新奥法在特大断面地下硐室施工中的应用

方 浩

新奥法在特大断面地下硐室施工中的应用

方 浩

针对黑麋峰电站主厂房的地质特点和特长特大硐室开挖的实际情况,根据“新奥法”设计思想,确定了主要施工措施、方案及支护工艺。在实际应用阶段进行了现场监测,结果表明,合理运用“新奥法”原理,能有效地保证地下硐室围岩的稳定。

地下厂房,开挖支护施工,新奥法

1 工程概况及地质条件

黑麋峰抽水蓄能电站主厂房全长136m,宽 27m,最大开挖高度 52.7m。主厂房顶部左右两侧分别与送风竖井和排烟竖井相连,施工支硐直接从北侧通至主厂房顶部+44.7m高程。主厂房第Ⅰ层开挖跨度为 27m,属于长跨度、特大断面地下硐室开挖。开挖硐室存在断层、围岩节理发育且有渗水等影响硐室围岩稳定的不利因素。主厂房的初始支护参数为：L=3.5m～11m的锚杆8 921根,预应力锚束(T=2 000 kN,L=20m～40m)143束,喷混凝土支护 1 958m3。

2 新奥法施工原理及工艺

2.1 主要施工措施与调整方案

主要硐室均采用新奥法喷锚支护,其中在主厂房顶拱,全断面采用喷钢纤维混凝土加锚杆支护方式,采用NORMET喷混凝土台车施喷、湿喷法施工。

为确保人身和机械安全,充分结合围岩的特性,利用新奥法原理,调整为边开挖边支护,支护紧跟工作面[1-4]。主要采取以下几点措施：

1)不良地质段及时协同相关部门制定相应的安全处理专项措施;2)利用新奥法原理及时、适时进行安全支护;3)加强对不良地质段的观测,爆破前采用超前锚杆支护,爆破后认真仔细地进行撬挖安全处理,然后立即进行系统支护和加强支护。

2.2 主要支护施工工艺

为确保围岩的稳定与施工安全,有利于施工进度,必须及时支护,加强每道工序的施工质量。在厂房施工主要支护形式和施工工艺如下：

锚杆支护施工：锚杆由测量放出各排锚杆的控制点,技术员放出各锚杆孔孔位,并用红漆标注。锚杆采用三臂凿岩台车造孔,孔向以及孔深都要满足设计要求。砂浆锚杆采用“先注浆后插杆”的施工方法,注浆器注浆,人工插筋。锚杆达到一定龄期后,采用无损检测方式对锚杆进行质量检查。在锚杆支护设计和施工过程中应能有效地控制支护效果的所有参数,包括锚杆材质、直径、长度、锚固方式及抗拉拔力等锚杆参数,以及锚孔直径、深度、锚杆根数、间距、排距、角度、方向、排列方式等锚杆布置参数。在实际施工作业中,通常还需根据实际的岩石分层状态改变锚杆的分布形式,以达到较好的锚固效果。

锚杆支护工艺流程为：施工准备→测量放样→确定孔位→造孔→洗孔→锚杆孔验收→注浆、插杆→无损检测→验收。

另外,锚杆所用的砂浆采用普硅 42.5水泥进行配比,可得到两种强度的砂浆,具体配比参数见表 1。

表1 砂浆锚杆配合比

挂网、喷混凝土主要工序、施工方法：挂网钢筋用升降平台车作为施工平台,钢筋绑扎在第一层喷好的喷层上,并与锚杆可靠地固定。喷射混凝土的配合比由试验确定,混凝土中掺适量外加剂。喷射混凝土采用“湿喷法”施工工艺,具体工艺是先在拌和站集中拌制喷混凝土料,用7m3搅拌车或自卸汽车运到工作面附近后,向喷混凝土台车喂料并用喷混凝土台车喷射,每个喷层厚2 cm～3 cm,预埋短钢筋头作为喷层厚度的标志。施喷工作由经培训考核合格后上岗的人员进行。控制喷枪的入射角、距岩面的距离、喷射方向等参数,确保混凝土喷射的质量,减少回弹量。

3 数值计算及施工监测

3.1 数值计算分析

根据主厂房实际情况,整个计算模型的范围取 300m×300m(宽 ×高),划分为 150×150=22 500个单元,加锚杆和锚索单元58个。计算模型的左右和底部取位移边界,而上部取应力边界,其应力为上部岩层的自重应力。经过计算,可得到拱顶和两侧墙体的变形曲线情况,如图 1所示。从结果图可以看出,不管是拱顶位移还是直墙位移都达到了平衡和稳定,拱顶垂直位移控制在30mm之内,而直墙水平位移控制在 23mm之内。由此可知,运用“新奥法”思想对主厂房进行施工,并采用超前锚杆、超前导管、系统锚杆、钢纤维混凝土等不同的支护形式,能够有效地对围岩进行及时的变形控制,避免在施工过程中产生大的变形甚至破坏,这对主厂房较长时间的稳定性非常有利。

3.2 监测分析

在主厂房开挖期,在不同部位主要埋设安装了50组锚杆应力计、22组四点式多点位移计、7台锚索测力计进行监测。

锚杆应力监测结果表明：受岩层位移和温度的影响,锚杆应力计均呈受拉状态,测值基本都在 50 MPa以内,应力变化稳定,表明围岩基本处于稳定状态。厂房开挖高峰期,部分测点受到施工爆破影响,测值有突变,爆破结束后变化稳定。

多点位移计的监测值表明：位移受开挖扰动变幅很小,均在1mm之内,变化趋势较为平稳,表明围岩基本处于稳定状态。

锚索监测中与锁定值相比,7台锚索测力计中有 2台应力略有所损失,损失率最大为 3.48%。其他 5台都无应力损失,不但没有损失,还增加了一些,与前述部分锚杆应力计的测值较大的结论一致,表明围岩总体稳定,但由于岩体的蠕变作用,局部有不稳定的现象,在工程后期应继续加强监测。

4 结语

1)在大型地下硐室开挖支护施工中,特别在不良地质段,根据“新奥法”原理,采用超前锚杆、超前导管、系统锚杆、钢纤维混凝土等不同的支护形式,能够有效地对围岩进行及时和适时支护。

2)数值计算表明,采用“新奥法”施工技术对黑麋峰抽水蓄能电站主厂房进行施工和支护后,其围岩基本都达到稳定状态,拱顶垂直位移控制在 30mm之内,而直墙水平位移控制在 23mm之内。

3)现场应用及监测表明锚杆应力计基本都在 50 MPa以内,应力变化稳定;位移受开挖扰动变幅很小,均在 1.00mm之内,变化趋势较为平稳,均表明围岩总体处于稳定状态。但局部有不稳定现象,在工程后期或使用过程中建议应继续加强监测。

[1]刘洪山,刘 毅.石龙山隧道新奥法施工围岩变形监测研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2008(1)：44-48.

[2]肖 锋,郭宏伟,郭建勇.简述新奥法[J].山西建筑,2009,35(14)：284-285.

[3]郭晓峰,周延国.某水电站地下厂房围岩稳定性分析[J].资源环境与工程,2009(5)：543-545.

[4]廖渊智,周 娟.浅析隧道工程支护理论研究现状[J].山西建筑,2010(8)：308-309.

On app lication of new Austrain method in super-large section underground combined cham ber construction

FANG Hao

According to the facts of the geological characteristics of Heim ifeng station'smain workshop and the super-large and super-long combined chamber excavation,the paper according to the new Austrain method design thought,identifies the main construction measures,the schemes and the support craft,undertakes the field supervision at the app lication stage,and proves the reasonable application of new Austrain method principle can effectively ensure the stability of the surrounding rocks of underground combined chamber.

underground workshop,excavation support construction,new Austrainmethod

U 455.4

A

1009-6825(2011)03-0064-02

2010-10-17

方 浩(1975-),男,工程师,中国水利水电第十二工程局有限公司第一分局,浙江 杭州 310018