量6 400 MW。電站建設(shè)所需砂石骨料由大壩上游右岸太平料場(chǎng)供應(yīng)，采用長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力為3 000 t/h。

骨料輸送線Ⅱ標(biāo)段8#隧洞斷面采用城門(mén)洞型，斷面凈空尺寸為5 m×4 m（寬×高），路面設(shè)計(jì)縱坡坡比i=1.144 3%。隧洞全長(zhǎng)4 649.18 m，為本標(biāo)段最長(zhǎng)的隧洞段。8#隧洞施工是控制性關(guān)鍵項(xiàng)目，施工進(jìn)度直接影響本標(biāo)段關(guān)鍵線路的直線工期。

1.2 工程地質(zhì)條件

8#隧洞所在區(qū)域構(gòu)造部位上屬糖房灣穹窿狀短軸背斜的SW 翼。隧洞軸線方向25°，穿越瑪瑙山脈。隧洞最大埋深316 m。巖層總體走向10°～40°、傾向SE、傾角10°～30°。8#隧洞穿過(guò)了3 層不同的地層，第1 層為侏羅系沙溪廟組粉細(xì)砂巖、泥巖，巖石呈強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化，圍巖類(lèi)型為Ⅳ～Ⅴ類(lèi)，長(zhǎng)度81.5 m；第2 層為侏羅系沙溪廟組砂巖與泥巖互層，巖石呈微風(fēng)化至新鮮，圍巖類(lèi)型為Ⅱ～Ⅳ類(lèi),長(zhǎng)度4 175 m，為主要地層； 第3 層為侏羅系自流井組粉砂巖與泥巖互層，巖石呈強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化，圍巖類(lèi)型為Ⅳ～Ⅴ類(lèi),長(zhǎng)度392.67 m。整個(gè)8#隧洞Ⅴ類(lèi)圍巖長(zhǎng)33 m，Ⅳ類(lèi)圍巖長(zhǎng)774.17 m，Ⅲ類(lèi)圍巖長(zhǎng)3 572 m，Ⅱ類(lèi)圍巖長(zhǎng)27 m。

2 新奧法施工基本原理和主要原則

2.1 基本原理

新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)理論，充分利用圍巖的自承能力和開(kāi)挖面的空間約束作用，采用構(gòu)筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護(hù)結(jié)構(gòu)（以錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段）及時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行加固，約束圍巖的松弛和變形，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過(guò)對(duì)圍巖和支護(hù)的監(jiān)控量測(cè)來(lái)指導(dǎo)地下工程設(shè)計(jì)與施工。

2.2 主要原則

新奧法施工主要原則可扼要地概括為“少擾動(dòng)、早噴錨、快封閉、勤監(jiān)測(cè)”。

（1）減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。新奧法將圍巖視為隧洞承載構(gòu)件的一部分，施工時(shí)應(yīng)采用光面爆破、微差爆破等措施，以減少對(duì)隧洞周邊圍巖應(yīng)力的擾動(dòng)，維護(hù)圍巖的整體性。

（2）充分發(fā)揮圍巖的自承能力。為了充分發(fā)揮圍巖的自承能力，應(yīng)允許并控制圍巖的變形。同時(shí)隧洞的支護(hù)結(jié)構(gòu)，也應(yīng)具有一定的變形量，以緩和來(lái)自隧洞的壓力。

（3）盡快使支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合。為改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力性能，施工中應(yīng)盡快使支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合，形成封閉結(jié)構(gòu)。

（4）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。通過(guò)對(duì)圍巖和支護(hù)的監(jiān)控量測(cè)，可判斷圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)可靠性，并根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)修改施工方法，確保施工安全和質(zhì)量。

3 新奧法施工應(yīng)用

根據(jù)8#隧洞的特點(diǎn)和隧洞穿越巖層的地質(zhì)條件，8#隧洞開(kāi)挖和支護(hù)采用新奧法施工技術(shù)。隧洞進(jìn)出口開(kāi)挖工作面均各自配備一套鉆架臺(tái)車(chē)進(jìn)行鉆爆法施工，采用無(wú)軌出碴方式，洞內(nèi)每200 m 左右設(shè)回車(chē)洞。8#隧洞施工方法和支護(hù)參數(shù)詳見(jiàn)表1 和表2。

表1 8#隧洞施工方法一覽表

表2 8#隧洞支護(hù)參數(shù)及適用范圍表

3.1 隧洞開(kāi)挖施工

3.1.1 開(kāi)挖施工工藝流程

8#隧洞洞室開(kāi)挖施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 洞室開(kāi)挖施工工藝流程圖

3.1.2 爆破開(kāi)挖鉆爆參數(shù)

洞室光面爆破順序是掏槽孔先響，輔助孔次之，周邊孔最后響，周邊孔的爆破次序一般是幫孔、頂孔、底孔。

（1）掏槽孔鉆爆參數(shù)。

●掏槽形式：掏槽形式采用小孔桶形直線掏槽，即空孔直徑與裝藥孔相同，炮孔方向垂直工作面，如圖2 所示。

●炮孔設(shè)置：中心孔為裝藥孔，一層矩形孔為空孔，二層及以上的矩形掏槽孔為裝藥孔，所有掏槽孔的方向皆垂直于作業(yè)面。

圖2 掏槽孔布置示意圖

●炮孔直徑：Φ32 mm。

●炮孔深度：以各類(lèi)圍巖的每循環(huán)進(jìn)尺為依據(jù)，中心孔及一層矩形孔比其他孔加深（15～20）cm。

●炮孔間距： 一層矩形孔距中心孔約8 cm，二層矩形孔距中心孔約30 cm，三層矩形孔距中心孔約50 cm，四層矩形孔距中心孔約80 cm。

●炮孔裝藥： 掏槽孔裝藥的基本原則是保留（30～40）cm 的堵塞段后全部連續(xù)耦合裝藥，但中心孔藥量比其他孔增加15%～20%。

（2）輔助孔鉆爆參數(shù)。

●炮孔布置：爆孔方向垂直于工作面，最小抵抗線取80 cm 左右，間排距?。?0～100）cm 之間，堵塞長(zhǎng)度為40 cm。

●孔徑和孔深：以各類(lèi)圍巖的每循環(huán)進(jìn)尺為依據(jù)，并與之相等。孔徑與掏槽孔孔徑相同。

●炮孔裝藥：除出堵塞后的長(zhǎng)度進(jìn)行全部連續(xù)偶合裝藥。

（3）周邊孔鉆爆參數(shù)。

●炮孔布置：周邊孔都要向外側(cè)傾斜一個(gè)角度，使孔底超出開(kāi)挖邊線20 cm，以使下一循環(huán)鉆孔設(shè)備有足夠的操作空間，確保隧洞的設(shè)計(jì)斷面。頂孔間距為40 cm 左右，幫孔和底孔的間距適當(dāng)增加。

●孔徑和孔深：以各類(lèi)圍巖的每循環(huán)進(jìn)尺為依據(jù)，并與之相等?？讖脚c掏槽孔孔徑相同。

●炮孔裝藥：頂孔和幫孔除去堵塞后的長(zhǎng)度進(jìn)行全部小藥卷（Φ25 mm）連續(xù)不耦合裝藥。底孔裝藥量適當(dāng)加大，起到“翻碴”作用。

3.1.3 起爆網(wǎng)絡(luò)

考慮到隧洞斷面太小，又有電纜電線及燈泡，采用非電雷管起爆方法，即孔內(nèi)雷管和孔外過(guò)橋雷管用半秒延期導(dǎo)爆管雷管，起爆雷管用火雷管。設(shè)計(jì)的起爆方式為一次點(diǎn)火起爆。

3.1.4 各類(lèi)圍巖排炮循環(huán)時(shí)間

8#隧洞各類(lèi)圍巖排炮循環(huán)時(shí)間見(jiàn)表3。

3.2 隧洞支護(hù)施工

3.2.1 錨桿施工

超前錨桿、系統(tǒng)錨桿、隨機(jī)錨桿和鎖口錨桿采用風(fēng)鉆造孔，機(jī)械注漿、作業(yè)平臺(tái)車(chē)配合人工安裝。錨桿按先注漿后安插錨桿的程序施工。

表3 8#隧洞各類(lèi)圍巖排炮循環(huán)時(shí)間表 min

3.2.2 鋼筋網(wǎng)施工

隨開(kāi)挖進(jìn)度分區(qū)、分塊進(jìn)行，掛網(wǎng)前先噴一層（3～5）cm 厚素混凝土。鋼筋網(wǎng)采用光面鋼筋在場(chǎng)外按（2～4）m2一塊進(jìn)行編焊，運(yùn)至工作面后，人工在腳手架平臺(tái)上沿巖面鋪設(shè)，利用錨桿頭點(diǎn)焊固定，中間用膨脹螺栓加密固定，鋼筋網(wǎng)距離壁面（3～5）cm，網(wǎng)間用鉛絲扎牢。

3.2.3 噴射混凝土施工

噴混凝土采用混凝土噴射機(jī)半濕噴工藝施工，噴射早強(qiáng)混凝土。場(chǎng)外拌制噴混凝土料，5 t 自卸車(chē)運(yùn)至工作面后，分層施噴。若有網(wǎng)噴混凝土則按“噴－網(wǎng)－噴”的程序進(jìn)行。

3.2.4 鋼支撐施工

鋼支撐在專(zhuān)門(mén)指定地方分段分節(jié)加工制作，編好號(hào)后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)人工拼接安裝、焊接，節(jié)間用螺栓連接，鋼支撐立柱腳設(shè)鋼墊板，必要時(shí)澆筑基礎(chǔ)混凝土。每榀鋼架間通過(guò)用縱向筋聯(lián)接形成整體，整體與錨桿頭焊接，再?lài)娀炷痢９澳_及腰部打鎖腳錨桿加固。

3.2.5 超前小導(dǎo)管施工

為確保8#隧洞進(jìn)口洞室開(kāi)挖安全、穩(wěn)定，在隧洞頂拱部位采用小導(dǎo)管進(jìn)行超前加固注漿。小導(dǎo)管沿頂拱開(kāi)挖輪廓線布置，環(huán)向間距300 mm，長(zhǎng)度L=6.0 m，上仰傾斜角5°。小導(dǎo)管采用Φ48 鋼管制作，鋼管前端加工成圓錐形，并予以封焊嚴(yán)實(shí)，管身設(shè)若干溢漿孔，孔徑Φ10，孔距300 mm，梅花形布置；后端1 m 范圍不設(shè)溢漿孔。注漿漿液采用0.5∶1～1∶1 純水泥漿，注漿壓力為（0.2～0.3）MPa。

3.3 隧洞監(jiān)控量測(cè)

噴錨支護(hù)是新奧法的基礎(chǔ)，監(jiān)控量測(cè)是新奧法的靈魂。在隧洞施工過(guò)程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)獲取圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)信息，并反饋于修正支護(hù)參數(shù)與施工措施。

3.3.1 監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目

（1）圍巖和支護(hù)狀況觀察。觀察記錄工作面的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況，作地質(zhì)素描圖，結(jié)合探孔情況對(duì)地質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。觀察開(kāi)挖面附近初期支護(hù)狀況和噴混凝土表面裂紋狀況，結(jié)合變形監(jiān)測(cè)判斷圍巖的穩(wěn)定性和初期支護(hù)的可靠性。

（2）地表沉降監(jiān)測(cè)。8#隧洞進(jìn)口段和出口段覆蓋層厚度較小，且8#隧洞進(jìn)口左側(cè)受滑坡體的影響，巖體破碎，隧洞開(kāi)挖易塌頂，處理不當(dāng)會(huì)造成地表沉陷，為此在地表設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)。布點(diǎn)原則為在8#隧洞進(jìn)口段和出口段分別設(shè)置地表沉降橫斷面2個(gè)，沿洞軸線方向（10～30）m 設(shè)置地表沉降測(cè)點(diǎn)一個(gè)。監(jiān)測(cè)儀器為精密水準(zhǔn)儀。

（3）拱頂下沉及收斂量測(cè)。根據(jù)8#隧洞圍巖類(lèi)別和埋深情況，拱頂下沉及收斂量測(cè)沿隧洞洞軸線方向在拱頂和墻中布設(shè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距一般洞口淺埋段和Ⅴ級(jí)圍巖為10 m，Ⅳ級(jí)圍巖為（20～30）m，Ⅲ級(jí)圍巖為50 m，Ⅱ級(jí)圍巖為（80～100）m，而大變形軟巖段斷面間距最小為5 m。收斂量測(cè)在開(kāi)挖后盡早進(jìn)行，初讀數(shù)在開(kāi)挖12 h 時(shí)內(nèi)且在下一循環(huán)開(kāi)挖前讀取，采用無(wú)尺量測(cè)法。淺埋地段洞內(nèi)外量測(cè)點(diǎn)布設(shè)在同一橫斷面內(nèi)。

3.3.2 量測(cè)頻率與結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

（1）量測(cè)頻率。量測(cè)頻率根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況而定，一般情況按表4 進(jìn)行。

（2）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)收斂速度判別：收斂速度＞5 mm/d 時(shí)，圍巖處于急劇變化狀態(tài)，加強(qiáng)初期支護(hù)系統(tǒng)；收斂速度＜0.2 mm/d 時(shí)，圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定。

各量測(cè)項(xiàng)目持續(xù)到變形基本穩(wěn)定后2 周結(jié)束，軟弱圍巖大變形地段位移長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定時(shí)，延長(zhǎng)量測(cè)時(shí)間。

表4 量測(cè)頻率表

3.3.3 初期支護(hù)監(jiān)測(cè)結(jié)果異常的處理

（1）如圍巖壓力引起的變形，采用多次復(fù)噴混凝土并打設(shè)錨桿加固圍巖，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。在下一循環(huán)施工時(shí)，修改支護(hù)參數(shù)，增強(qiáng)支護(hù)，同時(shí)增大觀測(cè)頻率。

（2）如出現(xiàn)變形速率突然增大出現(xiàn)不穩(wěn)定征兆時(shí)，進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測(cè)觀察；如伴有響聲及新生裂縫，立即暫停正常施工，加強(qiáng)支護(hù)和采取搶救性措施。

（3）隧洞開(kāi)挖后，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)、圍巖類(lèi)別比預(yù)計(jì)的不一樣時(shí)，調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，改變施工方法。

4 施工體會(huì)

（1）在施工過(guò)程中及施工完成后，對(duì)洞室進(jìn)行了定期和不定期多次觀察和觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)變形、開(kāi)裂、下沉和破壞等不良現(xiàn)象，說(shuō)明設(shè)計(jì)方案合理，施工質(zhì)量可靠，采用新奧法的施工方法是適宜和成功的。

（2）采用新奧法施工時(shí)，圍巖分類(lèi)的準(zhǔn)確性直接影響施工質(zhì)量、施工安全和施工進(jìn)度。因此，一定要做好圍巖分類(lèi)的基礎(chǔ)工作，根據(jù)圍巖類(lèi)別采用不同的施工方法。

（3）8#隧洞施工前期因沒(méi)采用新奧法施工技術(shù)，最高日進(jìn)尺僅為5.2 m，且支護(hù)工程量大，而采用新奧法施工技術(shù)后，最高日進(jìn)尺達(dá)到11.2 m，支護(hù)工程量大大減少，加快了施工進(jìn)度，確保了施工質(zhì)量，節(jié)約投資160 萬(wàn)元，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。

（4）在8#隧洞穿越的地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)現(xiàn)象多，工期緊，施工強(qiáng)度高等困難的條件下，實(shí)現(xiàn)了安全事故和質(zhì)量事故“雙零”目標(biāo)，單元工程優(yōu)良率達(dá)到85.8%，贏得了業(yè)主和監(jiān)理的高度評(píng)價(jià)，取得了良好社會(huì)效益。