探析新奥法在电站隧洞运用

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摘要：简介云县新塘房电站缓倾角软岩段隧洞施工采用新奥法进行设计和施工的经验及体会

关键词：新塘房、缓倾角软岩、新奥法、设计、施工

新塘房水电站位于临沧市云县幸福乡境内南淀河上，该电站属引水式电站，利用河床落差约60m，引水流量Q=37.4m3/s，装机容量1.8万Kw.有压引水隧洞布置于南淀河左岸，长约3.8Km，隧洞为有压洞，设计过水流量为37.4m3/s，平均坡降为3/1000，隧洞进口底板高程为1097m，洞径4.2m.

一、隧洞地质概况

隧洞线路沿线主要为构造侵蚀深切中高山峡谷地貌，平均坡度大于25°。隧洞沿线穿越下古生界“澜沧群”（Pz1ln）绢云石英片岩、绢云片岩、石英片岩夹炭质绢云片岩及绿色片岩、变质砂岩等，无可溶岩分布，岩体多呈薄层状或块状，片理、层理发育，其中绢云片岩、炭质绢云片岩及绿色片岩岩质较软（经取样试验，饱和抗压强度（Rb）在20～35Mp之间，属较软岩），岩体完整性相对较差，岩体透水性弱。隧洞线路位于新塘房背斜西翼近核部位置，工程区受构造运动影响较小，岩层倾角平缓，由于受多期地质构造运动影响，次级褶皱和次级断裂较为发育，在隧洞线中段和尾段发育有f1、f2、f3三条较小规模断层，该断层属压扭性断层，总体呈北西～南东走向，与隧洞线大角度斜交，断层破碎带宽度5～10m，局部大于10m，破碎带物质主要由碎裂岩组成，断层面倾角较大，破碎带宽度占引水线总长度比例较小，对隧洞的影响较小。

经前期地质勘探初步查明，在隧洞里程0＋300～0＋500、1＋700～2＋000、2＋200～2＋500段隧洞分布有绢云片岩、炭质绢云片岩及绿色片岩等较软岩，且岩层倾角小于20°，软质岩段长约800m，占全洞总长的20％。

二、隧洞开挖、支护设计

缓倾角软质岩层间结合差、节理、裂隙较发育、物质结构较松散、毛洞稳定性较差，若有地下水时，则以上特点表现更甚，本工程隧洞围岩类别多属Ⅲ、Ⅳ甚至Ⅴ类，在施工中极易发生变形、坍塌。

隧洞开挖过程中应尽量减少对围岩的扰动，尽可能采用机械开挖法，针对不同的地质情况采用“全段面法”、“台阶法”、“分部开挖”等开挖方法。

目前，国内水工隧洞支护设计有两种方法：一是传统方法，即围岩松动荷载全部由支护结构承担；二是新奥法，即依靠测量数据来分析、预测并划分地基地质条件，允许围岩尽可能大的屈服，以采用轻型的临时支护来完成初期支护，并根据量测数据确定二次支护的时间，使岩体的初期屈服及时终止，以防止强度的损失，最终达到充分发挥围岩承载能力的目的。使初期支护与后期衬砌形成一体的组合衬砌形式，两者共同承担荷载。

隧洞开挖后，洞室围岩应力会重新分布，沿洞壁形成岩体松动圈，松动圈的范围与岩体强度及洞经等因素密切相关，并且洞壁围岩从变形到松动破坏有一个时间段。此时，加强测量，及时分析，发现问题及时采用初期支护结构紧贴围岩，保护和加固围岩，利用围岩自身承载能力，共同支撑荷载，达到洞室稳定目的。

针对新塘房电站隧洞软质岩段地质特点，对该段隧洞采用复合支护、衬砌措施。Ⅲ类围岩初期支护为锚喷混凝土5cm，随机锚杆采用注浆锚杆，直径为18mm，长2～2.5m，二次混凝土衬砌厚度25cm；Ⅳ类围岩采用超前锚杆、系统锚杆加挂钢筋网喷混凝土，喷护厚度10cm，钢筋网采用∮8钢筋，网格尺寸为15cm×15cm，二次混凝土衬砌厚度30cm，可视情况采取超前支护，超前支护以钢拱架为支撑；Ⅴ类围岩采用超前小导管注浆预加固地层、超前支护及早控制地下水，初期支护采用立钢拱架、挂钢筋网、喷射15cm厚的混凝土，二次混凝土衬砌厚30cm，钢拱架采用型钢弯制，保护层不小于5cm，钢拱架间距根据地质情况按0.5～1.0m布置，施作超前支护的钢架间距0.5～0.8m.一般Ⅳ类围岩钢拱架间距可作适当调整。

三、隧洞施工

（1）针对软质岩的工程地质特点，尽量采用“新奥法”施工。

采用现场监控量测信息指导施工，通过对隧洞施工中量测数据和对开挖面的地质观测进行预测、预报和反馈，并根据已建立的量测为基准，对隧洞施工方法、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数进行合理调整。

隧洞施工的关键是确定围岩类别，而围岩类别确定的关键是监控量测。

（2）在Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用人工分部开挖可减小对围岩的扰动，能有效控制超欠挖。超前小导管注浆预加固地层、超前支护及早控制地下水，可以大量减少拱部围岩的掉块，保证了施工安全、质量和进度。

（3）隧洞施工过程需要注意两点：

①初期支护要及时，大量工程实践证明在缓倾角岩层中，喷锚支护效果良好，如果不及时打上锚杆并喷射混凝土，随后的施工震动容易将松动的岩石震下，造成洞顶坍塌，对于Ⅳ、Ⅴ类围岩，岩体变形时间效应较短，若不把握初期支护的良好时机，待岩体发生明显松动再去支护，就将失去利用围岩自身承载能力的机会；

②初期支护要紧贴围岩，支护设施与围岩形成整体才能调动围岩自身承载能力共同控制围岩变形，如果初期支护与围岩贴合不紧，特别是拱顶形成空腔，提供了拱顶围岩变形的空间条件，随时间的流失，围岩变形向纵深发展，使松动破坏区扩大，最终由初期支护单独承担荷载，极易造成支护失稳、洞顶坍塌的严重后果。

（4）在隧洞穿越围岩塑性变形严重的地段时（1＋850～2＋000段），喷护混凝土鼓起、掉块，钢拱架发生轻度变形，洞室安全不能保证，此时及时衬砌，使隧洞不致发生坍塌破坏。因此，施工过程中注意观察、量测，并适时调整设计方案尤为重要。

四、缓倾角软质岩段隧洞施工的体会

在围岩条件较差的隧洞设计、施工中采用“新奥法”，能够使隧洞掘进开挖比较安全，可节省建材，降低造价，并可在保证工程质量的前提下适度加快进度。

（1）设计中采用“新奥法”，具有充分的理论依据，实际应用效果良好，值得大力推广。

（2）施工过程中要尽量做到：

①少扰动，尽量采用机械（或弱爆破）开挖，并结合分部、台阶开挖法，减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动持续时间和扰动范围；

②早喷锚，有效控制围岩变形，充分发挥围岩的自承能力；

③勤量测，施工过程中，对围岩周边位移进行现场监控量测，以及时反馈修正设计参数，指导施工或改变施工方法。