新奧法在向家壩水電站骨料輸送線8#隧洞施工中的應用

王少華 吳宏麗

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司 長沙市 410014）

1 工程概況及工程地質條件

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，總裝機容量6 400 MW。電站建設所需砂石骨料由大壩上游右岸太平料場供應，采用長距離帶式輸送機運輸，設計運輸能力為3 000 t/h。

骨料輸送線Ⅱ標段8#隧洞斷面采用城門洞型，斷面凈空尺寸為5 m×4 m（寬×高），路面設計縱坡坡比i=1.144 3%。隧洞全長4 649.18 m，為本標段最長的隧洞段。8#隧洞施工是控制性關鍵項目，施工進度直接影響本標段關鍵線路的直線工期。

1.2 工程地質條件

8#隧洞所在區域構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#隧洞穿過了3 層不同的地層，第1 層為侏羅系沙溪廟組粉細砂巖、泥巖，巖石呈強風化、中等風化，圍巖類型為Ⅳ～Ⅴ類，長度81.5 m；第2 層為侏羅系沙溪廟組砂巖與泥巖互層，巖石呈微風化至新鮮，圍巖類型為Ⅱ～Ⅳ類,長度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，巖石呈強風化、中等風化，圍巖類型為Ⅳ～Ⅴ類,長度392.67 m。整個8#隧洞Ⅴ類圍巖長33 m，Ⅳ類圍巖長774.17 m，Ⅲ類圍巖長3 572 m，Ⅱ類圍巖長27 m。

2 新奧法施工基本原理和主要原則

2.1 基本原理

新奧法是應用巖體力學理論，充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用構筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護結構（以錨桿和噴射混凝土為主要支護手段）及時對圍巖進行加固，約束圍巖的松弛和變形，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的監控量測來指導地下工程設計與施工。

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、早噴錨、快封閉、勤監測”。

（1）減少對圍巖的擾動。新奧法將圍巖視為隧洞承載構件的一部分，施工時應采用光面爆破、微差爆破等措施，以減少對隧洞周邊圍巖應力的擾動，維護圍巖的整體性。

（2）充分發揮圍巖的自承能力。為了充分發揮圍巖的自承能力，應允許并控制圍巖的變形。同時隧洞的支護結構，也應具有一定的變形量，以緩和來自隧洞的壓力。

（3）盡快使支護結構閉合。為改善支護結構的受力性能，施工中應盡快使支護結構閉合，形成封閉結構。

（4）加強監控量測。通過對圍巖和支護的監控量測，可判斷圍巖穩定性和支護可靠性，并根據監控量測數據修改施工方法，確保施工安全和質量。

3 新奧法施工應用

根據8#隧洞的特點和隧洞穿越巖層的地質條件，8#隧洞開挖和支護采用新奧法施工技術。隧洞進出口開挖工作面均各自配備一套鉆架臺車進行鉆爆法施工，采用無軌出碴方式，洞內每200 m 左右設回車洞。8#隧洞施工方法和支護參數詳見表1 和表2。

表1 8#隧洞施工方法一覽表

表2 8#隧洞支護參數及適用范圍表

3.1 隧洞開挖施工

3.1.1 開挖施工工藝流程

8#隧洞洞室開挖施工工藝流程見圖1。

圖1 洞室開挖施工工藝流程圖

3.1.2 爆破開挖鉆爆參數

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。

●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面。

圖2 掏槽孔布置示意圖

●炮孔直徑：Φ32 mm。

●炮孔深度：以各類圍巖的每循環進尺為依據，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。

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

●孔徑和孔深：以各類圍巖的每循環進尺為依據，并與之相等。孔徑與掏槽孔孔徑相同。

●炮孔裝藥：除出堵塞后的長度進行全部連續偶合裝藥。

（3）周邊孔鉆爆參數。

●炮孔布置：周邊孔都要向外側傾斜一個角度，使孔底超出開挖邊線20 cm，以使下一循環鉆孔設備有足夠的操作空間，確保隧洞的設計斷面。頂孔間距為40 cm 左右，幫孔和底孔的間距適當增加。

●孔徑和孔深：以各類圍巖的每循環進尺為依據，并與之相等。孔徑與掏槽孔孔徑相同。

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

3.1.3 起爆網絡

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，即孔內雷管和孔外過橋雷管用半秒延期導爆管雷管，起爆雷管用火雷管。設計的起爆方式為一次點火起爆。

3.1.4 各類圍巖排炮循環時間

8#隧洞各類圍巖排炮循環時間見表3。

3.2 隧洞支護施工

3.2.1 錨桿施工

超前錨桿、系統錨桿、隨機錨桿和鎖口錨桿采用風鉆造孔，機械注漿、作業平臺車配合人工安裝。錨桿按先注漿后安插錨桿的程序施工。

表3 8#隧洞各類圍巖排炮循環時間表 min

3.2.2 鋼筋網施工

隨開挖進度分區、分塊進行，掛網前先噴一層（3～5）cm 厚素混凝土。鋼筋網采用光面鋼筋在場外按（2～4）m2一塊進行編焊，運至工作面后，人工在腳手架平臺上沿巖面鋪設，利用錨桿頭點焊固定，中間用膨脹螺栓加密固定，鋼筋網距離壁面（3～5）cm，網間用鉛絲扎牢。

3.2.3 噴射混凝土施工

噴混凝土采用混凝土噴射機半濕噴工藝施工，噴射早強混凝土。場外拌制噴混凝土料，5 t 自卸車運至工作面后，分層施噴。若有網噴混凝土則按“噴－網－噴”的程序進行。

3.2.4 鋼支撐施工

鋼支撐在專門指定地方分段分節加工制作，編好號后運至現場人工拼接安裝、焊接，節間用螺栓連接，鋼支撐立柱腳設鋼墊板，必要時澆筑基礎混凝土。每榀鋼架間通過用縱向筋聯接形成整體，整體與錨桿頭焊接，再噴混凝土。拱腳及腰部打鎖腳錨桿加固。

3.2.5 超前小導管施工

為確保8#隧洞進口洞室開挖安全、穩定，在隧洞頂拱部位采用小導管進行超前加固注漿。小導管沿頂拱開挖輪廓線布置，環向間距300 mm，長度L=6.0 m，上仰傾斜角5°。小導管采用Φ48 鋼管制作，鋼管前端加工成圓錐形，并予以封焊嚴實，管身設若干溢漿孔，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 隧洞監控量測

噴錨支護是新奧法的基礎，監控量測是新奧法的靈魂。在隧洞施工過程中進行現場監控量測，及時獲取圍巖和支護的動態信息，并反饋于修正支護參數與施工措施。

3.3.1 監控量測的項目

（1）圍巖和支護狀況觀察。觀察記錄工作面的工程地質與水文地質情況，作地質素描圖，結合探孔情況對地質進行預測。觀察開挖面附近初期支護狀況和噴混凝土表面裂紋狀況，結合變形監測判斷圍巖的穩定性和初期支護的可靠性。

（2）地表沉降監測。8#隧洞進口段和出口段覆蓋層厚度較小，且8#隧洞進口左側受滑坡體的影響，巖體破碎，隧洞開挖易塌頂，處理不當會造成地表沉陷，為此在地表設置沉降監測。布點原則為在8#隧洞進口段和出口段分別設置地表沉降橫斷面2個，沿洞軸線方向（10～30）m 設置地表沉降測點一個。監測儀器為精密水準儀。

（3）拱頂下沉及收斂量測。根據8#隧洞圍巖類別和埋深情況，拱頂下沉及收斂量測沿隧洞洞軸線方向在拱頂和墻中布設測點，測點間距一般洞口淺埋段和Ⅴ級圍巖為10 m，Ⅳ級圍巖為（20～30）m，Ⅲ級圍巖為50 m，Ⅱ級圍巖為（80～100）m，而大變形軟巖段斷面間距最小為5 m。收斂量測在開挖后盡早進行，初讀數在開挖12 h 時內且在下一循環開挖前讀取，采用無尺量測法。淺埋地段洞內外量測點布設在同一橫斷面內。

3.3.2 量測頻率與結束標準

（1）量測頻率。量測頻率根據監測數據的變化情況而定，一般情況按表4 進行。

（2）結束標準。根據收斂速度判別：收斂速度＞5 mm/d 時，圍巖處于急劇變化狀態，加強初期支護系統；收斂速度＜0.2 mm/d 時，圍巖基本達到穩定。

各量測項目持續到變形基本穩定后2 周結束，軟弱圍巖大變形地段位移長時間不能穩定時，延長量測時間。

表4 量測頻率表

3.3.3 初期支護監測結果異常的處理

（1）如圍巖壓力引起的變形，采用多次復噴混凝土并打設錨桿加固圍巖，補強支護。在下一循環施工時，修改支護參數，增強支護，同時增大觀測頻率。

（2）如出現變形速率突然增大出現不穩定征兆時，進行適時監測觀察；如伴有響聲及新生裂縫，立即暫停正常施工，加強支護和采取搶救性措施。

（3）隧洞開挖后，工程地質和水文地質、圍巖類別比預計的不一樣時，調整設計參數，改變施工方法。

4 施工體會

（1）在施工過程中及施工完成后，對洞室進行了定期和不定期多次觀察和觀測，未發現變形、開裂、下沉和破壞等不良現象，說明設計方案合理，施工質量可靠，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，圍巖分類的準確性直接影響施工質量、施工安全和施工進度。因此，一定要做好圍巖分類的基礎工作，根據圍巖類別采用不同的施工方法。

（3）8#隧洞施工前期因沒采用新奧法施工技術，最高日進尺僅為5.2 m，且支護工程量大，而采用新奧法施工技術后，最高日進尺達到11.2 m，支護工程量大大減少，加快了施工進度，確保了施工質量，節約投資160 萬元，取得了良好經濟效益。

（4）在8#隧洞穿越的地質條件復雜，不良地質現象多，工期緊，施工強度高等困難的條件下，實現了安全事故和質量事故“雙零”目標，單元工程優良率達到85.8%，贏得了業主和監理的高度評價，取得了良好社會效益。