浅析“新奥法”支护在南湾水库泄洪洞工程的应用

□王 飞（河南水利建筑工程有限公司）

□辛建厚（河南省陆浑水库灌溉工程管理局）

□李 岩（河南水利建筑工程有限公司）

1.工程概况

南湾水库泄洪洞工程是南湾水库除险加固三期工程的重要组成部分。该泄洪洞全长403.7m，采用圆形断面设计，半径为3.3m和3.1m两种。设计纵坡为1/40，纵坡较陡，流速比较大。

泄洪洞洞身由Ⅲ类和Ⅳ类围岩构成。洞身基本上在弱风化和新鲜岩石中通过，夹层分部广泛，主要成分由铁质云母片岩夹石英云母片岩和炭质纲云母片岩组成。

2.施工方案选择

由于该泄洪洞局部地质条件复杂，围岩类别低，开挖后自稳能力较差，坍塌现象时有发生。开挖后如不及时支护，容易造成安全事故。为确保施工安全，经过设计论证，选择“新奥法”支护。

“新奥法”的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形。并通过对围岩和支护的量测和监控来指导工程的设计和施工。

泄洪洞工程的支护由初期支护和二次衬砌两部分组成。初期支护能有效的形成应力承载圈，承担围岩压力，阻止围岩变形，使其趋于稳定；二次衬砌将承担后期的设计荷载，以及部分锚杆因蠕动、腐蚀，使应力松弛而转移到二次衬砌的围岩压力或作为安全储备。

3.洞身支护

3.1 初期支护

3.1.1 顶拱超前小导管注浆

所谓顶拱超前小导管注浆是指在隧洞开挖前，预先打入顶拱范围的无缝钢管，并在管内注浆，其目的是进一步增加开挖后自身稳定能力较差地段洞顶的稳定性，避免洞顶在开挖过程中发生坍塌。

采用人工配合台架风钻打眼的方法进行钻孔，导管在顶拱180o范围内呈梅花形布置。钻孔完成后，用高压水清洗干净孔内沙尘，采用压力流量双条件控制的方法进行灌浆处理，其注浆压力控制在0.5～1.0MPa，必要时在孔口设置浆塞。

3.1.2 洞身开挖

根据“新奥法”的施工要求，隧洞开挖必须尽量减轻对围岩的扰动，充分发挥围岩的自承能力。在爆破作业中采用光面爆破技术，并根据围岩情况，及时修正爆破参数，达到最佳爆破效果，并形成整齐圆顺的轮廓，减少超、欠挖。

因此，为减少对围岩的扰动，及时进行支护，保证施工安全，洞身开挖采用全断面开挖的施工方法。

3.1.3 格栅钢拱架

格栅钢拱架是为保持围岩破碎地带的稳定性所采取的一种技术措施。钢拱架具有足够的支撑刚度和强度，而且与混凝土接触面大、结合好，能够共同变形、共同受力。

格栅钢拱架沿隧洞轴线每隔1m设一榀，纵向采用间距为1m的锁脚锚管（锚管内注浆）与格栅钢拱架焊接牢固，且与岩面楔紧。设置锁脚锚管的目的是为了固定格栅钢拱架，防止网喷时格栅钢拱架移位、变形等情况发生。每榀格栅间采用Φ42钢管纵向连接，形成稳定结构。

3.1.4 锚杆、喷射混凝土

锚杆和喷射混凝土与围岩形成一个承载结构，可有效的限制围岩变形的自由发展，调整围岩的应力分布，防止岩体松散坠落。锚喷支护在施工过程中紧跟开挖掘进，边挖边喷，交叉进行，直至全断面完成。

3.1.4.1 初喷。开挖2-3h内应及时进行第一次混凝土喷射，厚度为5cm，顶拱应适当加厚。

3.1.4.2 锚杆孔施工。锚杆孔应根据设计要求和围岩情况确定孔位，并作出标记。开孔位置允许偏差为10cm，孔轴方向垂直于开挖轮廓线。钻孔完成后用高压风、水联合清洗，将孔内松散岩粉粒和积水冲洗干净，以免影响锚杆杆体的插入和灌浆质量。

3.1.4.3 锚杆安装。采用“先插杆后灌浆”的安装方法。在插入锚杆的同时，须及时安装注浆管。注浆时对锚杆孔孔口进行封堵，直到孔口冒浆为止；无论因任何原因引起的灌浆中断，应取出锚杆，并用压力水在30min内对灌浆孔进行冲洗；如果在重新安装时发现钻孔被局部堵塞，应复钻到规定深度。灌浆结束后，在浆液终凝前不得敲击、碰撞或施加任何其他荷载。

3.1.4.4 钢筋网铺设。钢筋网应绑扎牢固，安装顺直，紧贴初喷混凝土表面，在有格栅处应与格栅连接牢固。在二次混凝土喷射过程中，应尽量保持钢筋网工整。

3.1.4.5 喷射混凝土。喷射二次混凝土时应先用高压水清洗初喷混凝土面，将附在面部的浮尘、松散颗粒等杂物清洗干净，并保持初喷面湿润，以保证两层混凝土面粘结牢固；喷射混凝土自下而上进行，各段间的结合部位采取复喷处理，严禁漏喷；喷射作业结束2h后，开始喷水养护，养护时间≥7d。

3.2 二次衬砌

泄洪洞二次混凝土衬砌采用液压钢模台车全断面一次成型浇筑。在施工过程中主要通过基面清理、测量放线、钢筋安装、模板安装、伸缩缝和止水带安装、灌浆管安装和混凝土浇筑等工序对二次衬砌的工程质量进行控制，确保二次衬砌的施工效果。

3.2.1 基面清理

基面按设计要求浇筑完C10垫层后，采用人工对基面杂物进行清理和水泵冲洗，确保基面洁净。洞内渗水采用在浇筑垫层时预留的排水盲沟妥善引排，保证混凝土浇筑过程中无外部水流入。在混凝土浇筑前，对基面进行清洗，并保持湿润。

3.2.2 测量放线

测量时，利用在洞身开挖过程中沿洞身方向上布设的坐标控制点，精确测量。在测量过程中，洞身轴线中心点因为在半空中，不能直观的测放出来，需要在混凝土分段桩号断面四周测放上下左右四个放样点，控制四个放样点的坐标与高程，利用四点交汇，来确定洞身轴线中心点。在测放完成之后，对测放出来的放样点进行一次校核，保证测放点的坐标高程的准确度，符合测量规范要求。

3.2.3 钢筋安装

钢筋安装主要采用直螺纹套筒连接，局部采用焊接或绑扎，其搭接长度均按施工技术规范执行。采用直螺纹套筒连接时，安装接头应用管钳扳手拧紧，使钢筋丝头在套筒中央位置相互顶紧，以减少接头残余变形。

钢筋安装分为底拱安装和边顶拱安装两部分。底拱钢筋安装时应设置架立筋作为钢筋的支撑架。架立筋应插入岩壁锚固，安装牢靠，不得位移。架立筋安装完成后进行受力筋和分布筋的安装；边顶拱钢筋安装采用搭设脚手架平台进行安装。接头应该错开布置，接头率≤50%。

3.2.4 模板安装

针梁钢模台车，由针梁、模板、前后支脚、门架及驱动装置组成。针梁和模板互为依托，交替前进，达到移位目的。在施工过程中根据洞身轴线和仓面两端的腰线，利用台车液压系统来调整台车的上下左右位置，直至台车模板的轴线与洞身轴线重合。台车安装完成后，重新对其安装轴线及高程进行检查，发现问题及时调整。

3.2.5 伸缩缝、止水带安装

伸缩缝采用2cm厚的聚乙烯闭孔泡沫板，将其直接钉在堵头模板上；止水带安装时，止水带凹槽一定要安放在缝面中间，且使其与模板紧密结合。采用夹具托住上下两层止水带，防止止水带移位、损坏、撕裂和扭曲。为了保证两侧止水带的埋设深度和防止浇筑时移位，浇筑时应安排专人进行看护，确保止水带安装准确。浇筑时应确保止水带处混凝土振捣密实。

3.2.6 灌浆管安装

灌浆管安装采用梅花形布置，且固定在钢筋上。为防止混凝土灌入，两端管口用棉毡填实，外端管口紧贴台车面板。在管口与模板面接合处涂刷红漆，这样在模板拆除后混凝土面上留有红漆点，便于准确地确定灌浆管的位置。

3.2.7 混凝土浇筑

混凝土浇筑采用混凝土罐车运输，混凝土输送泵泵送入仓。浇筑时，混凝土从模板台车上预留的窗门入仓，待混凝土浇筑至窗口处再将窗口堵紧；在浇筑过程中，应保持模板两侧均匀对称下料，左右两侧高差≤50cm。混凝土浇筑采用平铺法施工，应按一定的厚度、次序、方向，对称下料，均匀上升，且浇筑面应保持平整；入仓后应及时振捣，禁止堆积。仓内若有骨料堆积，应人工将其均匀摊铺至砂浆较多处，不得用水泥砂浆覆盖，以避免造成蜂窝、麻面现象；混凝土振捣时，严禁以振捣代替平仓，遵循“快插、慢拔”的原则，严禁过振、欠振、漏振，具体以混凝土不再显著下沉，气泡和水分不再逸出，表面开始泛浆为准。

4.灌浆处理

二次衬砌浇筑完成后，待混凝土达到75%的设计强度后进行回填灌浆，回填灌浆完成14d后进行固结灌浆。

回填灌浆的灌浆预留管埋设位置在洞身顶拱中心角120°范围内布置。灌浆次序由拱两侧向拱顶端推进，灌浆压力采用0.2～0.3MPa；固结灌浆的灌浆预留管的埋设位置在洞身360°范围内呈梅花形布置。灌浆次序由底拱向顶拱推进，灌浆压力采用 0.5～0.7MPa。

5.支护效果

为保证洞身支护施工的质量和安全，施工过程中对围岩进行密切的现场监控，主要量测拱顶下沉和周边位移情况，及时掌握围岩及支护的力学动态及稳定程度。在洞身内每隔20m设置一个周边位移和拱顶下沉的观测断面，采用水准仪、水平仪、钢尺等测量工具每3d观测一次。通过对观测数据的分析对比，围岩在初期支护和二次衬砌的施工过程中均处于稳定状态，由此说明该次支护在此次施工中是成功的。

6.结语

在复杂地质破碎岩体中开挖隧洞，采用“新奥法”支护施工是较为切实可行的施工方法，遵循“短进尺、少扰动、强支护、早封闭（及时进行灌浆处理）”的施工原则，能够有效的提高围岩的稳定性，保证隧洞的施工质量抑制不稳定岩体的塌落。“新奥法”施工是从实际工作中总结出来的，又在不断实践中得以丰富其内容和进一步发展，因此在具体的施工过程中，“新奥法”也存在某些缺点，不过相信经过工程技术人员和科技工作者的共同努力，一定可以把“新奥法”不断完善，在我国的现代化建设中发挥更加重要的作用。