淺析“新奧法”支護(hù)在南灣水庫泄洪洞工程的應(yīng)用

□王 飛（河南水利建筑工程有限公司）

□辛建厚（河南省陸渾水庫灌溉工程管理局）

□李 巖（河南水利建筑工程有限公司）

1.工程概況

南灣水庫泄洪洞工程是南灣水庫除險加固三期工程的重要組成部分。該泄洪洞全長403.7m，采用圓形斷面設(shè)計(jì)，半徑為3.3m和3.1m兩種。設(shè)計(jì)縱坡為1/40，縱坡較陡，流速比較大。

泄洪洞洞身由Ⅲ類和Ⅳ類圍巖構(gòu)成。洞身基本上在弱風(fēng)化和新鮮巖石中通過，夾層分部廣泛，主要成分由鐵質(zhì)云母片巖夾石英云母片巖和炭質(zhì)綱云母片巖組成。

2.施工方案選擇

由于該泄洪洞局部地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖類別低，開挖后自穩(wěn)能力較差，坍塌現(xiàn)象時有發(fā)生。開挖后如不及時支護(hù)，容易造成安全事故。為確保施工安全，經(jīng)過設(shè)計(jì)論證，選擇“新奧法”支護(hù)。

“新奧法”的基本思想是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，及時對圍巖進(jìn)行加固，約束圍巖的松弛和變形。并通過對圍巖和支護(hù)的量測和監(jiān)控來指導(dǎo)工程的設(shè)計(jì)和施工。

泄洪洞工程的支護(hù)由初期支護(hù)和二次襯砌兩部分組成。初期支護(hù)能有效的形成應(yīng)力承載圈，承擔(dān)圍巖壓力，阻止圍巖變形，使其趨于穩(wěn)定；二次襯砌將承擔(dān)后期的設(shè)計(jì)荷載，以及部分錨桿因蠕動、腐蝕，使應(yīng)力松弛而轉(zhuǎn)移到二次襯砌的圍巖壓力或作為安全儲備。

3.洞身支護(hù)

3.1 初期支護(hù)

3.1.1 頂拱超前小導(dǎo)管注漿

所謂頂拱超前小導(dǎo)管注漿是指在隧洞開挖前，預(yù)先打入頂拱范圍的無縫鋼管，并在管內(nèi)注漿，其目的是進(jìn)一步增加開挖后自身穩(wěn)定能力較差地段洞頂?shù)姆€(wěn)定性，避免洞頂在開挖過程中發(fā)生坍塌。

采用人工配合臺架風(fēng)鉆打眼的方法進(jìn)行鉆孔，導(dǎo)管在頂拱180o范圍內(nèi)呈梅花形布置。鉆孔完成后，用高壓水清洗干凈孔內(nèi)沙塵，采用壓力流量雙條件控制的方法進(jìn)行灌漿處理，其注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，必要時在孔口設(shè)置漿塞。

3.1.2 洞身開挖

根據(jù)“新奧法”的施工要求，隧洞開挖必須盡量減輕對圍巖的擾動，充分發(fā)揮圍巖的自承能力。在爆破作業(yè)中采用光面爆破技術(shù)，并根據(jù)圍巖情況，及時修正爆破參數(shù)，達(dá)到最佳爆破效果，并形成整齊圓順的輪廓，減少超、欠挖。

因此，為減少對圍巖的擾動，及時進(jìn)行支護(hù)，保證施工安全，洞身開挖采用全斷面開挖的施工方法。

3.1.3 格柵鋼拱架

格柵鋼拱架是為保持圍巖破碎地帶的穩(wěn)定性所采取的一種技術(shù)措施。鋼拱架具有足夠的支撐剛度和強(qiáng)度，而且與混凝土接觸面大、結(jié)合好，能夠共同變形、共同受力。

格柵鋼拱架沿隧洞軸線每隔1m設(shè)一榀，縱向采用間距為1m的鎖腳錨管（錨管內(nèi)注漿）與格柵鋼拱架焊接牢固，且與巖面楔緊。設(shè)置鎖腳錨管的目的是為了固定格柵鋼拱架，防止網(wǎng)噴時格柵鋼拱架移位、變形等情況發(fā)生。每榀格柵間采用Φ42鋼管縱向連接，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

3.1.4 錨桿、噴射混凝土

錨桿和噴射混凝土與圍巖形成一個承載結(jié)構(gòu)，可有效的限制圍巖變形的自由發(fā)展，調(diào)整圍巖的應(yīng)力分布，防止巖體松散墜落。錨噴支護(hù)在施工過程中緊跟開挖掘進(jìn)，邊挖邊噴，交叉進(jìn)行，直至全斷面完成。

3.1.4.1 初噴。開挖2-3h內(nèi)應(yīng)及時進(jìn)行第一次混凝土噴射，厚度為5cm，頂拱應(yīng)適當(dāng)加厚。

3.1.4.2 錨桿孔施工。錨桿孔應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和圍巖情況確定孔位，并作出標(biāo)記。開孔位置允許偏差為10cm，孔軸方向垂直于開挖輪廓線。鉆孔完成后用高壓風(fēng)、水聯(lián)合清洗，將孔內(nèi)松散巖粉粒和積水沖洗干凈，以免影響錨桿桿體的插入和灌漿質(zhì)量。

3.1.4.3 錨桿安裝。采用“先插桿后灌漿”的安裝方法。在插入錨桿的同時，須及時安裝注漿管。注漿時對錨桿孔孔口進(jìn)行封堵，直到孔口冒漿為止；無論因任何原因引起的灌漿中斷，應(yīng)取出錨桿，并用壓力水在30min內(nèi)對灌漿孔進(jìn)行沖洗；如果在重新安裝時發(fā)現(xiàn)鉆孔被局部堵塞，應(yīng)復(fù)鉆到規(guī)定深度。灌漿結(jié)束后，在漿液終凝前不得敲擊、碰撞或施加任何其他荷載。

3.1.4.4 鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)。鋼筋網(wǎng)應(yīng)綁扎牢固，安裝順直，緊貼初噴混凝土表面，在有格柵處應(yīng)與格柵連接牢固。在二次混凝土噴射過程中，應(yīng)盡量保持鋼筋網(wǎng)工整。

3.1.4.5 噴射混凝土。噴射二次混凝土?xí)r應(yīng)先用高壓水清洗初噴混凝土面，將附在面部的浮塵、松散顆粒等雜物清洗干凈，并保持初噴面濕潤，以保證兩層混凝土面粘結(jié)牢固；噴射混凝土自下而上進(jìn)行，各段間的結(jié)合部位采取復(fù)噴處理，嚴(yán)禁漏噴；噴射作業(yè)結(jié)束2h后，開始噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間≥7d。

3.2 二次襯砌

泄洪洞二次混凝土襯砌采用液壓鋼模臺車全斷面一次成型澆筑。在施工過程中主要通過基面清理、測量放線、鋼筋安裝、模板安裝、伸縮縫和止水帶安裝、灌漿管安裝和混凝土澆筑等工序?qū)Χ我r砌的工程質(zhì)量進(jìn)行控制，確保二次襯砌的施工效果。

3.2.1 基面清理

基面按設(shè)計(jì)要求澆筑完C10墊層后，采用人工對基面雜物進(jìn)行清理和水泵沖洗，確?；鏉崈?。洞內(nèi)滲水采用在澆筑墊層時預(yù)留的排水盲溝妥善引排，保證混凝土澆筑過程中無外部水流入。在混凝土澆筑前，對基面進(jìn)行清洗，并保持濕潤。

3.2.2 測量放線

測量時，利用在洞身開挖過程中沿洞身方向上布設(shè)的坐標(biāo)控制點(diǎn)，精確測量。在測量過程中，洞身軸線中心點(diǎn)因?yàn)樵诎肟罩校荒苤庇^的測放出來，需要在混凝土分段樁號斷面四周測放上下左右四個放樣點(diǎn)，控制四個放樣點(diǎn)的坐標(biāo)與高程，利用四點(diǎn)交匯，來確定洞身軸線中心點(diǎn)。在測放完成之后，對測放出來的放樣點(diǎn)進(jìn)行一次校核，保證測放點(diǎn)的坐標(biāo)高程的準(zhǔn)確度，符合測量規(guī)范要求。

3.2.3 鋼筋安裝

鋼筋安裝主要采用直螺紋套筒連接，局部采用焊接或綁扎，其搭接長度均按施工技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。采用直螺紋套筒連接時，安裝接頭應(yīng)用管鉗扳手?jǐn)Q緊，使鋼筋絲頭在套筒中央位置相互頂緊，以減少接頭殘余變形。

鋼筋安裝分為底拱安裝和邊頂拱安裝兩部分。底拱鋼筋安裝時應(yīng)設(shè)置架立筋作為鋼筋的支撐架。架立筋應(yīng)插入巖壁錨固，安裝牢靠，不得位移。架立筋安裝完成后進(jìn)行受力筋和分布筋的安裝；邊頂拱鋼筋安裝采用搭設(shè)腳手架平臺進(jìn)行安裝。接頭應(yīng)該錯開布置，接頭率≤50%。

3.2.4 模板安裝

針梁鋼模臺車，由針梁、模板、前后支腳、門架及驅(qū)動裝置組成。針梁和模板互為依托，交替前進(jìn)，達(dá)到移位目的。在施工過程中根據(jù)洞身軸線和倉面兩端的腰線，利用臺車液壓系統(tǒng)來調(diào)整臺車的上下左右位置，直至臺車模板的軸線與洞身軸線重合。臺車安裝完成后，重新對其安裝軸線及高程進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。

3.2.5 伸縮縫、止水帶安裝

伸縮縫采用2cm厚的聚乙烯閉孔泡沫板，將其直接釘在堵頭模板上；止水帶安裝時，止水帶凹槽一定要安放在縫面中間，且使其與模板緊密結(jié)合。采用夾具托住上下兩層止水帶，防止止水帶移位、損壞、撕裂和扭曲。為了保證兩側(cè)止水帶的埋設(shè)深度和防止?jié)仓r移位，澆筑時應(yīng)安排專人進(jìn)行看護(hù)，確保止水帶安裝準(zhǔn)確。澆筑時應(yīng)確保止水帶處混凝土振搗密實(shí)。

3.2.6 灌漿管安裝

灌漿管安裝采用梅花形布置，且固定在鋼筋上。為防止混凝土灌入，兩端管口用棉氈填實(shí)，外端管口緊貼臺車面板。在管口與模板面接合處涂刷紅漆，這樣在模板拆除后混凝土面上留有紅漆點(diǎn)，便于準(zhǔn)確地確定灌漿管的位置。

3.2.7 混凝土澆筑

混凝土澆筑采用混凝土罐車運(yùn)輸，混凝土輸送泵泵送入倉。澆筑時，混凝土從模板臺車上預(yù)留的窗門入倉，待混凝土澆筑至窗口處再將窗口堵緊；在澆筑過程中，應(yīng)保持模板兩側(cè)均勻?qū)ΨQ下料，左右兩側(cè)高差≤50cm?；炷翝仓捎闷戒伔ㄊ┕ぃ瑧?yīng)按一定的厚度、次序、方向，對稱下料，均勻上升，且澆筑面應(yīng)保持平整；入倉后應(yīng)及時振搗，禁止堆積。倉內(nèi)若有骨料堆積，應(yīng)人工將其均勻攤鋪至砂漿較多處，不得用水泥砂漿覆蓋，以避免造成蜂窩、麻面現(xiàn)象；混凝土振搗時，嚴(yán)禁以振搗代替平倉，遵循“快插、慢拔”的原則，嚴(yán)禁過振、欠振、漏振，具體以混凝土不再顯著下沉，氣泡和水分不再逸出，表面開始泛漿為準(zhǔn)。

4.灌漿處理

二次襯砌澆筑完成后，待混凝土達(dá)到75%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿完成14d后進(jìn)行固結(jié)灌漿。

回填灌漿的灌漿預(yù)留管埋設(shè)位置在洞身頂拱中心角120°范圍內(nèi)布置。灌漿次序由拱兩側(cè)向拱頂端推進(jìn)，灌漿壓力采用0.2～0.3MPa；固結(jié)灌漿的灌漿預(yù)留管的埋設(shè)位置在洞身360°范圍內(nèi)呈梅花形布置。灌漿次序由底拱向頂拱推進(jìn)，灌漿壓力采用 0.5～0.7MPa。

5.支護(hù)效果

為保證洞身支護(hù)施工的質(zhì)量和安全，施工過程中對圍巖進(jìn)行密切的現(xiàn)場監(jiān)控，主要量測拱頂下沉和周邊位移情況，及時掌握圍巖及支護(hù)的力學(xué)動態(tài)及穩(wěn)定程度。在洞身內(nèi)每隔20m設(shè)置一個周邊位移和拱頂下沉的觀測斷面，采用水準(zhǔn)儀、水平儀、鋼尺等測量工具每3d觀測一次。通過對觀測數(shù)據(jù)的分析對比，圍巖在初期支護(hù)和二次襯砌的施工過程中均處于穩(wěn)定狀態(tài)，由此說明該次支護(hù)在此次施工中是成功的。

6.結(jié)語

在復(fù)雜地質(zhì)破碎巖體中開挖隧洞，采用“新奧法”支護(hù)施工是較為切實(shí)可行的施工方法，遵循“短進(jìn)尺、少擾動、強(qiáng)支護(hù)、早封閉（及時進(jìn)行灌漿處理）”的施工原則，能夠有效的提高圍巖的穩(wěn)定性，保證隧洞的施工質(zhì)量抑制不穩(wěn)定巖體的塌落。“新奧法”施工是從實(shí)際工作中總結(jié)出來的，又在不斷實(shí)踐中得以豐富其內(nèi)容和進(jìn)一步發(fā)展，因此在具體的施工過程中，“新奧法”也存在某些缺點(diǎn)，不過相信經(jīng)過工程技術(shù)人員和科技工作者的共同努力，一定可以把“新奧法”不斷完善，在我國的現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用。