新奧法在特大斷面地下硐室施工中的應用

方 浩

新奧法在特大斷面地下硐室施工中的應用

方 浩

針對黑麋峰電站主廠房的地質特點和特長特大硐室開挖的實際情況,根據“新奧法”設計思想,確定了主要施工措施、方案及支護工藝。在實際應用階段進行了現場監測,結果表明,合理運用“新奧法”原理,能有效地保證地下硐室圍巖的穩定。

地下廠房,開挖支護施工,新奧法

1 工程概況及地質條件

黑麋峰抽水蓄能電站主廠房全長136m,寬 27m,最大開挖高度 52.7m。主廠房頂部左右兩側分別與送風豎井和排煙豎井相連,施工支硐直接從北側通至主廠房頂部+44.7m高程。主廠房第Ⅰ層開挖跨度為 27m,屬于長跨度、特大斷面地下硐室開挖。開挖硐室存在斷層、圍巖節理發育且有滲水等影響硐室圍巖穩定的不利因素。主廠房的初始支護參數為：L=3.5m～11m的錨桿8 921根,預應力錨束(T=2 000 kN,L=20m～40m)143束,噴混凝土支護 1 958m3。

2 新奧法施工原理及工藝

2.1 主要施工措施與調整方案

主要硐室均采用新奧法噴錨支護,其中在主廠房頂拱,全斷面采用噴鋼纖維混凝土加錨桿支護方式,采用NORMET噴混凝土臺車施噴、濕噴法施工。

為確保人身和機械安全,充分結合圍巖的特性,利用新奧法原理,調整為邊開挖邊支護,支護緊跟工作面[1-4]。主要采取以下幾點措施：

1)不良地質段及時協同相關部門制定相應的安全處理專項措施;2)利用新奧法原理及時、適時進行安全支護;3)加強對不良地質段的觀測,爆破前采用超前錨桿支護,爆破后認真仔細地進行撬挖安全處理,然后立即進行系統支護和加強支護。

2.2 主要支護施工工藝

為確保圍巖的穩定與施工安全,有利于施工進度,必須及時支護,加強每道工序的施工質量。在廠房施工主要支護形式和施工工藝如下：

錨桿支護施工：錨桿由測量放出各排錨桿的控制點,技術員放出各錨桿孔孔位,并用紅漆標注。錨桿采用三臂鑿巖臺車造孔,孔向以及孔深都要滿足設計要求。砂漿錨桿采用“先注漿后插桿”的施工方法,注漿器注漿,人工插筋。錨桿達到一定齡期后,采用無損檢測方式對錨桿進行質量檢查。在錨桿支護設計和施工過程中應能有效地控制支護效果的所有參數,包括錨桿材質、直徑、長度、錨固方式及抗拉拔力等錨桿參數,以及錨孔直徑、深度、錨桿根數、間距、排距、角度、方向、排列方式等錨桿布置參數。在實際施工作業中,通常還需根據實際的巖石分層狀態改變錨桿的分布形式,以達到較好的錨固效果。

錨桿支護工藝流程為：施工準備→測量放樣→確定孔位→造孔→洗孔→錨桿孔驗收→注漿、插桿→無損檢測→驗收。

另外,錨桿所用的砂漿采用普硅 42.5水泥進行配比,可得到兩種強度的砂漿,具體配比參數見表 1。

表1 砂漿錨桿配合比

掛網、噴混凝土主要工序、施工方法：掛網鋼筋用升降平臺車作為施工平臺,鋼筋綁扎在第一層噴好的噴層上,并與錨桿可靠地固定。噴射混凝土的配合比由試驗確定,混凝土中摻適量外加劑。噴射混凝土采用“濕噴法”施工工藝,具體工藝是先在拌和站集中拌制噴混凝土料,用7m3攪拌車或自卸汽車運到工作面附近后,向噴混凝土臺車喂料并用噴混凝土臺車噴射,每個噴層厚2 cm～3 cm,預埋短鋼筋頭作為噴層厚度的標志。施噴工作由經培訓考核合格后上崗的人員進行。控制噴槍的入射角、距巖面的距離、噴射方向等參數,確保混凝土噴射的質量,減少回彈量。

3 數值計算及施工監測

3.1 數值計算分析

根據主廠房實際情況,整個計算模型的范圍取 300m×300m(寬 ×高),劃分為 150×150=22 500個單元,加錨桿和錨索單元58個。計算模型的左右和底部取位移邊界,而上部取應力邊界,其應力為上部巖層的自重應力。經過計算,可得到拱頂和兩側墻體的變形曲線情況,如圖 1所示。從結果圖可以看出,不管是拱頂位移還是直墻位移都達到了平衡和穩定,拱頂垂直位移控制在30mm之內,而直墻水平位移控制在 23mm之內。由此可知,運用“新奧法”思想對主廠房進行施工,并采用超前錨桿、超前導管、系統錨桿、鋼纖維混凝土等不同的支護形式,能夠有效地對圍巖進行及時的變形控制,避免在施工過程中產生大的變形甚至破壞,這對主廠房較長時間的穩定性非常有利。

3.2 監測分析

在主廠房開挖期,在不同部位主要埋設安裝了50組錨桿應力計、22組四點式多點位移計、7臺錨索測力計進行監測。

錨桿應力監測結果表明：受巖層位移和溫度的影響,錨桿應力計均呈受拉狀態,測值基本都在 50 MPa以內,應力變化穩定,表明圍巖基本處于穩定狀態。廠房開挖高峰期,部分測點受到施工爆破影響,測值有突變,爆破結束后變化穩定。

多點位移計的監測值表明：位移受開挖擾動變幅很小,均在1mm之內,變化趨勢較為平穩,表明圍巖基本處于穩定狀態。

錨索監測中與鎖定值相比,7臺錨索測力計中有 2臺應力略有所損失,損失率最大為 3.48%。其他 5臺都無應力損失,不但沒有損失,還增加了一些,與前述部分錨桿應力計的測值較大的結論一致,表明圍巖總體穩定,但由于巖體的蠕變作用,局部有不穩定的現象,在工程后期應繼續加強監測。

4 結語

1)在大型地下硐室開挖支護施工中,特別在不良地質段,根據“新奧法”原理,采用超前錨桿、超前導管、系統錨桿、鋼纖維混凝土等不同的支護形式,能夠有效地對圍巖進行及時和適時支護。

2)數值計算表明,采用“新奧法”施工技術對黑麋峰抽水蓄能電站主廠房進行施工和支護后,其圍巖基本都達到穩定狀態,拱頂垂直位移控制在 30mm之內,而直墻水平位移控制在 23mm之內。

3)現場應用及監測表明錨桿應力計基本都在 50 MPa以內,應力變化穩定;位移受開挖擾動變幅很小,均在 1.00mm之內,變化趨勢較為平穩,均表明圍巖總體處于穩定狀態。但局部有不穩定現象,在工程后期或使用過程中建議應繼續加強監測。

[1]劉洪山,劉 毅.石龍山隧道新奧法施工圍巖變形監測研究[J].重慶交通大學學報(自然科學版),2008(1)：44-48.

[2]肖 鋒,郭宏偉,郭建勇.簡述新奧法[J].山西建筑,2009,35(14)：284-285.

[3]郭曉峰,周延國.某水電站地下廠房圍巖穩定性分析[J].資源環境與工程,2009(5)：543-545.

[4]廖淵智,周 娟.淺析隧道工程支護理論研究現狀[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,工程師,中國水利水電第十二工程局有限公司第一分局,浙江 杭州 310018