浅谈新奥法在水电隧洞工程施工中的应用

2022-09-12

1 工程概况

某山隧洞全隧按新奥法原理组织施工“新奥法”理论为:开挖必须采用控制爆破技术, 中心有效掏槽, 为辅助孔和周边孔创造良好的临空面, 降低爆破对岩体的震动影响, 周边采用光面爆破, 确保壁面平整, 为喷锚等支护创造良好的工作条件。开挖后及早进行初期支护, 适时进行二期支护, 通过施工监控测量得到的数据反馈于施工之中, 据此调整施工程序、开挖方式、支护形式或支护参数, 以确保围岩稳定和施工安全。首先根据有关地层情况, 将有关岩石分类, 不同的围岩采用不同的支护方式, 并讨论了有关支护措施。根据有关地质资料和隧洞的结构, 支护可分为: (1) Ⅵ级围岩强支护段及V级围岩加强支护段; (2) 砌施永久支护。

由于隧址处岩体整体稳定性差, 特别是位于洞口部分, 风化强烈, 围岩呈黏土状, 为易蠕动的松散结构, 围岩开挖极易坍塌变形浅埋时易坍塌至地表。在这类破碎、松散、节理发育、复水的软围岩隧洞开挖过程中, 由于围岩自稳能力较差, 开挖后早期变形快, 往往来不及支护即发生坍塌, 所以必须对它进行超前处理。本论文主要对Ⅵ~V级围岩开挖方式支护方法及工艺进行阐述和探讨。

2 围岩开挖支护方法及工艺

2.1 Φ8 9 m n超前注浆短管棚支护

(1) 施作套拱。

洞口处套拱施工:在洞外明暗洞的交界处架立20b工字钢, 间距60cm, 用钢筋焊接成一个整体。在钢支撑上安装中Φ150mm, 长2cm~3cm的导向钢管, 与管棚位置方向一致, 然后浇筑50cm厚的C25混凝土包裹钢支撑和导向管。套拱完成后, 喷射C20混凝土15cm厚封闭周围仰坡面, 作为注浆时的止浆墙。

洞内套拱施工:施工至围岩分界处及时反向扩挖出套拱位置, 纵向长度7m, 套拱施工方法同上。

(2) 搭设钻孔平台架、安装钻机。

用方木搭设钻孔平台架, 平台上满铺木板, 搭设牢固, 以防钻孔时钻机晃动。

(3) 钻孔。

采用水平地质钻机, 从导向管向内钻入。

(4) 安装管棚钢管。

管棚钢管由机械顶进, 钢管节段间用丝扣连接, 顶进时, 节长3m和5m管节交替使用以错开接头位置。管棚顶到位后, 钢管与导向管间隙用速凝水泥或其它堵塞严密, 以防注浆冒出。

(5) 注浆浆液采用注浆机灌注。

管棚封堵塞设有进浆孔和排气孔, 当排气孔流出浆液后, 关闭排气孔, 续灌注浆, 达到设计注浆量或注浆压力时, 方可停止注浆。

施工过程中, 为了防止注浆过程中发生串浆, 每钻完一个孔, 随即就安设该孔的钢管并注浆, 然后再进行下一孔的施工。

2.2 C D工法开挖支护施工

由于围岩很破碎, 开挖变形大, 最后选择CD工法进行开挖。采用CD工法将隧洞断面分为左右两个导坑、按6步分部开挖施工。施工顺序为:右侧导坑开挖支护到左侧导坑开挖支护。

(1) 右侧导坑开挖支护。

(1) 在Φ89mm短管棚超前注浆支护完成后, 施工右侧导坑内侧壁的Φ22mm超前砂浆锚杆支护。风钻钻孔, 牛角泵注入水泥砂浆, 风钻顶入锚杆。

(2) 右侧导坑分三台阶开挖, 预留核心土。台阶1长度为1 m~2 m, 台阶2长度为2m~3m, 台阶3长度为3m~5m。上部台阶人工开挖将石碴翻至下一台阶, 下部两台阶采用反铲开挖为主, 人工配合, 每次进尺同拱架间距, 取50m~100cm。

(3) 开挖完成后及时施作初期支护 (Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ步) 及临时支护。每一临时封闭圈均先施工外侧隧洞初期支护, 再施工临时支护:内侧中隔壁钢架及临时仰拱。核心土两侧每开挖一循环进尺后, 立即初喷混凝土3cm~4cm, 及时打设径向锚杆、超前注浆锚杆, 铺设钢筋网、拼装架设I18钢架, 补喷混凝土至设计厚度。本工程喷混凝土施工均采用湿喷工艺。

(4) 右侧导坑下部台阶3开挖初期支护施工完成后, 及时施作仰拱钢筋混凝土衬砌及隧底填充Ⅶ, 封闭初期支护, 保证施工安全。

(5) 依次循环施工。

2.3 左侧导坑开挖支护

在隧洞右侧导坑超前15m以后进行左侧导坑施工, 两侧导坑平行开挖施工, 右前左后。左侧导坑亦分为三台阶开挖, 从上到下, 顺次施工。具体施工方法参见右侧导坑施工。在隧洞Ⅵ级围岩及V级围岩洞口段开挖完成、隧洞仰拱及隧底填充施工完成 (即隧洞初期支护封闭成环) 后, 即可进行临时支护的拆除施工, 并根据量测结果及时进行混凝土衬砌施工。

2.4 湿喷混凝土施工方法及工艺

(1) 开挖后, 立即初喷混凝土支护, 封闭围岩, 在锚杆、钢筋网、钢架安设完成后及时行复喷施工。

(2) 喷混凝土材料由洞外强制式混凝土拌合机拌合, FC-1型机动翻斗车运至洞内工作面, 加入速凝剂后采用混凝土喷射机喷射硅施工。

(3) 在喷混凝土之前, 先检查开挖断面尺寸, 清除欠挖、危石和墙脚的岩碴, 用高压风水冲洗岩面。喷混凝土自下而上一排排喷压, 喷嘴离岩面0.6m~1.0m左右, 严格控制水灰比, 使喷层表面平整、光滑, 无干斑或滑移流淌现象。对有渗漏水的岩, 喷混凝土前则认真做好引水处理, 然后再喷混凝土, 并从无水处向有水处逐步逼近。为减少回弹和粉尘, 增加喷混凝土与围岩的粘结力, 采用湿喷法喷混凝土。

2.5 钢拱架施工方法及工艺

隧洞Ⅵ类围岩初期支护采用I18型钢拱架。施工中, 在洞外加工厂用冷弯机按设计分段加工成型, 运至洞内安装。各段工字钢架由工字钢、连接板焊接成型, 采用螺栓连接。工字钢架在初喷混凝土后架设, 架设完毕后再复喷混凝土, 设防水层时, 保护层不少于3cm。

2.6 隧洞衬砌施工方法及工艺

本隧洞均采用复合衬砌。隧洞衬砌采用仰拱、隧底混凝土填充超前施工, 拱墙衬砌根据量测结果适时跟上。拱墙衬砌采用模板台车, 混凝土运输车运输, 泵送入模, 插入式捣固器捣固。仰拱及隧底混凝土填充施作时采用半边交叉施工, 保证运输畅通。

(1) 二次衬砌施工方法。

一般地段的二次衬砌浇筑采用轨行式衬砌模板台车、混凝土运输车运输, 泵送入模, 并对称地由下而上连续全断面一次灌注。衬砌作业顺序为:测量放线;铺设轨道;台车就位;调整并锁定;安装止水条;涂刷脱模剂;关端模;泵送混凝土入模;脱模;养生, 人行横洞衬砌, 采用人工立拱架, 组合钢模板, 泵送混凝土施工。衬砌混凝土由洞外自动计量拌和站生产, 混凝土运输车运至工作面。

(2) 二次衬砌施工工艺。

防水混凝土拌合, 本隧洞二次衬砌均采用防水混凝土, Ⅵ级、V级围岩抗渗等级为P8, 其它地段为P6。防水混凝土原材料:水泥为425号抗分解侵蚀水泥。砂为含泥量<30%的中砂, 级配合格;石为碎石, 含泥量<1%, 级配合格。防水混凝土通过试验室选择合适的配合比, 试验室的水压应达到P8 (即0.8MPa) 以上, 试件不透水, 强度达到C20时才合格。防水混凝土配料须准确称量, 计量误差不大于以下数值:水泥、水、防水剂为±1%;石、砂为±2%。防水混凝土浇灌施工防水混凝土采取分层浇灌, 每层高约25cm, 分层浇灌间隔时间小于2小时, 因故超过规定时间时, 按施工缝处理。防水混凝土采用插入式捣固器振捣密实, 振捣时间以混凝土开始泛浆、不冒气泡和不再沉落时为止。防水混凝土终凝后立即进行浇水养护, 养护时间不少于14天。