“新奥法”在引水隧洞工程中的实践应用

第７期　２０１５年７月　广东水利水电　ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ　ＡＮＤ　ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　Ｎ　０．７　Ｊｕ１．２０１５　“新奥法”在引水隧洞工程中的实践应用　赖　军　（广东省河源市水利水电工程质量安全监督站，广东河源　５１７０００）　摘要：将新奥法引入到河源市区水源工程引水隧洞围岩的施工过程。通过光面爆破、喷锚支护以及围岩变形监测等施　工技术手段，有效地防止了破碎围岩及不良地质段围岩可能产生的变形、松动，围岩的完整性得到了维护，保证了施工　安全，取得了良好效果，可供类似工程施工时参考借鉴。　关键词：新奥法；引水隧洞；应用　中图分类号：ＴＶ５５４　．３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—０ｌｌ２（２０１５）０７—０００４—０４　新奥法，又称为复合衬砌，是利用岩体本身结构　力学原理和利用围岩的自身承载能力，结合喷射混凝　土和锚杆为支护手段，进行合理的支护，控制围岩本　身的松弛和变形，使围岩及周边成为一种有效的支护　体系，并通过对围岩的支护和围岩的量测、监测来指　导水工隧洞施工的方法和原则。新奥法用于隧洞工程　的施工，不仅施工工艺简单、安全，还能加快施工的　需要充分发挥围岩自身的承载能力。因此，在引水隧　洞施工时采用“新奥法”进行施工。　表１围岩分类　工期，经济适用性很强。例如我省大瑶山隧洞工程、　东深供水工程都是使用新奥法施工。下面通过对河源　市区水源工程引水隧洞中遇到围岩破碎段及不良地质　段使用新奥法施工技术进行阐述，供类似工程参考。　１工程及地质概况　河源市区水源工程，从河源市新丰江水库库区开　凿隧洞取水，通过水工隧洞引水和专用的输水管道，　把原水输送到河源市区的南水厂和北水厂，再由南水　厂和北水厂分别供水到用户，供水保证率９７％，设计　２施工原则及施工措施　２．１施工原则　本工程施工的原则是：本工程在开挖过程中采用　光面爆破技术的同时，尽量抑制围岩及围岩周边的岩　年取水量为２．２１亿ｍ　，日取水规模为６４万ｍ。／ｄ，工　程为Ⅱ等大（２）型¨Ｊ。其中引水隧洞总长１　８３７．８　ｍ，　开挖断面为城门洞形。围岩分类以Ⅲ、Ⅳ、Ｖ为主　（不同地段的分类情况详见表１、图１、图２），工程地　体恶化，利用围岩本身所具有的承载力，利用隧洞开　挖后围岩重新形成一种应力分布继而产生一种变形，　直到松动会有一个时间效应，再加以合理地混凝土锚　喷为手段形成一种柔性的支护，与围岩及围岩周边紧　密结合起来，这样一来，不但充分发挥了围岩及围岩　周边自身承载能力，还可以达到洞室稳定的目的。在　质条件相对复杂，施工有一定难度。在隧洞开挖中，　围岩节理裂隙发育，部分洞段出现破碎带，以及结构　面与开挖面在洞顶或边墙形成不利组合，部分洞段还　存在不同程度的渗水、滴水、涌水险情，局部存在不　同冒顶掉块现象，对施工人员和施工机械形成很大的　安全隐患。为保证施工安全，必须限制围岩在应力作　施工中尽量做到“少扰动、早锚喷、勤量测、紧封　闭”　２］，以保证隧洞开挖的质量，对围岩及其周边和　周围相邻建筑物尽量减少扰动。　用下产生的裂隙，变形，约束不利因素的进一步恶化，　收稿日期：２０１５—０３—２３；修回日期：２０１５—０４—２２　作者简介：赖军（１９８３），男，本科，工程师，从事水利水电工程质量安全监督技术工作。　・　・　２０１５年７月　第７期　赖军：“新奥法”在引水隧洞工程中的实践应用　Ｎｏ．７　Ｊｕ１．２０１５　图２河源市区水源工程引水隧洞地质纵剖面示意　２．２施工措施　根据本工程引水隧洞的特点，结合施工机械性能，　变化情况，合理地对光面爆破参数进行调整，尽量保　证断面的平整性和减少爆破对围岩产生的裂隙；二是　洞室开挖后，适时对围岩作初期支护，抑制围岩变形；　三是及时采用支护和锚喷形成一个封闭体系，与围岩　・要如何才能使围岩达到稳定。本工程采取了以下施工　措施：一是隧洞开挖采用光面爆破，根据即时的地质　５・　２０１５年７月第７期　广东水利水电　Ｎｏ．７　Ｊｕ！．２０１５　共同工作；四是初期支护必须紧跟工作面，防止围岩　发生松动而造成事故；五是加强围岩变形监测，及时　调整支护参数。　２．２．１开挖及支护　１）开挖过程遵循“短进尺、弱爆破、强支护”的　边两道预裂，两侧还要预留出保护层。采用中间拉槽　爆破，中间拉槽用单孔单响孔间微差挤压爆破技术，　必须采用手风钻开挖和预留保护层，采用小药量浅孔，　减少最大单响药量，从而保证控制质点开挖质量和爆　破振动速度，确保围岩稳定　。按照光面爆破规定要　求，开挖轮廓面上残留炮孔痕迹应均匀分布，残留炮　施工原则为指导，隧洞工程的开挖，用全站仪放线定　出上、下拐点，然后按照“平、直、齐”要点施钻，做　到炮孔孔底要和爆破在同一直线上。成孑Ｌ后的炮眼应　孔痕迹保存率对节理不发育岩体应达到８０％以上，对　节理发育和较发育的岩体应达到５０％一８０％　。本工　程实际爆破效果收到很好的成效，边墙及顶拱径向超　挖小于２５　ｃｍ，炮孔残孔率为８７％，满足了规程、规　范的要求，保证了光面爆破的质量（爆破参数见表２）。　该用标志杆插入，有标志杆炮眼作为其余炮眼钻孔时　的导向。上、下两个直墙面设置成不装药的减震孔，　可以保证开挖后成型质量，开挖过程中采用拉槽和周　表２爆破参数　２）引水隧洞中新奥法的施工，不但强调了隧洞开　挖成型的质量，还要保证了隧洞开挖后要同时支护，　过了，保证了隧洞工程施工安全和进度，更保证了施　工的质量。　３变形监测　既要发挥围岩本身的承载能力，更要控制围岩及周围　不能产生较大的变形，必要时进行加固、支护以及稳　定围岩。针对河源市区水源工程引水隧洞不同地质特　点，采用复合支护措施，根据围岩类型合理选择支护　（见表３）。　表３支护参数　围岩类别　参数　喷砼厚度１５　ｏｍ，采用直径为中２５　ｎｌｍ，长度２．５　ｍ的锚　ｍ　变形监测是新奥法施工后期重要监测手段，为了　掌握引水隧洞在开挖过程中引起的变形，或者是地表　沉降以及后期混凝土衬砌及施工安全，对本工程引水　隧洞部分断面进行了变形监测，随时可以掌握隧洞变　形情况，在遇到突发时间时，第一时间采取补救措施。　３．１监测点布置　变形监测桩号选在Ｆ１Ｄ＋３００、Ｆ０＋９００、Ｆ１＋３００、　扦，间距１．０～１．２　ｍ　喷砼厚度１５　ｃｍ，采用直径为　５　ｍｍ，长度３　ｍ的锚杆，　间距０．８～１．０　ｍ，加挂畎；＠２００　ｍｍ　ｘ２００　ｍｍ钢筋网　喷砼厚度２０　ｏｍ，采用直径为　２５　ｍｌｎ，长度５　ｍ的锚杆，　间距０．６～０．８　ｍ，配置　＠２００　ｍｍ×２００　ｍｍ钢筋网及　Ｆ１＋８００四个较不稳定断面，每个断面布置５个监测　点（顶拱１个，两侧各２个）。５个量测点必须在同一　断面上，施工期间每天量测２次。　３．２监测方法　变形监测仪器选用精密全站仪，其中水准仪用来　量测拱顶下沉量，全站仪用来量测两侧收敛。隧洞拱　钢拱架，二次锚喷混凝土２０　ｏＩｎ厚，其中顶拱厚０．３～　０．５　ｍ，边拱厚０．５～０．７　ｍ　顶变形监测点采用反三角形式，不但可以确保量测的　准确度，还可以避免监’坝０点受到外力的作用继而发生　破坏和松动，隧洞两侧的位移点则是采用圆形钢筋圈，　３）对于出现滴水、涌水较大段处理的措施：在涌　水、滴水较大的地方处钻４．５　Ｉｎ深的较为密集的排水　孔，集中用软管引排水源，按照规定要求慢慢增加速　嵌入围岩部分采用螺纹钢筋。　３．３监测结果　凝剂掺量和水泥用量，降低水灰比，先喷射干拌混凝　土到涌水处，当其与涌水融合后，再逐渐加大喷射设　计的混凝土，然后采用锚、钢作为支撑的一种补强支　护手段，不但有效的限制围岩及围岩周边的岩体进一　步松动，还可以避免大面积塌方，涌水段施工顺利通　・由于所处隧洞地质条件复杂多变，施工难度较大，　为有效的利用监测结果指导施工设计优化，结合隧洞　围岩级别选取了几个典型代表性断面进行分析。由于　两侧变形监测数据几乎没什么变化，这里不再做叙述。　６・　２０１５年７月　第７期　赖军：“新奥法”在引水隧洞工程中的实践应用　２　３　４　５　６　７　８　９　Ｎｏ．７　Ｊｕ１．２０１５　３．４监测成果分析　根据此监测结果，从围岩的变形位移来看，拱顶　下位移量基本趋于稳定，桩号Ｆ１＋８００处断面有下沉　岩变形基本处于稳定、收敛状态，虽然都在可控范围　Ｏ　（　）　４结语　Ｏ　Ｏ　通过河源市区水源工程在引水隧洞中围岩破碎段　Ｏ　Ｏ　Ｏ　８　１　及不良地质段采用新奥法施工的实践，收到了很好的　２　１　２　∞　Ｏ　０　Ｏ　趋势变化较多，其他３处桩号下沉速率变化不多，围　之内（见表４），但是为了保证洞室结构安全和人员设　备安全，施工单位还是对４个断面都进行了永久混凝　土衬砌，预防了事故的发生，保证工期不受影响。　表４顶拱变形量　效果。隧洞开挖成型好，光面爆破超挖控制良好，残　孔率达到８０％以上，利用适时的支护，从监测结果分　析看，隧洞顶拱、边墙稳定，满足了规定的要求，从　开工到完工没有发生一起安全事故，取得了较好的经　济利益和社会效益。新奥法施工在河源市区水源工程　引水隧洞施工中成功应用，证明了它的科学性和适　１０。ｍ　桩号　用性。　间隔天数　Ｆ０＋３００　Ｆ０＋９００　Ｆ１＋３００　Ｆ１＋８００　参考文献：　０　０　０　［１］　广东省水利电力勘测设计研究院．河源市区水源工程初　Ｏ　０　０．１７　步设计报告［Ｒ］．广州：广东省水利电力勘测设计研究　院，２０１３．　０．００２　０．２０５　０．０４　［２］　张福民．“新奥法”施工在红叶二级水电站引水隧洞中的　０．１０４　０．００２　０．０５　应用［Ｊ］．水电站设计，２００２（９）：５１．　Ｏ．０２　Ｏ　０．０１５　［３］　李善忠．龙滩水电站地下厂房开挖技术［Ｊ］．水利发电，　０．００８　Ｏ．Ｏ１３　０．００９　２００５（４）：５８．　０　０　０．ｏ０７　［４］　吴炬．水工隧洞开挖中的问题及处理措施［Ｊ］．山西水利　０　Ｏ　０．００５　科技，２００８（９）：４９—５０．　０．００３　Ｏ　０．００２　（本文责任编辑马克俊）　Ｏ　０　０．０ｏ１　０．１３７　０．２２　０．２９９　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ“ＮＡＴＭ”ｔｏ　ｔｈｅ　Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＬＡＩ　Ｊｕｎ　（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｈｅｙｕａｎ　Ｃｉｔｙ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｈｅｙｕａｎ　５　１７０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮＡＴＭ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｏｎ　ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎ　Ｈｅｙｕａｎ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｓｍｏｏｔｈ　ｂｌａｓｔｉｎｇ，ｓｈｏｔｅｒｅｔｅ—ｂｏｌｔ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，　ｌｏｏｓｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｐｒｅｖｅｎｔｅｄ，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　ｏｆ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ．ｗｈｉｃｈ　ｅｎｓｕｒｅｓ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｇｏｏｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｉ　ｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＮＡＴＭ；ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ　ｔｕｎｎｅｌ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　・７・