新奧法在水工隧洞施工中的應用

田琳

【摘要】本文應用"新奧法"原理，在水工隧洞施工中結合實際的地形、地質與水文地質

條件，進行控制開挖。在此基礎上，總結出不良地質洞段水工隧洞的設計與施工經驗，包

括：（1）查明開挖后的地質情況，是鑿通不良地質洞段的基礎；（2）短進尺、少擾動，分

部開挖及時支護以及治塌先治水等，是確保施工安全的主要措施；（3）不良地質洞段因巖

體破碎，圍巖穩定性差，為了確保工期，采用開挖后及時組織襯砌，即是常用的施工安全

措施。

【關鍵詞】水工隧洞 新奧法 設計施工經驗

1 工程概況

文山市小河尾水庫位于我市西部薄竹山東麓壩心鄉的小平壩自然村， 距文山城43.8km，其中：文平線二級油路文山至新開田21.0km，新開田至壩心四級（下限）混凝土路18.0km，鄉村公路4.8km，交通快捷。

水庫壩址地理坐標東經103°59′30″，北緯23°23′22″，壩址海拔高程1985.0m。屬紅河流域瀘江水系盤龍河一級支流暮底河發源地，是州內目前已建海拔最高的水庫之一。

小河尾水庫主要樞紐工程：攔河壩為埋石混凝土雙曲拱壩， 壩高35.6m， 挑流消能，總庫容398.9萬m3；輸水隧洞全長671.089m， 無壓， 進口設1×1m鑄鐵檢修、工作閘門各一道；輸水干渠長1.2km。小河尾水庫壩址以上控制徑流面積8.2km2，外引區徑流面積35.1km2。經現場量測， 外引流區有0.5m3/s的水量常年補給，年供水量達1500萬m3。是一座以灌溉為主， 兼顧鄉村人畜飲水等綜合利用，具有中轉功能的小（一）型水庫，因自然環境條件優越， 社會、經濟和環境三大效益顯著。

2005年3月小河尾水庫開工建設，本人作為建設單位的主要專業技術骨干，參與完成該項目的工程建設管理全過程。

2007年3月31日大壩封頂標志著主體工程完工，主要建設內容：攔河壩埋石混凝土澆筑11000m3，輸水隧洞長671.089m，干渠1.2km，至馬塘集鎮Ф250mm供水主管12.4 km ，總投資1460萬元。2007年5月10日文山市委、市人民政府舉行了隆重的下閘蓄水儀式，自下閘蓄水驗收投入試運行以來，特別是在2010年百年不遇的抗旱減災工作中，充分發揮了水庫居高臨下、水源條件優越的自然條件，工程初期運用效益顯著。

2 工程地質

芭蕉箐組（D1b）地層，分布于庫區大部，為庫盆主要地層。灰色、淺灰色、深灰色、紫紅色及灰黑色薄至中厚層狀白云巖，白云質灰巖、泥質灰巖、泥灰巖及硅質巖，呈互層狀巖層單層厚3～10cm，地層厚500～1000m。與奧陶系地層呈不整合接觸。

工程區因受文山至馬塘北西向構造斷裂的影響，派生發育巖羊坡、小平壩至所支彎F2斷裂，走向280～300°，斷裂面傾角40～43°，斷層破碎帶見糜棱巖，破碎巖，鈣泥質充填膠結。具壓扭性，為逆斷層，沿小河尾水庫尾輸水隧洞出口通過。斷層破碎帶寬20～30m。

派生發育所作底至陡舍坡F3斷裂與F2斷裂近似平行，地表偶見斷層崖，為正斷層，斷裂面傾角約78°，斷層破碎帶見斷層角礫巖，角礫巖間鈣質充填膠結緊密。

小河尾水庫輸水隧洞長671.089m，根據開挖揭示的地層巖性：因受F2 、F3構造斷裂的影響，全洞為全風化至強風化白云巖、泥巖、泥灰巖、泥質粉砂巖，地層巖性十分復雜。強風化泥巖、泥質粉砂巖：呈薄層互層狀，層厚10～40cm，棕紅、黃、灰黑色粘土狀，可見風化殘余碎塊0.5～3cm；強風化泥灰巖，呈灰色、灰白色薄層狀、碎石土狀，碎石塊徑1～7cm棱角狀，碎塊間被粘土沖填，碎塊巖性含方解石。

3 "新奧法"原理在不良地質洞段施工中的應用

小河尾水庫輸水隧洞為芭蕉箐組（D1b）地層，巖層傾角∠13～15°，緩傾角軟質巖層間結合差、節理、裂隙較發育、巖土物質結構較松散，開挖后的毛洞穩定較差，若遇地下水時則以上特點表現更為突出。本工程隧洞圍巖類別多為Ⅳ～Ⅴ類，在施工過程中極易發生變形、坍塌。對不良地質洞段的處理，隧洞開挖過程中盡量減少對圍巖的擾動。

目前，國內水工隧洞支護設計常用兩種方法：一是傳統的支護設計方法，即圍巖松動荷載全部由支護結構承擔；二是"新奧法"即依靠測量數據來分析、預測并劃分地基地質條件，允許圍巖盡可能大的屈服，以采用輕型的臨時支護來完成初期支護，并根據量測數據確定二次支護時間，使巖體的初期屈服終止，以防止強度的損失，最終達到充分發揮圍巖承載能力的目的。

小斷面水工隧洞開挖后，洞室圍巖應力會重新調整分布，沿洞壁形成巖體松動圈（塌落拱理論），松動圈的范圍與巖體強度及開挖洞徑等因素密切相關，且洞壁圍巖從變形到松動失穩破壞有一個時間差。此時，加強監測，認真分析，發現問題及時提出初期臨時支護設計方案，使支護結構緊貼圍巖，保護和加固圍巖，充分利用圍巖自身承載能力，共同支撐承擔松動圈荷載，達到洞室圍巖穩定的目的。

小河尾水庫水工隧洞施工，我們結合實際的地形、地質和水文地質條件，采用"新奧法"原理，進行控制開挖。在此基礎上，總結出水工隧洞不良地質洞段的設計與施工經驗，主要有以下幾個方面。

3.1查明開挖后的地質情況，是鑿通不良地質洞段的基礎

水工隧洞施工的關鍵是確定圍巖類別，而圍巖類別確定的依據是監控量測信息資料。采用現場監控量測信息指導施工，通過對隧洞施工中量測數據信息分析，對開挖面的地質觀測進行預測、預報和反饋，并根據已建立的監控量測信息資料，結合實際地形，分析不良地質構造的位置、邊界、組成、特性及對工程的影響，并通過常規計算和工程類比，提出相應的水工隧洞施工方法、斷面開挖步驟、順序和初期支護設計參數進行調整。開挖后加強監測和根據經驗調整開挖方案和支護設計參數，是鑿通不良地質洞段的基礎。

3.2短進尺、少擾動、分部開挖及時支護

不良地質洞段巖體破碎，特別是地層巖性交界處，圍巖穩定性差，一般不宜強爆破作業，宜小藥量弱爆破，小斷面宜人工開挖輔以機械出渣，以盡量減少對圍巖的擾動，進尺宜控制在0.8～1.2m以下，開挖后及時支護往往是保證圍巖穩定的關鍵。實踐證明，對不良地質洞段，短進尺、少攏動、分部開挖及時支護，是確保施工安全的主要措施。

4 結語

對緩傾角軟質巖段，圍巖穩定性較差的水工隧洞設計、施工中采用"新奧法"，能夠使隧洞掘進開挖比較安全，可節省建材、降低資源消耗、節約投資，并可在保證工程質量的前提下適度加快進度，實現投資、工期目標控制。

我市小河尾水庫輸水隧洞，因全洞為全風化至強風化白云巖、泥巖、泥灰巖、泥質粉砂巖，地層巖性十分復雜，其實施難度是可想而知的。在施工過程中，我們做到：

a. 少擾動，盡量采用小藥量弱爆破結合人工開挖（小斷面機械無法發揮作用），人工開挖減少對圍巖的擾動頻次、擾動強度，小藥量弱爆破減少擾動持續時間和擾動范圍。

b. 早支護，有效控制圍巖變形，充分發揮圍巖的自有承載能力。

c. 勤量測，在施工過中，對圍巖周邊位移加強監控監測，及時分析反饋修正支護設計參數，指導施工或改變施工支護襯砌方法。

我市小河尾水庫輸水隧洞施工，因措施、方法得當，工程竣工未發生重大傷亡事故，確保了施工質量，施工安全，保證了工期。

參考文獻

[1] 張述畢、胡傳安等. 大渡河瀘定水電站引水隧洞施工技術論述 . 云南水力發電，2010（3）：100～104.

[2] 張傳茂、張寶忠等. 小斷面長隧洞施工技術研究. 云南水力發電，2010（3）：156～160.

[3] 曹永平. 簡介新塘房水電站引水隧洞塌方的幾種處理方法. 云南水利水電，2009（1）：45～46.

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