新奥法在黄泥滩引水隧洞施工中的应用

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　　摘要：简单介绍新疆阿勒泰地区黄泥滩供水工程引水隧洞多岩性洞室开挖施工采用“新奥法”进行设计和施工的经验及体会
　　 关键词：黄泥滩、多岩性、新奥法、设计、施工
　　 黄泥滩灌区供水工程位于阿勒泰地区富蕴县喀拉布勒根乡境内峡口水库下游。其作用是使己完建的峡口水库发挥其效益，充分利用该水库调节能力，保障水库北岸灌区的灌溉及其它用水。设计流量为Q设=8.2m3/s，加大流量Q加大=10.2m3/s，下游所控制的灌溉面积为14.0万亩。洞身段长5690m，断面形式为城门洞型，底宽2.8m，高3.2m，纵坡1/1520，设计工况下洞内流速1.572m/s。
　　隧洞地质概况
　　 引水洞线地形总的特征是两端低洼，中间部位为冲积高平台，地势较高，呈马鞍形。引水洞线位于额尔齐斯挤压带南70km，乌伦古河大断裂北5km处，构造较为复杂，洞线所处的构造部位及其发育情况简述如下：
　　 1、褶皱
　　 引水洞线位于一复式背斜侧南翼，由于该处表层多被新生代地层所覆盖，中生代地层缺失，古生代地层仅零星出露，故小型褶曲构造不明。
　　 2、断裂
　　 二标段可见的断层主要为F3断层。东端与区域断裂F2相交，西部穿越引水洞线3+030处，走向NE75°，倾向NW，倾角不详。
　　 3、结构面特征
　　 从本区基岩露头点的结构面测定，结构面特征多为平直，直而粗糙或呈舒缓波状，宽度1-15mm局部达50mm，长数百米至千米以上，主要以Ⅲ级结构面，Ⅳ级者次之，结构面走向主要有两组：一组走向为NW290°～330°，多数倾NE，少数倾SW，倾角55°～80°；另一组走向为NE20°～60°，倾向NW，倾角45°～70°。
　　 4、引水洞沿线工程地质条件
　　 围岩工程地质分类表
　　
　　
　　
　　 二、隧洞开挖、支护设计
　　 对于城门洞断面的钻爆法施工，采用一次喷锚支护与二次钢筋砼衬砌相结合的复合式衬砌方式。一次喷锚支护作为永久衬砌结构的一部分，根据地质情况的不同，在岩性较差的洞周一定范围内打系统锚杆并挂网、喷砼，使洞体围岩成为一个承载结构，这样可以减少作用在二次支护结构上的荷载，充分发挥围岩的承载能力。
　　 一次喷锚支护
　　 Ⅱ类围岩：自稳条件好，开挖后变形很快稳定，不做喷锚支护。
　　 Ⅲ类围岩：喷8cm厚的砼，顶拱挂网φ8@20×20cm。
　　 Ⅳ类围岩：喷10cm厚的砼，顶拱及钢拱架处设系统锚杆φ22，入岩长度1.5m，间、排距为1m，顶拱设φ22超前锚杆，挂网φ8@15×15cm。
　　 Ⅴ类围岩：喷12cm厚的砼，顶拱及钢拱架处设系统锚杆φ22，入岩长度1.5m，间距1m，顶拱设φ22超前锚杆，全周挂网φ8@10×10cm，并架设H125型钢支撑，排距0.5m。
　　 对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩段进行固结灌浆处理，排距2～4m，每排不少于6孔，孔位对称布置，灌浆压力现场试验确定，为避免钻孔时碰到钢筋，衬砌体内预留灌浆孔，孔径φ50mm。
　　 二次衬砌
　　 本工程隧洞Ⅱ、Ⅲ类围岩段采用钢筋砼衬砌，厚0.3m；Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用钢筋砼衬砌，厚0.4m。在顶拱90°～120°范围内进行回填灌浆，回填灌浆排距2～6m，灌浆压力现场试验确定，灌浆孔深入围岩5cm以上。
　　 钢格栅支撑体由主筋（φ22螺纹钢）、附筋（φ12钢筋）组成“△”，高度18×18cm，榀距0.8m，拱架之间用φ22钢筋连接，间距0.5m。钢拱架制作好后，采用小断面、短进尺、强支护、快衬砌进行处理。
　　 缓倾角软质岩层间结合差、节理、裂隙较发育、结构较松散、毛洞稳定性较差，若遇地下水，以上特点表现更甚，在施工中极易发生变形、坍塌。
　　 隧洞开挖过程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。本工程中就采用了新奥法支护施工。
　　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地质工程师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。
　　 (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。超前锚杆支护及早控制地下水，可以大量减少顶拱部围岩的掉块，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，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(3+000～3+066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。
　　
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