新奥法在水工隧洞施工中的应用

新奥法在水工隧洞施工中的应用

张会兰

张会兰（文山市水利电力勘测设计队云南文山663000）

【摘要】本文应用“新奥法”原理，在水工隧洞施工中结合实际的地形、地质与水文地质条件，进行控制开挖。在此基础上，总结出不良地质洞段水工隧洞的设计与施工经验，包括：（1）查明开挖后的地质情况，是凿通不良地质洞段的基础；（2）短进尺、少扰动，分部开挖及时支护以及治塌先治水等，是确保施工安全的主要措施；（3）不良地质洞段因岩体破碎，围岩稳定性差，为了确保工期，开挖后及时组织衬砌，即是常用的施工安全措施。

【关键词】水工隧洞新奥法设计施工经验

1工程概况

文山市小河尾水库位于我市西部薄竹山东麓坝心乡的小平坝自然村,距文山城43.8km，其中：文平线二级油路文山至新开田21.0km，新开田至坝心四级（下限）混凝土路18.0km，乡村公路4.8km，交通便捷。

水库坝址地理坐标东经103°59′30″，北纬23°23′22″，坝址海拔高程1985.0m。属红河流域泸江水系盘龙河一级支流暮底河发源地，是州内目前已建海拔最高的水库之一。

小河尾水库主要枢纽工程：拦河坝为埋石混凝土双曲拱坝,坝高35.6m,挑流消能，总库容398.9万m3；输水隧洞全长671.089m,无压,进口设1×1m铸铁检修、工作闸门各一道；输水干渠长1.2km。小河尾水库坝址以上控制径流面积8.2km2，外引区径流面积35.1km2。经现场量测,外引流区有0.5m3/s的水量常年补给，年供水量达1500万m3。是一座以灌溉为主,兼顾乡村人畜饮水等综合利用，具有中转功能的小（一）型水库，因自然环境条件优越,社会、经济和环境三大效益显著。

2005年3月小河尾水库开工建设，本人作为建设单位的主要专业技术骨干，参与完成该项目的工程建设管理全过程。

2007年3月31日大坝封顶标志着主体工程完工，主要建设内容：拦河坝埋石混凝土浇筑11000m3，输水隧洞长671.089m，干渠1.2km，至马塘集镇Ф250mm供水主管12.4km，总投资1460万元。2007年5月10日文山市委、市人民政府举行了隆重的下闸蓄水仪式，自下闸蓄水验收投入试运行以来，特别是在2010年百年不遇的抗旱减灾工作中，充分发挥了水库居高临下、水源条件优越的自然条件，工程初期运用效益显著。

2工程地质

芭蕉箐组（D1b）地层，分布于库区大部，为库盆主要地层。灰色、浅灰色、深灰色、紫红色及灰黑色薄至中厚层状白云岩，白云质灰岩、泥质灰岩、泥灰岩及硅质岩，呈互层状岩层单层厚3～10cm，地层厚500～1000m。与奥陶系地层呈不整合接触。

工程区因受文山至马塘北西向构造断裂的影响，派生发育岩羊坡、小平坝至所支弯F2断裂，走向280～300°，断裂面倾角40～43°，断层破碎带见糜棱岩，破碎岩，钙泥质充填胶结。具压扭性，为逆断层，沿小河尾水库尾输水隧洞出口通过。断层破碎带宽20～30m。

派生发育所作底至陡舍坡F3断裂与F2断裂近似平行，地表偶见断层崖，为正断层，断裂面倾角约78°，断层破碎带见断层角砾岩，角砾岩间钙质充填胶结紧密。

小河尾水库输水隧洞长671.089m，根据开挖揭示的地层岩性：因受F2、F3构造断裂的影响，全洞为全风化至强风化白云岩、泥岩、泥灰岩、泥质粉砂岩，地层岩性十分复杂。强风化泥岩、泥质粉砂岩：呈薄层互层状，层厚10～40cm，棕红、黄、灰黑色粘土状，可见风化残余碎块0.5～3cm；强风化泥灰岩，呈灰色、灰白色薄层状、碎石土状，碎石块径1～7cm棱角状，碎块间被粘土冲填，碎块岩性含方解石。

3“新奥法”原理在不良地质洞段施工中的应用

小河尾水库输水隧洞为芭蕉箐组（D1b）地层，岩层倾角∠13～15°，缓倾角软质岩层间结合差、节理、裂隙较发育、岩土物质结构较松散，开挖后的毛洞稳定较差，若遇地下水时则以上特点表现更为突出。本工程隧洞围岩类别多为Ⅳ～Ⅴ类，在施工过程中极易发生变形、坍塌。对不良地质洞段的处理，隧洞开挖过程中尽量减少对围岩的扰动。

目前，国内水工隧洞支护设计常用两种方法：一是传统的支护设计方法，即围岩松动荷载全部由支护结构承担；二是“新奥法”即依靠测量数据来分析、预测并划分地基地质条件，允许围岩尽可能大的屈服，以采用轻型的临时支护来完成初期支护，并根据量测数据确定二次支护时间，使岩体的初期屈服终止，以防止强度的损失，最终达到充分发挥围岩承载能力的目的。

小断面水工隧洞开挖后，洞室围岩应力会重新调整分布，沿洞壁形成岩体松动圈（塌落拱理论），松动圈的范围与岩体强度及开挖洞径等因素密切相关，且洞壁围岩从变形到松动失稳破坏有一个时间差。此时，加强监测，认真分析，发现问题及时提出初期临时支护设计方案，使支护结构紧贴围岩，保护和加固围岩，充分利用围岩自身承载能力，共同支撑承担松动圈荷载，达到洞室围岩稳定的目的。

小河尾水库水工隧洞施工，我们结合实际的地形、地质和水文地质条件，采用“新奥法”原理，进行控制开挖。在此基础上，总结出水工隧洞不良地质洞段的设计与施工经验，主要有以下几个方面。

3.1查明开挖后的地质情况，是凿通不良地质洞段的基础

水工隧洞施工的关键是确定围岩类别，而围岩类别确定的依据是监控量测信息资料。采用现场监控量测信息指导施工，通过对隧洞施工中量测数据信息分析，对开挖面的地质观测进行预测、预报和反馈，并根据已建立的监控量测信息资料，结合实际地形，分析不良地质构造的位置、边界、组成、特性及对工程的影响，并通过常规计算和工程类比，提出相应的水工隧洞施工方法、断面开挖步骤、顺序和初期支护设计参数进行调整。开挖后加强监测和根据经验调整开挖方案和支护设计参数，是凿通不良地质洞段的基础。

3.2短进尺、少扰动、分部开挖及时支护

不良地质洞段岩体破碎，特别是地层岩性交界处，围岩稳定性差，一般不宜强爆破作业，宜小药量弱爆破，小断面宜人工开挖辅以机械出渣，以尽量减少对围岩的扰动，进尺宜控制在0.8～1.2m以下，开挖后及时支护往往是保证围岩稳定的关键。实践证明，对不良地质洞段，短进尺、少拢动、分部开挖及时支护，是确保施工安全的主要措施。

3.3治塌先治水，是确保施工安全，保证工期的主要手段

开挖后地层岩性交界岩体破碎，水文地质条件十分复杂，开挖面涌水量高达3.0L/s。治水前先查明水源和补给关系，若层间局部存水，其水量一般不大，且一定时间后水量将逐渐减少，处理措施为堵排结合；若遇较大的补给水源，则以排为主，妥善引之排出洞外，再逐步扩挖。

4结语

对缓倾角软质岩段，围岩稳定性较差的水工隧洞设计、施工中采用“新奥法”，能够使隧洞掘进开挖比较安全，可节省建材、降低资源消耗、节约投资，并可在保证工程质量的前提下适度加快进度，实现投资、工期目标控制。

我市小河尾水库输水隧洞，因全洞为全风化至强风化白云岩、泥岩、泥灰岩、泥质粉砂岩，地层岩性十分复杂，其实施难度是可想而知的。在施工过程中，我们做到：

a.少扰动，尽量采用小药量弱爆破结合人工开挖（小断面机械无法发挥作用），人工开挖减少对围岩的扰动频次、扰动强度，小药量弱爆破减少扰动持续时间和扰动范围。

b.早支护，有效控制围岩变形，充分发挥围岩的自有承载能力。

c.勤量测，在施工过程中，对围岩周边位移加强监控监测，及时分析反馈修正支护设计参数，指导施工或改变施工支护衬砌方法。

我市小河尾水库输水隧洞施工，因措施、方法得当，工程竣工未发生重大伤亡事故，确保了施工质量，施工安全，保证了工期。

参考文献

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