方 浩

新奧法在特大斷面地下硐室施工中的應(yīng)用

方 浩

針對(duì)黑麋峰電站主廠房的地質(zhì)特點(diǎn)和特長(zhǎng)特大硐室開挖的實(shí)際情況,根據(jù)“新奧法”設(shè)計(jì)思想,確定了主要施工措施、方案及支護(hù)工藝。在實(shí)際應(yīng)用階段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),結(jié)果表明,合理運(yùn)用“新奧法”原理,能有效地保證地下硐室圍巖的穩(wěn)定。

地下廠房,開挖支護(hù)施工,新奧法

1 工程概況及地質(zhì)條件

黑麋峰抽水蓄能電站主廠房全長(zhǎng)136m,寬 27m,最大開挖高度 52.7m。主廠房頂部左右兩側(cè)分別與送風(fēng)豎井和排煙豎井相連,施工支硐直接從北側(cè)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(zhǎng)跨度、特大斷面地下硐室開挖。開挖硐室存在斷層、圍巖節(jié)理發(fā)育且有滲水等影響硐室圍巖穩(wěn)定的不利因素。主廠房的初始支護(hù)參數(shù)為：L=3.5m～11m的錨桿8 921根,預(yù)應(yīng)力錨束(T=2 000 kN,L=20m～40m)143束,噴混凝土支護(hù) 1 958m3。

2 新奧法施工原理及工藝

2.1 主要施工措施與調(diào)整方案

主要硐室均采用新奧法噴錨支護(hù),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(hù)方式,采用NORMET噴混凝土臺(tái)車施噴、濕噴法施工。

為確保人身和機(jī)械安全,充分結(jié)合圍巖的特性,利用新奧法原理,調(diào)整為邊開挖邊支護(hù),支護(hù)緊跟工作面[1-4]。主要采取以下幾點(diǎn)措施：

1)不良地質(zhì)段及時(shí)協(xié)同相關(guān)部門制定相應(yīng)的安全處理專項(xiàng)措施;2)利用新奧法原理及時(shí)、適時(shí)進(jìn)行安全支護(hù);3)加強(qiáng)對(duì)不良地質(zhì)段的觀測(cè),爆破前采用超前錨桿支護(hù),爆破后認(rèn)真仔細(xì)地進(jìn)行撬挖安全處理,然后立即進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)。

2.2 主要支護(hù)施工工藝

為確保圍巖的穩(wěn)定與施工安全,有利于施工進(jìn)度,必須及時(shí)支護(hù),加強(qiáng)每道工序的施工質(zhì)量。在廠房施工主要支護(hù)形式和施工工藝如下：

錨桿支護(hù)施工：錨桿由測(cè)量放出各排錨桿的控制點(diǎn),技術(shù)員放出各錨桿孔孔位,并用紅漆標(biāo)注。錨桿采用三臂鑿巖臺(tái)車造孔,孔向以及孔深都要滿足設(shè)計(jì)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(dá)到一定齡期后,采用無(wú)損檢測(cè)方式對(duì)錨桿進(jìn)行質(zhì)量檢查。在錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中應(yīng)能有效地控制支護(hù)效果的所有參數(shù),包括錨桿材質(zhì)、直徑、長(zhǎng)度、錨固方式及抗拉拔力等錨桿參數(shù),以及錨孔直徑、深度、錨桿根數(shù)、間距、排距、角度、方向、排列方式等錨桿布置參數(shù)。在實(shí)際施工作業(yè)中,通常還需根據(jù)實(shí)際的巖石分層狀態(tài)改變錨桿的分布形式,以達(dá)到較好的錨固效果。

錨桿支護(hù)工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→確定孔位→造孔→洗孔→錨桿孔驗(yàn)收→注漿、插桿→無(wú)損檢測(cè)→驗(yàn)收。

另外,錨桿所用的砂漿采用普硅 42.5水泥進(jìn)行配比,可得到兩種強(qiáng)度的砂漿,具體配比參數(shù)見表 1。

表1 砂漿錨桿配合比

掛網(wǎng)、噴混凝土主要工序、施工方法：掛網(wǎng)鋼筋用升降平臺(tái)車作為施工平臺(tái),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(yàn)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(yùn)到工作面附近后,向噴混凝土臺(tái)車喂料并用噴混凝土臺(tái)車噴射,每個(gè)噴層厚2 cm～3 cm,預(yù)埋短鋼筋頭作為噴層厚度的標(biāo)志。施噴工作由經(jīng)培訓(xùn)考核合格后上崗的人員進(jìn)行?？刂茋姌尩娜肷浣?、距巖面的距離、噴射方向等參數(shù),確保混凝土噴射的質(zhì)量,減少回彈量。

3 數(shù)值計(jì)算及施工監(jiān)測(cè)

3.1 數(shù)值計(jì)算分析

根據(jù)主廠房實(shí)際情況,整個(gè)計(jì)算模型的范圍取 300m×300m(寬 ×高),劃分為 150×150=22 500個(gè)單元,加錨桿和錨索單元58個(gè)。計(jì)算模型的左右和底部取位移邊界,而上部取應(yīng)力邊界,其應(yīng)力為上部巖層的自重應(yīng)力。經(jīng)過(guò)計(jì)算,可得到拱頂和兩側(cè)墻體的變形曲線情況,如圖 1所示。從結(jié)果圖可以看出,不管是拱頂位移還是直墻位移都達(dá)到了平衡和穩(wěn)定,拱頂垂直位移控制在30mm之內(nèi),而直墻水平位移控制在 23mm之內(nèi)。由此可知,運(yùn)用“新奧法”思想對(duì)主廠房進(jìn)行施工,并采用超前錨桿、超前導(dǎo)管、系統(tǒng)錨桿、鋼纖維混凝土等不同的支護(hù)形式,能夠有效地對(duì)圍巖進(jìn)行及時(shí)的變形控制,避免在施工過(guò)程中產(chǎn)生大的變形甚至破壞,這對(duì)主廠房較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性非常有利。

3.2 監(jiān)測(cè)分析

在主廠房開挖期,在不同部位主要埋設(shè)安裝了50組錨桿應(yīng)力計(jì)、22組四點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)、7臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

錨桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：受巖層位移和溫度的影響,錨桿應(yīng)力計(jì)均呈受拉狀態(tài),測(cè)值基本都在 50 MPa以內(nèi),應(yīng)力變化穩(wěn)定,表明圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。廠房開挖高峰期,部分測(cè)點(diǎn)受到施工爆破影響,測(cè)值有突變,爆破結(jié)束后變化穩(wěn)定。

多點(diǎn)位移計(jì)的監(jiān)測(cè)值表明：位移受開挖擾動(dòng)變幅很小,均在1mm之內(nèi),變化趨勢(shì)較為平穩(wěn),表明圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

錨索監(jiān)測(cè)中與鎖定值相比,7臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)中有 2臺(tái)應(yīng)力略有所損失,損失率最大為 3.48%。其他 5臺(tái)都無(wú)應(yīng)力損失,不但沒有損失,還增加了一些,與前述部分錨桿應(yīng)力計(jì)的測(cè)值較大的結(jié)論一致,表明圍巖總體穩(wěn)定,但由于巖體的蠕變作用,局部有不穩(wěn)定的現(xiàn)象,在工程后期應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)在大型地下硐室開挖支護(hù)施工中,特別在不良地質(zhì)段,根據(jù)“新奧法”原理,采用超前錨桿、超前導(dǎo)管、系統(tǒng)錨桿、鋼纖維混凝土等不同的支護(hù)形式,能夠有效地對(duì)圍巖進(jìn)行及時(shí)和適時(shí)支護(hù)。

2)數(shù)值計(jì)算表明,采用“新奧法”施工技術(shù)對(duì)黑麋峰抽水蓄能電站主廠房進(jìn)行施工和支護(hù)后,其圍巖基本都達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),拱頂垂直位移控制在 30mm之內(nèi),而直墻水平位移控制在 23mm之內(nèi)。

3)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及監(jiān)測(cè)表明錨桿應(yīng)力計(jì)基本都在 50 MPa以內(nèi),應(yīng)力變化穩(wěn)定;位移受開挖擾動(dòng)變幅很小,均在 1.00mm之內(nèi),變化趨勢(shì)較為平穩(wěn),均表明圍巖總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。但局部有不穩(wěn)定現(xiàn)象,在工程后期或使用過(guò)程中建議應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

[1]劉洪山,劉 毅.石龍山隧道新奧法施工圍巖變形監(jiān)測(cè)研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008(1)：44-48.

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

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

[4]廖淵智,周 娟.淺析隧道工程支護(hù)理論研究現(xiàn)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(guó)水利水電第十二工程局有限公司第一分局,浙江 杭州 310018