新奧法在沙坪水電站引水系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘 要】 在以Ⅳ類圍巖為主的沙坪水電站引水隧洞工程中，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，靈活采用了新奧法一期支護(hù)施工，如型鋼、鋼格柵支撐、型鋼附拱、超前管棚等，經(jīng)時(shí)間檢驗(yàn)，已滿足并超出了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】 圍巖；引水隧洞；新奧法；支護(hù)施工

新奧法是在利用圍巖本身所具有的承載效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技術(shù)，進(jìn)行全斷面開挖施工，并以形成復(fù)合式內(nèi)外兩層襯砌來修建隧道的洞身，即以噴混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼支撐等為外層支護(hù)形式，稱為初次柔性支護(hù)，即在洞身開挖之后必須立即進(jìn)行的支護(hù)工作。

1 新奧法施工基本原理

新奧法施工的基本原理是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，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，并通過對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)控、測(cè)量來指導(dǎo)地下工程的設(shè)計(jì)與施工。新奧法的主要原則可扼要地概括為“少擾動(dòng)、早噴錨、快封閉、勤測(cè)量”。

2 新奧法在沙坪水電站引水系統(tǒng)中的應(yīng)用

沙坪水電站位于四川雅安青衣江一級(jí)支流周公河中下游，隧洞軸線基本沿沙坪背斜西翼展布。隧洞出口洞段處于四方石Ⅱ級(jí)階地之下，地面高程677～690m，所處地段為一緩坡平臺(tái)，地形坡度小于10°，臺(tái)面上部為厚5～12m階地堆積層，下伏基巖為J2s泥巖夾砂巖，隧洞上伏基巖厚約20～30m，多屬弱～微風(fēng)化巖體，層部夾層發(fā)育，屬Ⅴ類圍巖，開挖后洞室穩(wěn)定性差，需及時(shí)進(jìn)行支護(hù)處理。出口邊坡為J2s泥巖夾砂巖構(gòu)成，斜-順向坡，邊坡上部有厚大于5.0m松散堆積層。上部強(qiáng)風(fēng)化巖體及松散堆積層強(qiáng)度低，開挖邊坡穩(wěn)定性差，應(yīng)采取相應(yīng)處理措施。

2.1 一般地質(zhì)洞段

（1）Ⅲ類圍巖洞段

采用錨噴支護(hù)：Φ25砂漿錨桿，L=3m，外露0.4m，排距3m，環(huán)間距45°，頂拱120°范圍梅花型布置；頂拱120°范圍噴10cm厚C20混凝土，布置形式如圖1所示。

（2）Ⅳ類圍巖洞段

采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù)：Φ25砂漿錨桿，L=4.5m，外露0.5m，排距3m，環(huán)間距45°，頂拱270°范圍梅花型布置；頂拱270°范圍噴10cm厚C20混凝土；頂拱90°范圍掛Φ6.5@15×15cm鋼筋網(wǎng)片，布置形式如圖2所示。

（3）Ⅴ類圍巖洞段

采用掛網(wǎng)錨噴鋼格柵支護(hù)：Φ25砂漿錨桿，L=4.5m，外露0.5m，排距1.5m，環(huán)間距21°，頂拱270°范圍梅花型布置；頂拱270°范圍噴10cm厚C20混凝土；頂拱270°范圍掛Φ6.5@15×15cm鋼筋網(wǎng)片；鋼格柵或型鋼拱架榀距80cm，布置形式如圖3所示。

圖3 D3型支護(hù)剖面圖

2.2 特殊地質(zhì)洞段

2.2.1 掉塊洞段的開挖和支護(hù)

開挖揭露的巖層為砂巖和泥巖互層薄層帶，圍巖十分破碎，層間粘結(jié)力較低，頂拱左側(cè)有掉塊現(xiàn)象，穩(wěn)定性極差。

支護(hù)方式：

1、開挖進(jìn)尺控制在1.0 m左右；

2、樁號(hào)引5+380.00掌子面頂拱180°范圍內(nèi)布設(shè)Φ48@40cm、L=4.5m的超前管棚，超前管棚搭在型鋼拱架上方并與型鋼拱架焊接；

3、采用型鋼拱架支撐，榀距50cm；

4、其它支護(hù)形式按一般地質(zhì)洞段進(jìn)行。

2.2.2 滲水洞段的開挖和支護(hù)

開挖揭露的巖層為均薄層砂巖、泥巖、巖層破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，且層間夾泥，圍巖右側(cè)弧段部位伴有線狀滲水，對(duì)圍巖穩(wěn)定性極其不利。

支護(hù)方式：

1、洞段出渣后先對(duì)兩側(cè)墻及拱頂弧段部位掌子面素噴3cm厚C20混凝土；

2、樁號(hào)引5+355.00與樁號(hào)引5+382.00掌子面頂拱120°范圍內(nèi)布設(shè)Φ25@50cm、L=4.5m的超前錨桿，其外露0.5cm，仰角10°～15°；

3、局部有滲水部位，布設(shè)Φ50mm、L=4.5m排水孔。

2.2.3 既有掉塊又有滲水洞段的開挖和支護(hù)

開挖揭露的巖層為砂巖和泥巖薄層帶，層間夾泥，風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破碎，且拱頂及直墻部位伴有線狀滲水，局部掉塊嚴(yán)重，穩(wěn)定性極差。

支護(hù)方式：

1、洞挖出渣后先對(duì)兩側(cè)墻及拱頂弧段部位素噴3cm厚C20混凝土封閉掌子面；

2、該洞段采用I18型鋼拱架支撐，榀距50cm；

3、兩側(cè)直墻及拱頂范圍內(nèi)掛Φ6.5@15×15cm鋼筋網(wǎng)片、噴15cm厚（含素噴3cm厚C20混凝土）C20混凝土進(jìn)行支護(hù)；

4、Φ25（砂漿錨桿）系統(tǒng)錨桿，頂拱間距30°，邊墻間距2m，排距1.5m，L=1.5m，外露0.1m，梅花型布置；

5、其它支護(hù)形式按一般地質(zhì)洞段進(jìn)行。

2.2.4 支洞與主動(dòng)交叉特殊洞段的開挖和支護(hù)

4#支洞交叉處揭露巖體以中厚層粉砂巖為主（局部巖體泥質(zhì)含量少，且伴有泥質(zhì)夾層），走向略順洞軸線方向，受地質(zhì)塌方影響，該段下游左、右側(cè)邊墻及拱頂部分均出現(xiàn)多組切割裂縫，且無咬合力，自穩(wěn)性差。經(jīng)下游超前管棚及錨桿布設(shè)施工后，為進(jìn)行鎖口型鋼拱架的架立施工，在對(duì)壓力管道局部欠挖處理時(shí)即局部弱爆破后發(fā)生連續(xù)掉塊，掉塊情況嚴(yán)重導(dǎo)致該處塌方。

支護(hù)方式：

1、對(duì)塌方處周邊及正對(duì)掌子面采用5cm厚C20混凝土素噴封閉處理；

2、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，垂直層面增設(shè)Φ25隨機(jī)錨桿，L=4.5m、外露0.1m；

3、拱頂及邊墻范圍內(nèi)掛Φ8@15×15cm鋼筋網(wǎng)片，緊貼巖面架立I18型鋼拱架，型鋼拱架榀距0.3m，為保證拱架剛度，對(duì)拱幅較大部位焊接I18型鋼橫梁；另緊貼型鋼拱架增設(shè)一層Φ8@15×15cm鋼筋網(wǎng)片，其C20混凝土噴護(hù)厚度直至與型鋼內(nèi)表面相平；

4、為保證交叉處整體穩(wěn)定，對(duì)上游鎖口段增設(shè)一層Φ8@15×15cm鋼筋網(wǎng)片，并增噴C20混凝土直至與鎖口型鋼內(nèi)表面相平（噴護(hù)總厚度約0.45m）。

3 結(jié)論

至今，沙坪水電站引水隧洞一期支護(hù)后，暴露時(shí)間最長(zhǎng)的洞段已33個(gè)月有余，時(shí)間最短的也已13個(gè)月有余（因停工，隧洞一期支護(hù)后一直處于暴露狀態(tài)，期間還經(jīng)歷了“5.12”地震考驗(yàn)）。最近一次檢查結(jié)果是：除個(gè)別地方有巖石掉塊和噴射混凝土脫落外，其余無異?，F(xiàn)象，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)規(guī)定的半年暴露期要求。

綜上所述，在大部分Ⅳ類，少數(shù)Ⅲ、Ⅴ類圍巖的地質(zhì)條件下，采用上述新奧法進(jìn)行引水隧洞一期支護(hù)是合理并且超出標(biāo)準(zhǔn)的。

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