探析新奧法在電站隧洞運用

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摘要：簡介云縣新塘房電站緩傾角軟巖段隧洞施工采用新奧法進行設計和施工的經驗及體會

關鍵詞：新塘房、緩傾角軟巖、新奧法、設計、施工

新塘房水電站位于臨滄市云縣幸福鄉境內南淀河上，該電站屬引水式電站，利用河床落差約60m，引水流量Q=37.4m3/s，裝機容量1.8萬Kw.有壓引水隧洞布置于南淀河左岸，長約3.8Km，隧洞為有壓洞，設計過水流量為37.4m3/s，平均坡降為3/1000，隧洞進口底板高程為1097m，洞徑4.2m.

一、隧洞地質概況

隧洞線路沿線主要為構造侵蝕深切中高山峽谷地貌，平均坡度大于25°。隧洞沿線穿越下古生界“瀾滄群”（Pz1ln）絹云石英片巖、絹云片巖、石英片巖夾炭質絹云片巖及綠色片巖、變質砂巖等，無可溶巖分布，巖體多呈薄層狀或塊狀，片理、層理發育，其中絹云片巖、炭質絹云片巖及綠色片巖巖質較軟（經取樣試驗，飽和抗壓強度（Rb）在20～35Mp之間，屬較軟巖），巖體完整性相對較差，巖體透水性弱。隧洞線路位于新塘房背斜西翼近核部位置，工程區受構造運動影響較小，巖層傾角平緩，由于受多期地質構造運動影響，次級褶皺和次級斷裂較為發育，在隧洞線中段和尾段發育有f1、f2、f3三條較小規模斷層，該斷層屬壓扭性斷層，總體呈北西～南東走向，與隧洞線大角度斜交，斷層破碎帶寬度5～10m，局部大于10m，破碎帶物質主要由碎裂巖組成，斷層面傾角較大，破碎帶寬度占引水線總長度比例較小，對隧洞的影響較小。

經前期地質勘探初步查明，在隧洞里程0＋300～0＋500、1＋700～2＋000、2＋200～2＋500段隧洞分布有絹云片巖、炭質絹云片巖及綠色片巖等較軟巖，且巖層傾角小于20°，軟質巖段長約800m，占全洞總長的20％。

二、隧洞開挖、支護設計

緩傾角軟質巖層間結合差、節理、裂隙較發育、物質結構較松散、毛洞穩定性較差，若有地下水時，則以上特點表現更甚，本工程隧洞圍巖類別多屬Ⅲ、Ⅳ甚至Ⅴ類，在施工中極易發生變形、坍塌。

隧洞開挖過程中應盡量減少對圍巖的擾動，盡可能采用機械開挖法，針對不同的地質情況采用“全段面法”、“臺階法”、“分部開挖”等開挖方法。

目前，國內水工隧洞支護設計有兩種方法：一是傳統方法，即圍巖松動荷載全部由支護結構承擔；二是新奧法，即依靠測量數據來分析、預測并劃分地基地質條件，允許圍巖盡可能大的屈服，以采用輕型的臨時支護來完成初期支護，并根據量測數據確定二次支護的時間，使巖體的初期屈服及時終止，以防止強度的損失，最終達到充分發揮圍巖承載能力的目的。使初期支護與后期襯砌形成一體的組合襯砌形式，兩者共同承擔荷載。

隧洞開挖后，洞室圍巖應力會重新分布，沿洞壁形成巖體松動圈，松動圈的范圍與巖體強度及洞經等因素密切相關，并且洞壁圍巖從變形到松動破壞有一個時間段。此時，加強測量，及時分析，發現問題及時采用初期支護結構緊貼圍巖，保護和加固圍巖，利用圍巖自身承載能力，共同支撐荷載，達到洞室穩定目的。

針對新塘房電站隧洞軟質巖段地質特點，對該段隧洞采用復合支護、襯砌措施。Ⅲ類圍巖初期支護為錨噴混凝土5cm，隨機錨桿采用注漿錨桿，直徑為18mm，長2～2.5m，二次混凝土襯砌厚度25cm；Ⅳ類圍巖采用超前錨桿、系統錨桿加掛鋼筋網噴混凝土，噴護厚度10cm，鋼筋網采用∮8鋼筋，網格尺寸為15cm×15cm，二次混凝土襯砌厚度30cm，可視情況采取超前支護，超前支護以鋼拱架為支撐；Ⅴ類圍巖采用超前小導管注漿預加固地層、超前支護及早控制地下水，初期支護采用立鋼拱架、掛鋼筋網、噴射15cm厚的混凝土，二次混凝土襯砌厚30cm，鋼拱架采用型鋼彎制，保護層不小于5cm，鋼拱架間距根據地質情況按0.5～1.0m布置，施作超前支護的鋼架間距0.5～0.8m.一般Ⅳ類圍巖鋼拱架間距可作適當調整。

三、隧洞施工

（1）針對軟質巖的工程地質特點，盡量采用“新奧法”施工。

采用現場監控量測信息指導施工，通過對隧洞施工中量測數據和對開挖面的地質觀測進行預測、預報和反饋，并根據已建立的量測為基準，對隧洞施工方法、斷面開挖步驟及順序、初期支護的參數進行合理調整。

隧洞施工的關鍵是確定圍巖類別，而圍巖類別確定的關鍵是監控量測。

（2）在Ⅳ、Ⅴ類圍巖段采用人工分部開挖可減小對圍巖的擾動，能有效控制超欠挖。超前小導管注漿預加固地層、超前支護及早控制地下水，可以大量減少拱部圍巖的掉塊，保證了施工安全、質量和進度。

（3）隧洞施工過程需要注意兩點：

①初期支護要及時，大量工程實踐證明在緩傾角巖層中，噴錨支護效果良好，如果不及時打上錨桿并噴射混凝土，隨后的施工震動容易將松動的巖石震下，造成洞頂坍塌，對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，巖體變形時間效應較短，若不把握初期支護的良好時機，待巖體發生明顯松動再去支護，就將失去利用圍巖自身承載能力的機會；

②初期支護要緊貼圍巖，支護設施與圍巖形成整體才能調動圍巖自身承載能力共同控制圍巖變形，如果初期支護與圍巖貼合不緊，特別是拱頂形成空腔，提供了拱頂圍巖變形的空間條件，隨時間的流失，圍巖變形向縱深發展，使松動破壞區擴大，最終由初期支護單獨承擔荷載，極易造成支護失穩、洞頂坍塌的嚴重后果。

（4）在隧洞穿越圍巖塑性變形嚴重的地段時（1＋850～2＋000段），噴護混凝土鼓起、掉塊，鋼拱架發生輕度變形，洞室安全不能保證，此時及時襯砌，使隧洞不致發生坍塌破壞。因此，施工過程中注意觀察、量測，并適時調整設計方案尤為重要。

四、緩傾角軟質巖段隧洞施工的體會

在圍巖條件較差的隧洞設計、施工中采用“新奧法”，能夠使隧洞掘進開挖比較安全，可節省建材，降低造價，并可在保證工程質量的前提下適度加快進度。

（1）設計中采用“新奧法”，具有充分的理論依據，實際應用效果良好，值得大力推廣。

（2）施工過程中要盡量做到：

①少擾動，盡量采用機械（或弱爆破）開挖，并結合分部、臺階開挖法，減少對圍巖的擾動次數、擾動強度、擾動持續時間和擾動范圍；

②早噴錨，有效控制圍巖變形，充分發揮圍巖的自承能力；

③勤量測，施工過程中，對圍巖周邊位移進行現場監控量測，以及時反饋修正設計參數，指導施工或改變施工方法。